【正文】 Txd 8051 Rxd Txd 8051 圖 21 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 在多媒體網(wǎng)絡(luò)廣播系統(tǒng)中，利用 PC 機(jī)與單片機(jī)夠成的多機(jī)通信系統(tǒng)，采用主從式結(jié)構(gòu)：主從控制多個(gè)從機(jī)，作為從機(jī)的單片機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主 PC 機(jī)控制；并且在一個(gè)多級系統(tǒng)中，只有一臺主機(jī)，各臺從機(jī)之間不能RS232/RS485 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換芯片 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 相互通信，即使有信息交換也必須通過主從轉(zhuǎn)發(fā)。利用 PC 現(xiàn)有的RS232 接口，系統(tǒng)中采用專用的 RS232/485 標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換芯片 MAX3162E 來實(shí)現(xiàn)。 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 2 第 二 章 課題實(shí)施方案 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) PC 機(jī)的串行接口為 RS232 或 USB 總線，現(xiàn)階段應(yīng)用 更多的是將 RS232 接口轉(zhuǎn)換成 RS485 接口，然后采用 RS485 進(jìn)行長距離、高速的串行異步通信。但在選擇中出現(xiàn)了通訊接口的問題，我們是串型通訊，在PC 機(jī)和單片機(jī)之間，我們需要電平轉(zhuǎn)換，而且考慮到工業(yè)運(yùn)用問題我們需要考慮總的選用，在常用的 RS232 和 RS485 中，不能使用雙端信號，因 此要求使用較高的輸出電壓，而且其傳輸距離僅為 15 米。從機(jī)之間不能直接聯(lián)系，它們之間必須有主機(jī)這個(gè)橋梁聯(lián)系。我們通過查看主機(jī)界面的狀態(tài)即可響應(yīng)的控制發(fā)送與接收。主機(jī)向各個(gè)從機(jī)發(fā)送命令或者接受從機(jī)反饋的信息，主機(jī)有權(quán)修改從機(jī)的參數(shù)，接受從機(jī)的數(shù)據(jù)，還可以查看從機(jī)的狀態(tài) ,可以說主機(jī)是主從控制 的大腦。 上位機(jī)一般是PC 機(jī)，下位機(jī)一般是單片機(jī)系統(tǒng)，執(zhí)行單片機(jī)與 PC 機(jī)串行通信的問題。此時(shí) 往往需要組成上位機(jī)對下位機(jī)的通訊系統(tǒng)，由一臺上位機(jī)去控制多臺下位機(jī)。 關(guān)鍵詞 ： PC 機(jī) 單片機(jī) RS485 通信 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） III Abstract The munication 、 realized method and corresponding design of hardware and software between PC and multiple MCUs based on RS485 is described in detai in the article. This design instroduces a pincipal and subordinate control system which is posed of PC and single chip. Divided from its function, it includes two parts: munication and control, in which PC is used as master, and MCUs is used as slave so as to receive the single order from the bus interface conversion and the design of masterslave munication protocol is introduced and The program flowchart of munication with interrupt process is also given. In the process of design, the use of unnecessary painter software and code editor software is depicted so that realize the munication and administration between PC and multiple MCUs which posed collection terminal. Keywords: PC MCUs RS485 munication 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 1 第一章 緒論 單片機(jī)由于其具有控制功能強(qiáng)、設(shè)計(jì)靈活和性能價(jià)格比高的特點(diǎn)。由于此通信的 PC 接口是 RS232 的 9 針接口，且下位機(jī)數(shù)目有限（ 32 臺）。它包括通信和控制兩個(gè)功能模塊。 武漢工程大學(xué)郵電 與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論 文 ）說明書 論文題目 PC 機(jī)與多臺單片機(jī)之間的串行通信 學(xué) 號 6402020203 學(xué)生姓名 李鵬 專業(yè)班級 06 電子科技 1 班 指導(dǎo)教師 陳裕國 ____（ 副教授 ） ___________ 總評成績 2020 年 5 月 29 日武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） I 目 錄 摘 要 ??????????????????????????????? Ⅱ Abstract ?? ?????????????????????????? ? Ⅲ 第 一 章 緒論 ??????????????????????????? 1 第 二 章 課題實(shí)施方案 ??????????????????????? 2 第 三 章 硬件電路設(shè)計(jì) ??????????????????????? 5 80C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu)及其串行通信原理 ??????????????? 5 串行接口及其差分轉(zhuǎn)換電路 ??????????????????? 17 Protel DXP 2020 原理圖設(shè)計(jì) ?????????????????? 20 第 四 章 軟件電路設(shè)計(jì) ?????????????????????? 29 系統(tǒng)的通信協(xié)議 ? ??????????????? ??????? 29 C51 編程實(shí)現(xiàn) PC 機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信 ? ????????? 29 Windows 集成開發(fā)環(huán)境 uVision2 ? ?????????????? 33 總結(jié) ? ???????????????????????? ????? 39 致謝 ? ????????????????????????????? 41 參考文獻(xiàn) ??????????????????????????? 42 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） II 摘要 本文詳細(xì)介紹了基于 RS485 總線的 PC 機(jī)與多臺單片機(jī)間的串行通信原理、實(shí)現(xiàn)方法和相應(yīng)的通信硬件、軟件設(shè)計(jì) 。 該設(shè)計(jì)是由 PC 機(jī)與單片機(jī)組成的主從控制系統(tǒng)，其中 PC 機(jī)做為上位機(jī)對下位單片機(jī)是實(shí)現(xiàn)控制和監(jiān)視功能。單片機(jī)作為下位機(jī)在整個(gè)系統(tǒng)中屬 于從屬地位，主要用來接收上位機(jī)的命令。所以本設(shè)計(jì)采用了 RS485 總線以 及 RS232 轉(zhuǎn) RS485 的協(xié)議芯片以 滿足長距離多機(jī)通信，本文 討論了總線接口轉(zhuǎn)換、主從式通信協(xié)議設(shè)計(jì)方法，給出了采用中斷式處理的通信過程流程圖，并敘述了設(shè)計(jì)過程中必備的繪圖軟件Protel DXP 的應(yīng)用，以及編輯源代碼軟件 keil uVision2 的應(yīng)用 ，實(shí)現(xiàn)了 PC 機(jī)對多個(gè)單片機(jī)組成采集終端的通信與管理。因此在工業(yè)控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，在工業(yè)控制領(lǐng)域， 計(jì)算機(jī)的數(shù)量有一臺變?yōu)槎嗯_，多臺 計(jì)算機(jī)組成了多機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)分布關(guān)系可以分為緊密耦合和松散耦合，主從控制系統(tǒng)是一種松散式的多機(jī)系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)之間由通信協(xié)議來聯(lián)系。 主從控制就是一臺功能較強(qiáng)的主機(jī)和 32 臺左右的從機(jī)組成的多機(jī)系統(tǒng)。 本課題 計(jì)算機(jī)的通信由上位機(jī)（主機(jī)）控制。在本設(shè)計(jì)中主機(jī)用來監(jiān)視或查看從機(jī)的狀態(tài)，并向從機(jī)發(fā)送命令，在系統(tǒng)中起著主導(dǎo)地位。從機(jī)在系統(tǒng)中處于從屬地位，是命令的執(zhí)行者。 在設(shè)計(jì)中我們選用了 PC 機(jī)作為我們的主機(jī)，從機(jī)為單片機(jī)（我們本著可得，性價(jià)比采用此選擇）。 RS485 通信接口的信號傳輸是用兩根線之間的電壓表示邏輯 1 和 0 的因?yàn)榘l(fā)送端兩根傳送線 ,而且接受接收端也是兩根傳送線 .這樣 RS485 接受和發(fā)送僅需要 2 根線就完成了傳輸 .由于傳輸線采用了差動(dòng)信道 ,所以它的干擾抑制性好 ,又由于它的阻抗低無接地問題 .傳輸距離可高達(dá) 1200m,傳輸速度可達(dá) 1Mbps 比較上面的數(shù)據(jù)，考慮工業(yè)要求，我們采用了RS485 方式。單片機(jī)采用 RS485 進(jìn)行串行通信，只需要將 TTL電平的串行接口通過芯片轉(zhuǎn)換為 RS485串行接口，這種轉(zhuǎn)換比較簡單，本系統(tǒng)采用的是 MAX485 芯片。此轉(zhuǎn)換芯片一邊與 RS232 標(biāo)準(zhǔn) 9 針接口相連，另一邊與 RS485 總線相連，原理圖如 圖 21 所示。采用 RS485 構(gòu)成的多機(jī)通信系統(tǒng)原理框圖、在總線末端接一個(gè)匹配電阻，吸收總線上的反射信號，使得正常傳輸信號無毛刺。在總線上沒有信號傳輸時(shí)，總線處于懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號的影響。當(dāng)總線上沒有傳輸時(shí)，正端 A+的電平大約為，負(fù)端 B的電平大約為 ，即使有干擾信號，也很難產(chǎn)生串行通信的起始信號 0，從而增加了總線抗干擾的能力。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) （一）通信協(xié)議設(shè)計(jì) 為保證通信進(jìn)行，首先做到單片機(jī)的串行口與主控機(jī)串行口的設(shè)置保持一致，即數(shù)據(jù)格式一致、通信波特率相同。系統(tǒng)中協(xié)議有三種幀格式：呼叫幀、應(yīng)答幀和數(shù)據(jù)幀。應(yīng)答幀只能由從機(jī)發(fā)出。設(shè)置開機(jī)自檢、自診斷程序，機(jī)器不能帶病工作；如果需要，還可以設(shè)置在工作空閑時(shí)或定時(shí)自檢程序。數(shù)據(jù)通信總是有主機(jī)發(fā)起。若主機(jī)發(fā)送的地址信息與本地從機(jī)相符，則接受該數(shù)據(jù)，否則，繼續(xù)“聽”總線上的數(shù)據(jù)。這種網(wǎng)絡(luò)模式下從機(jī)不會“偵聽”其他從機(jī)對主機(jī)的響應(yīng)，這樣就不會對其他從機(jī)產(chǎn)生錯(cuò)誤的響應(yīng)。系統(tǒng)上電或復(fù)位后，使所有從機(jī)的 SM2 位置 1 處于只接收地址幀監(jiān)聽狀態(tài)。若與本地地址相符，則清除 SM2，同 時(shí)發(fā)送應(yīng)答幀，進(jìn)入通信狀態(tài)；其他與本地地址不相符的從機(jī)則保持 SM2 位不變，繼續(xù)監(jiān)聽。采用 RS485 總線連接的多個(gè)站點(diǎn)，由于 485 總線是異步半雙工的通信 總線，在某一個(gè)時(shí)刻，總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，即任一時(shí)刻只有一個(gè)站點(diǎn)在“說”，則數(shù)據(jù)將在通信總線里碰撞，結(jié)果是處于接受狀態(tài)的站點(diǎn)不能收到正確的數(shù)據(jù)。要做到總線上設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從一下幾點(diǎn)： ，主從機(jī)都應(yīng)該處于接受狀態(tài)。 上所連接的各從機(jī)的發(fā)送控制信號在時(shí)序上完全隔開。各個(gè)從節(jié)點(diǎn)都有自己的網(wǎng)絡(luò)通信識別號，即本機(jī)地址。 開始 系統(tǒng)初始 化 發(fā)從機(jī)地址 接收從機(jī)的應(yīng)答幀 響應(yīng)正確？ 允許串行中斷 返回 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 第 三 章 硬件電路設(shè)計(jì) 80C51 單片機(jī)結(jié)構(gòu) MCS51 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu) 在 MCS51 系列里，所有產(chǎn)品都是以 8051 為核心電路發(fā)展起來的，它們都具有 8051 的基本結(jié)構(gòu)和軟件特征。 CMOS 器件的特點(diǎn)是電流小和功耗低（掉電方式下消耗 10uA 電流），但對電平要求高（高電平大于 ，低電平小于 ）， HMOS對電平要求低（高電平大于 ，低電平小于 ），但是功耗大。 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 31 所示： 圖 31 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖 一 CPU 結(jié)構(gòu) （一）算術(shù)邏輯部件 ALU 8051 的 ALU 是一個(gè)性能極強(qiáng)的運(yùn)算器，能進(jìn)行加、減、乘、除四則運(yùn)算，也可進(jìn)行與、或、非等邏輯運(yùn)算，還可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送、移位、判斷和程序轉(zhuǎn)移等功能。 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 （三）專用寄存器組 PC 程序計(jì)數(shù)器 PC 是一個(gè)二進(jìn)制 16 位程序地址寄存器（編碼范圍為0000H—FFFFH，共 64KB），專門用來存放下一條需要執(zhí)行的指令的內(nèi)存地址，能自動(dòng)加 1。 B 通用寄存器 B 是專門為乘法和除法設(shè)置的 8 位寄存器，通常用來 存放積的高 8位或除法的余數(shù)。遵循“先進(jìn)后出，后進(jìn)先出”的規(guī)律。主要用來存放存儲器的地址， DPH 用來存放高 8 位， DPL 用來存放低 8 位。 8051 可外接 ROM，但一定保證片內(nèi)和片外之和不能超過 64KB（即 8051 有 64KB 的尋址區(qū)0000H—FFFFH），在 4KB 地址范圍為 0000H—0FFFH 里還可供片外使用，其取決于控制線 EA,如圖 33 所示 武漢工程大學(xué) 郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 7 1000HFFFFH 0000H0FFFH 圖 33 程序存儲 器地址分配 三 I/O 端口 I/O 段口是 MCS51 單片機(jī)對外部實(shí)現(xiàn)控制和信息交換的必經(jīng)之路，是一個(gè)過渡的集成電路，用于信息傳送過程中