【正文】 主程序流程圖 ..................................................... 21 程序的調入與仿真結果 ................................................ 22 第五 章 論文總結 ........................................................ 25 參考文獻 ............................................................... 26 謝辭 ................................................................... 27 附錄 ................................................................... 28 基于 MCS51的兩片單片機之間的串行通信接口設計 1 第一章 緒論 為了提高系統(tǒng)管理的先進性和安全性，計算機工業(yè)自動控制和檢測系統(tǒng)越來越多地采用集總分散系統(tǒng)。較為常見的形式是由一臺作管理用的上位主計算機 (主 機 )和多臺直接參與控制檢測的下位從計算機 (從機 )構成的主從式多機系統(tǒng)，主機和從機之間以通訊的方式來協(xié)調工作。主機的作用一是要向從機發(fā)送各種命令及參數(shù)；二是要及時收集、整理和分析從機發(fā)回的數(shù)據(jù)，供進一步?jīng)Q策和報表。從機被動地接收、執(zhí)行主機發(fā)來的命令，并且根據(jù)主機的要求向主機回傳相應的實時數(shù)據(jù)，報告其運行狀態(tài)。 單片機的應用 由于 MCS51 系列單片機具有體積小、功能全、價廉、面向控制、應用軟件豐富、技術在不斷更新、開發(fā)應用方便等優(yōu)點，可以適應各個應用領域的不同需要，因而具有極強的競爭力和生命力，應用前景 廣闊。今后它仍將是科技界、工業(yè)界廣泛選擇應用的 8 位微控制器，仍將是單片機應用的主流機種。單片機的應用提高了機電設備的技術水平和自動化程度，對各行各業(yè)的技術改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動作用。 、電、儀一體的智能產(chǎn)品 （ 1）單片機在日常生活中的應用 （ 2）單片機在數(shù)據(jù)處理方面的應用 （ 3）單片機在智能化的儀器儀表中應用 單片機成功地應用于玩具、游戲機、無繩電話、充電器、按摩器、 IC 卡電話、 IC卡水表、 IC 卡煤氣表、 IC 卡電度表、流量溫控儀表、家庭自動 化、電子鎖、電子秤、步進電機、防盜報警、電子日歷時鐘等這些日常生活的產(chǎn)品中。 圖形終端、彩色黑白復印機、軟盤及硬盤驅動器、磁帶機、打印機的內(nèi)部都采用單片機進行控制。在各類儀器儀表中（包括醫(yī)療器械、色譜儀、溫度、濕度、流量、流速、電壓、頻率、功率、厚度、角度、長度、硬度、元素測定等）引入單片機。 ，例如：電視機，人造衛(wèi)星，手機，電話等等。 基于 MCS51的兩片單片機之間的串行通信接口設計 2 MCS51 單片機的基本組成 MCS51單片機芯片有許多種，如 805 803 875 80C5 80C31等。它由 8個部件組 成： 中央處理器 CPU），核心。 時鐘電路， 12MHz。 程序存儲器（ ROM/EPROM）， 4KB。 數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）， 128B+128B SFR。 并行 I/O 口（ P0～ P3口）， P0和 P2兼作外總線。 串行口，全雙工串行口。 定時器 /計數(shù)器， 2個 16位。 中斷系統(tǒng) ,5個中斷源，高級和低級兩級優(yōu)先級別。 它們都是通過單一總線連接，并被集成在一塊半導體芯片上，為單片微型計算機。 本課題要實現(xiàn)的內(nèi)容 （ 1）在系統(tǒng)中擴展 RS232 串行通信接口，使 A、 B 兩臺 MCS51 單片機通過 該接口相連接。 （ 2）在 A、 B兩臺 MCS51 單片機各有 1個按鍵。 A 機 K1，控制 B 機的兩個 LED 閃爍。 B 機 K2，控制 A 機的一位數(shù)碼管的顯示加 1。 （ 3）使用 DS18B20 溫度傳感器，由 B機測量溫度后，傳到 A機顯示。 基于 MCS51的兩片單片機之間的串行通信接口設計 3 第二章 串行通信的介紹 串行通信與并行通信 串行通信 使用的只是一根數(shù)據(jù)線 ， 把數(shù)據(jù)一位一位地一次傳輸 ， 其中 每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個 固定的時間長度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別 試用于計算機 和 計算機、計算機 和 外 部設備 之間的遠距離通信。數(shù)據(jù)在單條一位寬的傳輸線上，一比特接一比特地按順序傳送的方式稱為 串行通信 。 在 并行通信 中，一個字節(jié)（ 8 位）數(shù)據(jù)是在 8條并行傳輸線上同時由源傳到目的地；而在 串行通信 方式中，數(shù)據(jù)是在單條 1 位寬的傳輸線上一位接一位地順序傳送。這樣一個字節(jié)的數(shù)據(jù)要分 8 次由低位到高位按順序一位位地傳送。 源 終 點010010018 位 數(shù) 據(jù) 線（ a ） 并 行 通 信終 點源（ b ） 串 行 通 信 0 1 0 0 1 0 0 1 圖 21 串行通信與并行通信的對比 同步通信與異步通信 異步通信是指通信的發(fā)送與接收設備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調，要求發(fā)送和接收設備的時鐘盡可能一致。異步通信以字符（構成的幀）為單位進行傳輸，字符與字符之間的 間隙（時間間隔）也是任意的，但每個字符中的各位是以固定的時間傳送的。原理圖如圖 22 所示。 圖 22 異步通信原理圖 基于 MCS51的兩片單片機之間的串行通信接口設計 4 同步通信時要建立發(fā)送方時鐘對接收方時鐘的直接控制，使雙方達到完全同步。此時，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為 “位間隔 ”的整數(shù)倍，同時傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關系，也保持字符同步關系。發(fā)送方對接收方的同步可以通過外同步和自同步兩種方法實現(xiàn)。以下為自同步原理圖如圖 23 所示。 圖 23 同步通信原理 全雙工方式與半雙工方式 MCS_51 單片機有一個全雙工串行口。全雙工的串行通訊只需要一根輸出線和一根輸入線。數(shù)據(jù)的輸出 我們把它 稱發(fā)送數(shù)據(jù)（ TXD），數(shù)據(jù)輸入 時我們把它 稱接收數(shù)據(jù)（ RXD）。串行通信中 我們要解決 兩個技術問題，數(shù)據(jù)傳送 是一個 、數(shù)據(jù)轉換 也是一個 。數(shù)據(jù)傳送 我們需要解決 送中的標準、 傳送中的 格式 和傳送中的 工作方式等問題。數(shù)據(jù)轉換是指數(shù)據(jù)的串 行和 并行轉換。具體說，在發(fā)送端， 我們需要把 并行 傳輸?shù)?數(shù)據(jù)轉換為串行 傳輸?shù)?數(shù)據(jù)； 但是 在接收端， 我們 要把接收到的串行 傳輸?shù)?數(shù)據(jù)轉換為并行傳輸?shù)?數(shù)據(jù) ， 當數(shù)據(jù)發(fā)送 及 接收分流 時 ， 采用 兩根不同的傳輸 數(shù)據(jù) 線傳送 的時候 ，通信 的 雙方都 可以 在同一 時間 進行發(fā)送和接收 數(shù)據(jù)的 操作， 以 這樣的傳送方式 傳送我們就稱為 全雙工 制式 ，在全雙工方式 中 ，通信系統(tǒng) 中的 每一端都設置了發(fā)送器 及 接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時 地 在兩個方向上傳送。全雙工方式 是不 需 要 進行方向切換 的 ，所以 ，沒有 因為 切換操作 而 產(chǎn)生時間 上的 延遲，這 些 對不能有時間 上的 延誤的交互式應用 非常 有利。 但是此種 方式要求通 信的 雙方 都有 發(fā)送器 及 接收器， 而且 ， 我們 需要兩 根數(shù)據(jù)線 來 傳送數(shù)據(jù)信號。，前一個字符的回送過程 及 后一個字符的輸入過程是同時進 行的， 也就是 工作于全雙工方式。圖 24是收發(fā) 的 波特率相同的。 發(fā) 送 器接 收 器接 收 器發(fā) 送 器甲 乙全 雙 工乙甲 圖 24 全雙工 制式 A發(fā)送 B接收 數(shù)據(jù) 時鐘信號 基于 MCS51的兩片單片機之間的串行通信接口設計 5 如果采用 同一根傳輸 數(shù)據(jù) 線既 要 作接收又 要 作發(fā)送，雖然數(shù)據(jù) 是 可以在兩個 不同的 方向上傳送，但 是 通信 的 雙方 卻 不能同時 進行 數(shù)據(jù) 的收發(fā) ，這樣傳送 的 方式就 稱為半雙工制，如圖 25 所示。采用 的是 半雙工 制式的時候 ，通信系統(tǒng) 中 每一端發(fā)送器 及接收器， 是 通過 收和發(fā)的 開關轉接到通信線 路 上 的 ， 來 進行 的 方向 之間 切換， 所以 ，可能 會產(chǎn)生時間 上 延遲。如圖 25。 半 雙 工發(fā)收發(fā) 收乙甲 圖 25 半雙工方式 串行異步通信 串行異步通信 時，接收方不斷地檢測或監(jiān)視串行輸入線上的電平變化，當檢測到有效起始位出現(xiàn)時，便知道接著是有效字符位的到來，并開始接收有效字符，當檢測到停止位時，就知道傳輸?shù)淖址Y束了。經(jīng)過一段隨機時間間隔之后，又進行下一個字符的傳送過程。通 常接收端的采樣 時鐘周期 要比傳輸字符的位周期短，常用的采樣時鐘頻率 為位頻率的 16倍，采取這種措施是為了提高抗干擾能力 ， 在 串行通信 中，二進制數(shù)據(jù)以數(shù)字信號的信號形式出現(xiàn) ,不論是發(fā)送還是接收，都必須有 時鐘信號 對傳送的數(shù)據(jù)進行定位。在 TTL 標準表示的二進制數(shù)中，傳輸線上高電平表示二進制 1， 低電平 表示二進制 0，且每一位持續(xù)時間是固定的，由發(fā)送時鐘和接收時鐘的頻率決定。 同 步通信 同步 通信 指的是數(shù)據(jù)傳送是 以數(shù)據(jù)塊 做 為單位 的 ，字符 和 字符之間、字符內(nèi)部的位 和 位之間都 是 同步 的 。同步串行通信的特點可以概括為：以數(shù)據(jù)塊 作為傳送 單位傳送信息；在一個信息幀 之 內(nèi)，字符 和 字符間 沒有 間隔；因為 每一次 傳輸?shù)臄?shù)據(jù)塊中包含的數(shù)據(jù) 比較 多， 因而 接收時鐘 和 發(fā)送進鐘 是 嚴格同步 的 ，所以通常 我們的單片機設計中 要有同步時鐘。同步串行通信的數(shù)據(jù)格式 是 每個數(shù)據(jù)塊 或 信息幀由 3部分組成： ①一個數(shù)據(jù)塊 為兩個同步字符也就是信息幀，作為 起始標志； ② n 個連續(xù)傳送的數(shù)據(jù)； 基于 MCS51的兩片單片機之間的串行通信接口設計 6 ③ 2個字節(jié)循環(huán)冗余校驗碼 (CRC)。 串口通信參數(shù) 設置 串口通信最重要的參數(shù)是停止位和奇偶校驗、波特率 和 數(shù)據(jù)位。 要進行兩個端口的通信 ， 就必須配置這些參數(shù) ： 波特率：這是一個通信速度衡量的參數(shù)。 表示的是 每 一 秒鐘傳送的 bit 個數(shù)。 比如 100波特 是 表示每 一 秒鐘發(fā)送 100個 bit。 如果 我們 說到的是 時鐘 的 周期， 那么指的就是 波特率 ， 例如協(xié)議需要 2400波特率，那么時鐘是 2400Hz。 這就是說 串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為 2400Hz。通常電話線的波特率為 36600， 28800和 14400。 但是 波特率 是可以遠遠大于這些值 的 ， 同時 波特率 與 距離 是 成反比 的 。高 的 波特率常用于放置 得很近的儀器間通信， 其中 GPIB 設備的通信 就是一個例子 。 數(shù)據(jù)位： 是一個 衡量通信中 的 實際數(shù)據(jù)位的 一個重要 參數(shù)。 如果單片機 發(fā)送 了 一個信息包 時 ，實際的數(shù)據(jù)不 可能一定就 是 8位，標準的值 可能 是 5位 、 7位 和 8位。 要怎樣 設置 決定 于你想傳送 什么樣 的信息。 列如 ， 一般 標準 ASCII 碼 采用的 是 0～ 127（ 7位）。擴展的 ASCII 碼是 0～ 255（ 8位）。如果數(shù)據(jù)使用標準 ASCII 碼，那么 他的一 個數(shù)據(jù)包就是 用 7位數(shù)據(jù) 的 。每個包 就 是指一個字節(jié)， 其中 包括開始 位和 停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗位。 基于 實際 的 數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議 標準 ，術語“包 ”指任何通信