单片机单片机课程设计双机串行通信e.docx
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单片机单片机课程设计双机串行通信e
一、总体设计
1.实现功能：
用单片机的串口模拟短信的收发，当A主机要向B主机发送一行字符串时，首先A主机把这行字符串打印到1602LCD液晶屏幕上，当A主机按发送按键的时候，A主机向B主机发送一行字符串，这时字符串会通过串口发送到B主机上，当B主机收到字符串时，会在1602LCD液晶屏幕上把字符串打印出来，这时按下B主机上的接受按键，B主机会把要发送的字符串，打印到B主机的1602LCD液晶屏幕上，按下B主机的发送按键，这时B主机会通过串口向A主机发送字符串。
最后用两个矩阵键盘模拟发送短信用的字母键盘，A主机可以通过矩阵键盘输入想要发送的数据，然后按发送按键发送，同样B主机也可以通过矩阵键盘输入信息，然后通过发送按键发送。
2.设计方案：
首先把两个ATS89C51各自连接成单片机最小系统，在把他们的TXD、RXD口分别与MAX232相连，然后一个MAX232的T1out和R1IN，分别与另一个MAX232的R1IN和T1out相连，P0口接矩阵键盘，P1口接液晶显示的数据端。
总的电路图如图：
图1、总电路图
二、设计基础
1.单片机串行口通信方式
图2.AT89C51
计算机与外界的信息交换称为通信，常用的通信方式有两种：
并行通信和串行通信。
51单片机用4个接口与外界进行数据输入与数据输出就是并行通信，并行通信的特点是传输信号的速度快，但所用的信号线较多，成本高，传输的距离较近。
串行通信的特点是只用两条信号线（一条信号线，再加一条地线作为信号回路）即可完成通信，成本低，传输的距离较远。
51单片机的串行接口是一个全双工的接口，它可以作为UART（通用异步接受和发送器）用，也可以作为同步移位寄存器用。
51单片机串行接口的结构如下：
（1）数据缓冲器（SBUF）
接受或发送的数据都要先送到SBUF缓存。
有两个，一个缓存，另一个接受，用同一个接地址99H,发送时用指令将数据送到SBUF即可启动发送；接收时用指令将SBUF中接收到的数据取出。
（2）串行控制寄存器（PCON）
SCON用于串行通信方式的选择，收发控制及状态指示，各位含义如下：
SM0
SM1
SM2
REN
TB8
RB8
TI
RI
SM0,SM1:
串行接口工作方式选择位，这两位组合成00，01，10，11对应于工作方式0、1、2、3。
串行接口工作方式特点见下表
SM0
SM1
工作方式
功能
波特率
0
0
0
8位同步移位寄存器（用于I/O扩展）
fORC/12
0
1
1
10位异步串行通信（UART）
可变（T1溢出率*2SMOD/32）
1
0
2
11位异步串行通信（UART）
fORC/64或fORC/32
1
1
3
11位异步串行通信（UART）
可变（T1溢出率*2SMOD/32）
SM2：
多机通信控制位。
REN：
接收允许控制位。
软件置1允许接收；软件置0禁止接收。
TB8：
方式2或3时，TB8为要发送的第9位数据，根据需要由软件置1或清0。
RB8：
在方式2或3时，RB8位接收到的第9位数据，实际为主机发送的第9位数据TB8，使从机根据这一位来判断主机发送的时呼叫地址还是要传送的数据。
TI：
发送中断标志。
发送完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断。
必须要软件清零后才能继续发送。
RI：
接收中断标志。
接收完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断。
必须要软件清零后才能继续接收。
（3）输入移位寄存器
接收的数据先串行进入输入移位寄存器，8位数据全移入后，再并行送入接收SBUF中。
（4）波特率发生器
波特率发生器用来控制串行通信的数据传输速率的，51系列单片机用定时器T1作为波特率发生器，T1设置在定时方式。
波特率用来表示串行通信数据传输快慢程度的物理量，定义为每秒钟传送的数据位数。
（5）电源控制寄存器PCON，其最高位为SMOD。
（6）波特率计算
对于方式1和方式3，波特率都是由定时器1的溢出率决定，计算公式如下：
定时器T1工作于方式0时，k=13;
定时器T1工作于方式1时，k=16；
定时器T1工作于方式2和方式3，k=8；
2、1602LCD操作
（1）1602LCD特性：
+5V电压，对比度可调
内含复位电路
提供各种控制命令,如：
清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能
有80字节显示数据存储器DDRAM
内建有160个5X7点阵的字型的字符发生器CGROM
8个可由用户自定义的5X7的字符发生器CGRAM
字符型LCD1602通常有14条引脚线或16条引脚线的LCD，多出来的2条线是背光电源线VCC（15脚）和地线GND（16脚）
图3、1602各引脚的定义
HD44780内置了DDRAM（显示数据存储RAM）、CGROM（字符存储ROM）和CGRAM（用户自定义RAM）。
DDRAM就是显示数据RAM，用来寄存待显示的字符代码。
共80个字节，其地址和屏幕的对应关系如下表：
也就是说想要在LCD1602屏幕的第一行第一列显示一个“A”字,就要向DDRAM的00H地址写入“A”的代码就行了。
但具体的写入是要按LCD模块的指令格式来进行的，后面我会讲到的。
一行有40个地址在1602中我们就用前16个就行了。
第二行也一样用前16个地址。
对应如下：
DDRAM地址与显示位置的对应关系
1602液晶模块内部的字符发生存储器（CGROM）已经存储了160个不同的点阵字符图形，如下表所示，这些字符有：
阿拉伯数字、英文字母的大小写、常用的符号、和日文假名等，每一个字符都有一个固定的代码，比如大写的英文字母“A”的代码是01000001B（41H），显示时模块把地址41H中的点阵字符图形显示出来，我们就能看到字母“A”
图4、1602字符表
上表中的字符代码与我们PC中的字符代码是基本一致的。
因此我们在向DDRAM写C51字符代码程序时甚至可以直接用P1＝'A'这样的方法。
PC在编译时就把“A”先转为41H代码了。
字符代码0x00～0x0F为用户自定义的字符图形RAM（对于5X8点阵的字符，可以存放8组），就是CGRAM了。
对DDRAM的内容和地址操作，HD44780的指令集及其设置说明，共有11条指令：
基本操作时序：
读状态 输入：
RS=L，RW=H，E=H
输出：
DB0～DB7=状态字
写指令 输入：
RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码
输出：
无
读数据 输入：
RS=H，RW=H，E=H
输出：
DB0～DB7=数据
写数据 输入：
RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据
输出：
无
1.清屏指令
功能：
<1>清除液晶显示器，即将DDRAM的内容全部填入“空白”的字符码20H;
<2>光标归位，即将光标撤回液晶显示屏的左上方;
<3>将地址计数器（AC）的值设为0。
2.光标归位指令
功能：
<1>把光标撤回到显示器的左上方;
<2>把地址计数器（AC）的值设置为0;
<3>保持DDRAM的内容不变
3.输入模式设置指令
功能：
设定每次写入1位数据后光标的移位方向，并且设定每次写入的一个字符是否
移动。
参数设定的情况如下所示：
位名 设置
I/D 0=写入新数据后光标左移 1=写入新数据后光标右移
S 0=写入新数据后显示屏不移动1=写入新数据后显示屏整体右移1个字
4.显示开关控制指令
功能：
控制显示器开/关、光标显示/关闭以及光标是否闪烁。
参数设定的情况如下：
位名 设置
D 0=显示功能关 1=显示功能开
C 0=无光标 1=有光标
B 0=光标不闪烁 1=光标闪烁
5.设定显示屏或光标移动方向指令
功能：
使光标移位或使整个显示屏幕移位。
参数设定的情况如下：
S/C R/L 设定情况
0 0 光标左移1格，且AC值减1
0 1 光标右移1格，且AC值加1
1 0 显示器上字符全部左移一格，但光标不动
1 1 显示器上字符全部右移一格，但光标不动
6.功能设定指令
功能：
设定数据总线位数、显示的行数及字型。
参数设定的情况如下：
位名 设置
DL 0=数据总线为4位1=数据总线为8位
N 0=显示1行1=显示2行
F 0=5×7点阵/每字符 1=5×10点阵/每字符
7.设定CGRAM地址指令
功能：
设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。
8.设定DDRAM地址指令
功能：
设定下一个要存入数据的CGRAM的地址。
（注意这里我们送地址的时候应该
是0x80+Address，这也是前面说到写地址命令的时候要加上0x80的原因）
9.读取忙信号或AC地址指令
功能：
<1>读取忙碌信号BF的内容，BF=1表示液晶显示器忙，暂时无法接收单片机
送来的数据或指令;当BF=0时，液晶显示器可以接收单片机送来的数据或指令;
<2>读取地址计数器（AC）的内容。
10.数据写入DDRAM或CGRAM指令
功能：
<1>将字符码写入DDRAM，以使液晶显示屏显示出相对应的字符;
<2>将用户自己设计的图形存入CGRAM。
11.从CGRAM或DDRAM读出数据的指令
功能：
读取DDRAM或CGRAM中的内容。
基本操作时序：
读状态 输入：
RS=L，RW=H，E=H 输出：
DB0～DB7=状态字
写指令 输入：
RS=L，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=指令码
输出：
无
读数据 输入：
RS=H，RW=H，E=H 输出：
DB0～DB7=数据
写数据 输入：
RS=H，RW=L，E=下降沿脉冲，DB0～DB7=数据
输出：
无
2.MAX232芯片
用8051串行接口通信，如果两台8051单片机之间的距离很近（不超过1.5m），可以采用直接将两台8051单片机的串行接口直接相连，利用其自身的TTL电平（0-5V）直接传输数据信息。
如果传输距离较远（超过1.5m），由于传输线的阻抗与分布电容，会产生电平损耗和波形畸变，以至于检测不出数据或数据出错。
此时可利用RS232标准总线接口，将单片机输出的TTL电平转换为RS232标准电平（逻辑1为-15—-5V；逻辑0为+5-—+15V）。
用RS232可将传输距离提高到15m，如果想远距离传输，可以采用RS422或者RS485。
电平转换芯片MAX232是美信公司（MAXIM）生产，专用于进行将TTL电平转换为RS232电平的芯片，MAX232内部有泵电源，能将+5V电源电压在芯片内提高到RS232电平所需的+10V或者-10V电平。
图5、两个MAX232的接法
3.整体电路设计
最终设计电路如下图3所示，发送方的数据由串行口TXD段输出，经过电平转换芯片MAX232将TTL电平转换为RS232电平输出，经过传输线将信号传送到接收端。
接收方也使用MAX232芯片进行电平转换后，信号到达接收方串行口的接收端。
接受方接收后，通过1602LCD液晶显示接收的信息。
图6、串行通信电路
3、软件设计
本单片机课程设计实现的功能：
单片机间的串口通信。
首先，A主机与B主机进入模拟英文对话（英文短语直接调用已编好的数组，无需输入）的交流短信模式.。
A主机发送数据时，A主机显示器显示要发送的数据，发送键按下就开始向B主机发送数据，发送成功后，发送灯闪烁提示发送成功。
A主机接收数据时，将B主机发送来的数据送到A主机显示器显示，接收完毕，接收灯亮起提示接收成功。
B主机的发送与接收英问短语与A主机是一致的。
当A主机与B主机进行完模拟英文对话的交流短信模式结束之后，A主机与B主机进入到可输入数据的数字串口通信模式，此模式增加了增加输入功能，其他功能与模拟英文对话的交流短信模式是一样的。
串行口工作于方式1；用定时器1产生9600bit/s的波特率，工作于方式2。
2.程序流程图
（1）发送端程序流程图
开始
发送数字键盘输入数据
模式？
是
否
LCD显示数字
LCD显示英文
发送数据
发送数据？
否
？
否
是
是
接收数据
接收数据
？
否
？
否
是
是
LCD显示数字
LCD显示英文
（2）接收方程序流程图同上
四、联合调试
在protues上进行仿真实验。
首先使用KeilC将编写完成的程序编译生成HEX文件，将HEX文件烧录到两片单片机中，进行仿真实验，结果如下图所示，可以看到，接收端已将接受到的数据完整的显示了出来。
图7.仿真图
五、设计小结
回顾起此课程设计，至今我仍感慨颇多，从理论到实践，在这段日子里，可以说得
是苦多于甜，但是可以学到很多很多的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，
而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实
际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结
合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独
立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得
到了解决。
六、附录
1.A机发送程序
/*串口通信模拟短信通信*/
/*发送方写完信息，点击按下发送按键，发送数据，发送成功后，发送灯闪烁三次*/
/*接收方接收开始信息时，接收灯亮起，按下接收按键，接收灯熄灭，随后开始填下将要发送的数据*/
#include
sbitLED1=P2^0;//定义接收灯
sbitLED2=P2^1;//定义发送灯
sbitlcden=P2^7;//定义LCD使能端
sbitlcdrs=P2^6;//定义LCD的RS端
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharcodetable[]="Hello,";
ucharcodetable1[]="Nicetomeetyou.";
ucharcodetable2[]="Metoo,";
ucharcodetable3[]="Yourname?
.";
ucharcodetable4[]="Mynameis,";
ucharcodetable5[]="Jox.";
ucharcodedigit[]="0123456789-+=-*/";//定义字符数组显示数字及正负号
uintbutter[16]={0};//定义待发送数据数组
ucharagr,agr0,agr1,agr2,num,flag,flag1,flag2,flag3,a1,a2,temp;//定义全局标志位及全局变量
charnum1,num2;//定义全局变量
voiddelay（uintz）//延时子程序
{
uintx,y;
for（x=z;x>0;x--）
for（y=110;y>0;y--）;
}
voidLED2_turn（）//发送灯闪烁子程序
{
LED2=0;
delay（500）;
LED2=1;
delay（500）;
LED2=0;
delay（500）;
LED2=1;
delay（500）;
}
voidwrite_com（ucharcom）//液晶写指令子程序
{
lcdrs=0;
P1=com;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
voidwrite_data（uchardate）//液晶写数据子程序
{
lcdrs=1;
P1=date;
delay（5）;
lcden=1;
delay（5）;
lcden=0;
}
voidlcdinit（）//液晶初始化函数
{
lcden=0;
write_com（0x38）;
write_com（0x0f）;
write_com（0x06）;
write_com（0x01）;
write_com（0x80）;//设液晶初始地址为第一行第一列
}
voidsend（unsignedchardat）//数据发送程序
{
SBUF=dat;//将要发送的数据存入发送缓冲器中
while（TI==0）;//若发送中断标志位没有置1（正在发送数据），就等待
TI=0;//若发送完成，TI自动置1，这里把它清零
}
voidtrinit（）//串口通信初始化
{
TMOD=0x20;//设置定时器1为工作方式2
TH1=0xfd;//设波特率置
TL1=0xfd;
TR1=1;
PCON=0X00;
SM0=0;
SM1=1;
REN=1;
ES=1;
}
voidextern_interrupt（）//外部中断初始化
{
EX0=1;//开外部中断0
EX1=1;//开外部中断1
IT0=1;//下降沿触发中断
}
uintkeeyboard（）//键盘扫描子程序
{
P0=0xfe;
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
num1=20;
while（temp!
=0xf0）
{
temp=P0;
switch（temp）
{
case0xee:
num1=7;
break;
case0xde:
num1=8;
break;
case0xbe:
num1=9;
break;
case0x7e:
num1=13;
break;
}
while（temp!
=0xf0）//松手检测
{
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
}
}
P0=0xfd;
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
while（temp!
=0xf0）
{
temp=P0;
switch（temp）
{
case0xed:
num1=4;
break;
case0xdd:
num1=5;
break;
case0xbd:
num1=6;
break;
case0x7d:
num1=14;
break;
}
while（temp!
=0xf0）//松手检测
{
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
}
}
P0=0xfb;
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
while（temp!
=0xf0）
{
temp=P0;
switch（temp）
{
case0xeb:
num1=1;
break;
case0xdb:
num1=2;
break;
case0xbb:
num1=3;
break;
case0x7b:
num1=10;
break;
}
while（temp!
=0xf0）//松手检测
{
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
}
}
P0=0xf7;
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
while（temp!
=0xf0）
{
temp=P0;
switch（temp）
{
case0xe7:
num1=15;
break;
case0xd7:
num1=0;
break;
case0xb7:
num1=12;
break;
case0x77:
num1=11;
break;
}
while（temp!
=0xf0）//松手检测
{
temp=P0;
temp=temp&0xf0;
}
}
return（num1）;
}
voidmain（void）
{
uchari,numn;
uintm;
uint*pbutter;//定义数组指针
pbutter=&butter[0];//将数组指针初始化为butter[]起止地址
flag=1;
flag3=0;
agr=0;
agr0=0;
agr1=0;
agr2=0;
a1=1;
LED1=1;//关闭接收灯
LED2=1;//关闭发送灯
i=0;
EA=1;//开总中断
extern_interrupt（）;//外部中断初始化
lcdinit（）;//LCD初始化
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