【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 UART 可變 單片機(jī)串口的四 種工作方式 方式 0：同步移位寄存器方式，其波特率是固定為振蕩頻率 fosc 的 1/12。在這種工作方式下，發(fā)送和接收串行數(shù)據(jù)都通過(guò) RXD（ ）進(jìn)行，從 TXD（ ）輸出移位脈沖，控制外部的移位寄存器移位。 1幀信息為 8 位，沒(méi)有起始位，停止位。 方式 1： 8位 UART， 1 幀信息為 10位，其中一位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位）和一個(gè)停止位“ 1”，波特率可變，根據(jù)定時(shí)器 1的溢出率計(jì)算。 方式 2： 9位 UART， 1 幀信息為 11位，其中一位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），一位控制位（第九位）和一個(gè) 停止位“ 1”。波特率為振蕩頻率的 1/64 或 1/32 方式 3： 9位 UART，幀信息為 11 位，其中一位起始位“ 0”、八位數(shù)據(jù)位（先低位后高位），一位控制位（第九位）和一個(gè)停止位“ 1”。波特率可變，根據(jù)定時(shí)器 1 的溢出率計(jì)算。 附加的第 9 位數(shù)據(jù)為 SCON 中的 TB8 的值，它由軟件置位或清零，可作為多機(jī)通信中地址 /數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，也可作為數(shù)據(jù)的奇偶校驗(yàn)位。 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 6 頁(yè) 共 14 頁(yè) 單片機(jī)的串行通信傳輸方式有三種：?jiǎn)喂ぶ剖?、半雙工制式和全雙工制式。 單片機(jī)多機(jī)通信方案選擇 根據(jù)需要，各片單片機(jī)有相等的權(quán)限，每塊單片機(jī)都可設(shè)置為主機(jī)或從 機(jī)，因此單片機(jī)的串口應(yīng)具有雙向可選擇性。采用兩個(gè)同相三態(tài)門加上一個(gè)反相器即可構(gòu)成這樣的接口，并由單片機(jī)的一根引腳控制單片機(jī)串口的連接方式。 發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)可存放 1B～ 48B 的數(shù)據(jù)，以空字符 39。\039。作為發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志。接收數(shù)據(jù)時(shí)以空字符作為接收有效數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志。通信結(jié)束時(shí)，從機(jī)發(fā)回收發(fā)長(zhǎng)度作為校驗(yàn)。 微處理器的選擇 本系統(tǒng)對(duì)微處理器要求不是太高，速度不要求太高，但代碼較長(zhǎng)，因此要求微處理器應(yīng)有較大的程序存儲(chǔ)空間，最好用 Flash ROM。通信的發(fā)送緩沖區(qū)與接收緩沖區(qū)均從RAM 中分配，為了能傳送更多的數(shù)據(jù) ，要求要有較大的 RAM。此外，處理器還應(yīng)有一個(gè)全雙工的串行口。 綜合考慮以上各種因素，選用 MCS51 系列的單片機(jī) AT89S52。 AT89S52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k 字節(jié) Flash， 256 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器， 2 個(gè)數(shù)據(jù)指針，三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器，一個(gè) 6 向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口，片內(nèi)晶振及時(shí)鐘電路。另外， AT89S52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、 串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。 其引腳結(jié)構(gòu)如下圖： 圖 2－ 1 AT89S52 的引腳結(jié)構(gòu) 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 7 頁(yè) 共 14 頁(yè) 液晶 LCD1602 介紹 市面上字符液晶絕大多數(shù)是基于 HD44780 液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此 HD44780 寫(xiě)的控制程序可以很方便地應(yīng)用于市面上大部分的字符型液晶。字符型 LCD通常有 14條引腳線或 16條引腳線的 LCD，多出來(lái)的 2 條線是背光電源線 VCC(15 腳 )和地線 GND(16 腳 )，其控制原理與 14 腳的 LCD 完全一樣，定義如下表所示： 3 單片機(jī)多機(jī)通信協(xié)議設(shè)計(jì) AT89S52 的內(nèi)部 RAM 只有 256 字節(jié)，不能存儲(chǔ)太多的數(shù)據(jù)包；其次，單片機(jī)的外接晶振選用 ，片內(nèi) CPU 的速度不理想，控制多個(gè)時(shí)鐘， CPU 資源消耗太多，會(huì)大大降低系統(tǒng)性能。因此，取消了停止等待協(xié)議有發(fā)送窗口這一機(jī)制，而采用發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包就等待當(dāng)前數(shù)據(jù)包的確認(rèn)包，超時(shí)再發(fā)。 主機(jī)通信協(xié)議如下： （ 1） 主機(jī)的 SM2=0；發(fā)送從機(jī)地址。 （ 2） 若從機(jī)無(wú)應(yīng)答則等待。若有應(yīng)答，地址若不符，則發(fā)從機(jī)復(fù)位命令，返回(1)。若有應(yīng)答且地址相符則 繼續(xù)，準(zhǔn)備發(fā)送命令。 （ 3） 發(fā)送通信方向控制命令（ 0x00 發(fā)或 0x01 收）。 （ 4） 若從機(jī)無(wú)應(yīng)答則等待；若從機(jī)有應(yīng)答但狀態(tài)字不正確，則令從機(jī)復(fù)位，返回（ 1）；若從機(jī)有應(yīng)答且狀態(tài)字正確，則繼續(xù)。 （ 5） 將命令分類，若為 0x00 則準(zhǔn)備發(fā)送轉(zhuǎn)（ 6），若為 0x01 則準(zhǔn)備接收轉(zhuǎn)（ 7）。 （ 6） 判斷狀態(tài)字，若從機(jī)接收但從機(jī)未準(zhǔn)備就緒，則令從機(jī)復(fù)位并轉(zhuǎn)到 (1)。若從機(jī)接收且從機(jī)準(zhǔn)備就緒，則發(fā)送數(shù)據(jù)塊。轉(zhuǎn)到（ 8）； （ 7） 判斷狀態(tài)字，若為從機(jī)發(fā)送但從機(jī)未準(zhǔn)備就緒，則令從機(jī)復(fù)位并轉(zhuǎn)到（ 1）；若為從機(jī)發(fā)送且從機(jī)發(fā)送就 緒，則接收數(shù)據(jù)塊。轉(zhuǎn)到（ 8）。 （ 8） 發(fā)送主機(jī)號(hào)，然后接收從機(jī)發(fā)來(lái)的收發(fā)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。發(fā)回響應(yīng)。 （ 9） 置為從機(jī)使 SM2=1，返回等待接收地址。 從機(jī)通信協(xié)議如下： （ 1） 置 SM2=1，接收主機(jī)發(fā)來(lái)的地址，若不符合本機(jī)地址，則返回；若符合本機(jī)地址，則回送本機(jī)地址作為響應(yīng)。 （ 2） 關(guān)串口中斷，置 SM2=0 準(zhǔn)備接收命令。接收到主機(jī)發(fā)來(lái)的命令，先判斷，若 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 8 頁(yè) 共 14 頁(yè) 不是合法命令則置 SM2=1 并返回；若為合法命令則繼續(xù)。 （ 3） 將命令分類，若為 0x00 則發(fā)送本機(jī)接收就緒信號(hào)轉(zhuǎn)（ 5），若為 0x01 則發(fā)送本機(jī)發(fā)送就緒信號(hào)轉(zhuǎn)（ 4）。 （ 4） 發(fā)送數(shù)據(jù)，等待發(fā)送結(jié)束，轉(zhuǎn)到（ 6）。 （ 5） 接收數(shù)據(jù)，等待接收完成。 （ 6） 接收主機(jī)號(hào)，發(fā)送收發(fā)長(zhǎng)度，等待主機(jī)的響應(yīng)。 （ 7） 收到主機(jī)發(fā)來(lái)的響應(yīng)后，做些處理后，返回置 SM2=1,開(kāi)串口中斷。 ERR＝ 0 時(shí)為合法命令， ERR＝ 1 時(shí)為非法命令； TRDY＝ 0 時(shí)表示從機(jī)發(fā)送未就緒， TRDY＝ 1表示從機(jī)發(fā)送就緒。 RRDY＝ 0表示從機(jī)接收未就緒； RRDY=1表示從機(jī)接收已經(jīng)就緒。 4 硬件電路設(shè)計(jì) 單片機(jī)最小系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)共用三塊單片機(jī)，每塊單片機(jī)均選用 AT89S52，最小系統(tǒng)也都一樣。由于三塊單片機(jī)的主要任務(wù)是通信，為了得到準(zhǔn)確的波特率，采用振蕩頻率為 的晶振，再接兩個(gè) 30pF 的瓷片電容即可構(gòu)成單片機(jī)的時(shí)鐘電路。 圖 4－ 1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 復(fù)位電路也可以換成看門狗電路實(shí)現(xiàn)，可使單片機(jī)可靠的復(fù)位。為了簡(jiǎn)化電路設(shè)計(jì)，本系統(tǒng)采用簡(jiǎn)單方法，可使單片機(jī)上電復(fù)位，此外可以通過(guò)按鍵手動(dòng)復(fù)位。單片機(jī)上電 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 9 頁(yè) 共 14 頁(yè) 即可復(fù)位， R1 與 C3的充電時(shí)間大于兩倍的機(jī)器周期，使 RST 引腳有足夠長(zhǎng)的時(shí)間保存高電平，使單片機(jī)可靠的復(fù)位。正常工作時(shí)，按下按鍵 SW1 就可以使單片機(jī)復(fù)位。 P2口接 8 1的矩陣鍵盤，共 8個(gè)按鍵，分別為二進(jìn)制數(shù)。 鍵盤電路設(shè)計(jì)。 圖 4－ 2 矩陣鍵盤電路 液晶顯示電路設(shè)計(jì) 排阻具有九個(gè)引腳，一個(gè)公共端，另外八個(gè)腳分別接到需要接上拉電阻的單片機(jī)的P0 口。排阻相當(dāng)于 8個(gè)大小均為 10K 的電阻，在電路中主要其電平轉(zhuǎn)化作用，通過(guò)的電流很小，每只電阻的功耗也很小。如接 5V 電源，每只電阻的電流約為 ，很小。 LCD1602 的符號(hào)與液晶模塊對(duì)應(yīng)，共 16個(gè)引腳，采用接插件形式，各位的名稱根據(jù)其定義而定。 5 軟件設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)軟件部分包括通信模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、中斷服務(wù)和 LED 顯示等。3塊單片機(jī)的程序均用 C語(yǔ)言編寫(xiě)，采用 Keil C51 uVesion3 作為調(diào)試工具。用 Proteus 作為仿真工具，與 Keil C51 uVesion3 聯(lián)合調(diào)試，最終達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，仿真無(wú)誤。 單片機(jī)的 程序設(shè)計(jì) 圖 5－ 1 單片機(jī)的系統(tǒng)框圖 鍵盤模塊包括矩陣鍵盤按鍵掃描、獲取鍵值與按鍵處理。按鍵處理是根據(jù)鍵值進(jìn)行散轉(zhuǎn)，又有多個(gè)函數(shù)用來(lái)實(shí)現(xiàn)不同的功能。通信子程序包括主機(jī)模式通信與從機(jī)模式通 桂林電子科技大學(xué)課程設(shè)計(jì)（論文）報(bào)告用紙 第 10 頁(yè) 共 14 頁(yè) 信。初始化模塊包括定時(shí)器、串 口、發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)與 LCD 初始化。其外還有 LCD顯示模塊，該顯示模塊又包括多個(gè)液晶顯示函數(shù)，有的是通用的函數(shù)，有的用于特殊的用途。 鍵盤程序設(shè)計(jì) 1號(hào)單片機(jī)的按鍵采用列式形式， 8 1的行列矩陣，共 8個(gè)按鍵，可以完成多種控制功能。 按鍵處理又包括實(shí)現(xiàn)各種功能的函數(shù) 。鍵盤控制流程如下： 圖 5－ 2 按鍵控制流程圖 按鍵掃描采用行掃描法，先輸出全零行，再讀看是否有