双机串行通信的设计与实现.docx

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双机串行通信的设计与实现

综合实验报告

实验题目：

双机串行通信的设计与实现

学生班级:

电子

学生姓名:

学生学号：

指导教师：

实验时间:

2016.9.12-2016.9.17

题目：

双机串行通信的设计与实现

班级：

电子14-2姓名：

陈俊臣

摘要

串行通信是单片机的一个重要应用。

本次课程设计就是要利用单片机来完成一个系

统实现双片单片机串行通信。

通信的结果实用数码管进行显示数码管采用查表方式显示。

两个单片机之间采用RS232进行双机通信。

在通信过程中使用通信协议进行通信。

双机通信的实质就是解决两单片机串行通信问题。

针对于89C51单片机全双工异步串行通信口，我们采用单片机直接交叉互连的串行通信方式。

考虑到本设计应用于短距离传输、两单片机具有相同的数据格式及电平且为使设计简单，我们最终决定本系统采用方式一单片机直接交叉连接的串行通信方式，上位机发送的数据由串行口TXD端输出，直接由下位机的串行口数据接收端RXD接收。

本设计的硬件电路分为数码管显示模块、单片机工作的基本复位电路以及晶振模块。

编程采用C语言加以实现。

通信的结果使用数码管进行显示，数码管采用查表方式显示，两个单片机之间采用RS-232进行双向通信。

1引言-------------------------------------------------------

2设计原理及要求---------------------------------------------

2.1设计要求和原理--------------------------------------------

2.2串行通信概述与分类-----------------------------------

2.3串行通信和并行通信区别-------------------------------

2.4MCS-51串行接口的基本特点-----------------------------

3器件介绍

3.1器件简单概述-----------------------------------------

3.2器件主要功能特性--------------------------------------

3.3芯片引脚介绍----------------------------------------

4系统设计

4.1设计要求--------------------------------------------

4.2设计方案--------------------------------------------

4.3硬件设计--------------------------------------------

4.4软件设计-------------------------------------------

4电路仿真图----------------------------------------------------

5心得------------------------------------------------------------

6参考文献--------------------------------------------------------

1引言

片机广泛应用于仪器仪表、家用电器、医用设备、航空航天、专用设备的

智能化管理及过程控制等领域随着计算机技术的发展及工业自动化水平的提高,

在许多场合采用单机控制已不能满足现场要求,因而必须采用多机控制的形式,

而多机控制主要通过多个单片机之间的串行通信实现。

串行通信作为单片机之间

常用的通信方法之一,由于其通信编程灵活、硬件简洁并遵循统一的标准,因此

其在工业控制领域得到了广泛的应用。

在测控系统和工程应用中，常遇到多项任务需同时执行的情况，因而主从式

多机分布式系统成为现代工业广泛应用的模式。

单片机功能强、体积小、价格低

廉、开发应用方便，尤其具有全双工串行通讯的特点，在工业控制、数据采集、

智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛的应用。

同时，IBM－PC机正好补充单片

机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。

各单片机独立完成数据采集处理和控制任

务，同时通过通信接口将数据传给PC机，PC机将这些数据进行处理、显示或打

印，把各种控制命令传给单片机，以实现集中管理和最优控制。

串行通信是单片

机的一个重要应用，本次课程设计就是要利用单片机来完成一个系统，实现爽片

单片机床航通信，通信的结果使用数码管进行显示，数码管采用查表方式显示，

两个单片机之间采用RS-232进行双击通信。

在通信过程中，使用通信协议进行通信。

在测控系统和工程应用中，常遇到

多项任务需同时执行的情况，因而主从式多机分布式系统成为现代工业广泛应用

的模式。

单片机功能强、体积小、价格低廉、开发应用方便，尤其具有全双工串

行通讯的特点，在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛

的应用。

同时，IBM－PC机正好补充单片机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。

各

单片机独立完成数据采集处理和控制任务，同时通过通信接口将数据传给PC机，

PC机将这些数据进行处理、显示或打印，把各种控制命令传给单片机，以实现

集中管理和最优控制。

2设计原理及要求

2.1设计要求

设计内容：

设计通过串行口实现两台单片机之间串行通信的硬件和软件。

设计要求：

①能实现在甲机键盘上输入的字符，在乙机屏幕上显示，反之亦然。

②波特率自定，发送格式自定。

③若接收的数据无误，则发送方屏幕上显示“OK”。

否则发回发送方并在屏幕上显示所发出的字符。

2.1设计原理

串口通信的概念非常简单，串口按位（bit）发送和接收字节。

尽管比按字节（byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根线发送数据的同时用另一根线接收数据。

它很简单并且能够实现远距离通信。

比如定义并行通行状态时，规定设备线总长不得超过20米，并且任意两个设备间的长度不得超过2米；而对于串口而言，长度可达1200米。

典型地，串口用于ASCII码字符的传输。

通信使用3根线完成，分别是地线、发送、接收。

由于串口通信是异步的，端口能够在一根线上发送数据同时在另一根线上接收数据。

其他线用于握手，但不是必须的。

串口通信最重要的参数是波特率、数据位、停止位和奇偶校验。

对于两个进行通信的端口，这些参数必须匹配。

串口通信是指外设和计算机间，通过数据信号线、地线、控制线等，按位进行传输数据的一种通讯方式。

这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，但其传输速度比并行传输低。

2.2串行通信概述与分类-

1、 串行通信的特点  

在远程通信和计算机科学中，串行通信是指在计算机总线或其他数据通道上，每次传输一个位元数据，并连续进行以上单次过程的通信方式。

与之对应的是并行通信，它在串行端口上通过一次同时传输若干位元数据的方式进行通信。

一位接一位地顺序传送。

这样一个字节的数据要分8次由低位到高位按顺序一位位地传送。

由此可见，串行通信的特点如下：

1、节省传输线，这是显而易见的。

尤其是在远程通信时，此特点尤为重要。

这也是串行通信的主要优点；2、数据传送效率低。

与并行通信比，这也这是显而易见的。

这也是串行通信的主要缺点。

串行通信被用于长距离通信以及大多数计算机网络，在这些应用场合里，电缆和同步化使并行通信实际应用面临困难。

凭借着其改善的信号完整性和传播速度，串行通信总线正在变得越来越普遍，甚至在短程距离的应用中，其优越性已经开始超越并行总线不需要串行化元件等缺点。

2、 串行通信的分类   

异步通信  

所谓异步通信，是指数据传送以字符为单位，字符与字符间的传送是完全异步的，位与位之间的传送基本上是同步的.异步串行通信的特点可以概括为：

①以字符为单位传送信息；②相邻两字符间的间隔是任意长； ③接收时钟和发送时钟只要相近就可以。

 异步方式特点简单的说就是：

字符间异步，字符内部各位同步。

同步通信  

所谓同步通信，是指数据传送是以数据块（一组字符）为单位，字符与字符之间、字符内部的位与位之间都同步.同步串行通信的特点可以概括为：

①以数据块为单位传送信息；②在一个数据块（信息帧）内，字符与字符间无间隔；③接收时钟与发送进钟严格同步

2.3 并行通信与串行通信的比较 

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，并行通信得特点是传输信号的速度快，但所用的信号线比较多，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即可完成通信，成本低，传输的距离较远。

串行通信程序设计主要有微机发送接收程序和单片机发送接收程序。

微机发送接收程序复杂难懂，操作不便。

单片机发送接收程序简单易懂，操作方便。

故而，此系统采用后者。

“异步通信”是一种很常用的通信方式。

异步通信在发送字符时，所发送的字符之间的时间间隔可以是任意的。

当然，接收端必须时刻做好接收的准备（如果接收端主机的电源都没有加上，那么发送端发送字符就没有意义，因为接收端根本无法接收）。

发送端可以在任意时刻开始发送字符，因此必须在每一个字符的开始和结束的地方加上标志，即加上开始位和停止位，以便使接收端能够正确地将每一个字符接收下来。

异步通信的好处是通信设备简单、便宜，但传输效率较低。

异步通信也可以是以帧作为发送的单位。

接收端必须随时做好接收帧的准备。

这是，帧的首部必须设有一些特殊的比特组合，使得接收端能够找出一帧的开始。

这也称为帧定界。

帧定界还包含确定帧的结束位置。

这有两种方法。

一种是在帧的尾部设有某种特殊的比特组合来标志帧的结束。

或者在帧首部中设有帧长度的字段。

需要注意的是，在异步发送帧时，并不是说发送端对帧中的每一个字符都必须加上开始位和停止位后再发送出去，而是说，发送端可以在任意时间发送一个帧，而帧与帧之间的时间间隔也可以是任意的。

在一帧中的所有比特是连续发送的。

发送端不需要在发送一帧之前和接收端进行协调。

 每个字符开始发送的时间可以是任意的t0 0 1 1 0 1 1 0起始位结束位t每个帧开始发送的时间可以是任意的。

以字符为单位发送以帧为单位发送帧开始帧结束  

“同步通信”的通信双方必须先建立同步，即双方的时钟要调整到同一个频率。

收发双方不停地发送和接收连续的同步比特流。

但这时还有两种不同的同步方式。

一种是使用全网同步，用一个非常精确的主时钟对全网所有结点上的时钟进行同步。

另一种是使用准同步，各结点的时钟之间允许有微小的误差，然后采用其他措施实现同步传输。

2.4MCS-51串行接口的基本特点

 MCS-51单片机的串行端口有4种基本工作方式，通过编程设置，可以使其工作在任一方式，以满足不同场合的需要。

其中，方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I/O电路；工作方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2、3除有方式1的功能外，还可以作多机通信，以构成分布式多微机系统。

输入：

在（REN）=1时，串行口采样RXD引脚，当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0，从而开始接收一帧数据。

在接收到附加的第9位数据后，当满足①（RI）：

0；②（SM2）=0或接收到的第9位数据为1时，第9位数据才进入RB8，8位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志Ri；否则信息丢失。

且不置位RI。

 2. 工作方式3 

方式3为波特率可变的11位UART方式。

除波特率外，其余与方式2相同。

 波特率的选择 

  如前所述，在串行通讯中