【正文】 錄 ................................................................... 28 基于 MCS51的兩片單片機(jī)之間的串行通信接口設(shè)計 1 第一章 緒論 為了提高系統(tǒng)管理的先進(jìn)性和安全性，計算機(jī)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)。主機(jī)的作用一是要向從機(jī)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(jī)發(fā)回的數(shù)據(jù)，供進(jìn)一步?jīng)Q策和報表。 單片機(jī)的應(yīng)用 由于 MCS51 系列單片機(jī)具有體積小、功能全、價廉、面向控制、應(yīng)用軟件豐富、技術(shù)在不斷更新、開發(fā)應(yīng)用方便等優(yōu)點(diǎn)，可以適應(yīng)各個應(yīng)用領(lǐng)域的不同需要，因而具有極強(qiáng)的競爭力和生命力，應(yīng)用前景 廣闊。單片機(jī)的應(yīng)用提高了機(jī)電設(shè)備的技術(shù)水平和自動化程度，對各行各業(yè)的技術(shù)改造和產(chǎn)品更新?lián)Q代起到了重要的推動作用。 圖形終端、彩色黑白復(fù)印機(jī)、軟盤及硬盤驅(qū)動器、磁帶機(jī)、打印機(jī)的內(nèi)部都采用單片機(jī)進(jìn)行控制。 ，例如：電視機(jī)，人造衛(wèi)星，手機(jī)，電話等等。它由 8個部件組 成： 中央處理器 CPU），核心。 程序存儲器（ ROM/EPROM）， 4KB。 并行 I/O 口（ P0～ P3口）， P0和 P2兼作外總線。 定時器 /計數(shù)器， 2個 16位。 它們都是通過單一總線連接，并被集成在一塊半導(dǎo)體芯片上，為單片微型計算機(jī)。 （ 2）在 A、 B兩臺 MCS51 單片機(jī)各有 1個按鍵。 B 機(jī) K2，控制 A 機(jī)的一位數(shù)碼管的顯示加 1。 基于 MCS51的兩片單片機(jī)之間的串行通信接口設(shè)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。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 。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。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時鐘盡可能一致。原理圖如圖 22 所示。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(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。以下為自同步原理圖如圖 23 所示。全雙工的串行通訊只需要一根輸出線和一根輸入線。串行通信中 我們要解決 兩個技術(shù)問題，數(shù)據(jù)傳送 是一個 、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 也是一個 。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是指數(shù)據(jù)的串 行和 并行轉(zhuǎn)換。全雙工方式 是不 需 要 進(jìn)行方向切換 的 ，所以 ，沒有 因?yàn)?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(yīng)用 非常 有利。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(jìn) 行的， 也就是 工作于全雙工方式。 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(jī)之間的串行通信接口設(shè)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(jìn)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。如圖 25。經(jīng)過一段隨機(jī)時間間隔之后，又進(jìn)行下一個字符的傳送過程。在 TTL標(biāo)準(zhǔn)表示的二進(jìn)制數(shù)中，傳輸線上高電平表示二進(jìn)制 1， 低電平 表示二進(jìn)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。同步串行通信的特點(diǎn)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?yàn)?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(jìn)鐘 是 嚴(yán)格同步 的 ，所以通常 我們的單片機(jī)設(shè)計中 要有同步時鐘。 串口通信參數(shù) 設(shè)置 串口通信最重要的參數(shù)是停止位和奇偶校驗(yàn)、波特率 和 數(shù)據(jù)位。 表示的是 每 一 秒鐘傳送的 bit 個數(shù)。 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。通常電話線的波特率為 36600， 28800和 14400。高 的 波特率常用于放置 得很近的儀器間通信， 其中 GPIB 設(shè)備的通信 就是一個例子 。 如果單片機(jī) 發(fā)送 了 一個信息包 時 ，實(shí)際的數(shù)據(jù)不 可能一定就 是 8位，標(biāo)準(zhǔn)的值 可能 是 5位 、 7位 和 8位。 列如 ， 一般 標(biāo)準(zhǔn) ASCII 碼 采用的 是 0～ 127（ 7位）。如果數(shù)據(jù)使用標(biāo)準(zhǔn) ASCII 碼，那么 他的一 個數(shù)據(jù)包就是 用 7位數(shù)據(jù) 的 。 基于 實(shí)際 的 數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議 標(biāo)準(zhǔn) ，術(shù)語“包 ”指任何通信的情況。典型的值為 1， 2位。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計算機(jī)校正時鐘同步的機(jī)會。 奇偶校驗(yàn)位：在串口通信中一種簡單的檢錯方式。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。例如，如果數(shù)據(jù)是 011，那么對于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為 0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。 基于 MCS51的兩片單片機(jī)之間的串行通信接口設(shè)計 7 51 單片機(jī)串行通信格式及波特率 51單片機(jī)串口通信協(xié)議有 4種方式，其中對 1方式（ 8位）， 2， 3方式（ 9位）的格式，中在每發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)前都有一個起始位 0，發(fā)送完畢一個字節(jié)后有 一個停止位 1，當(dāng)想要在 SBUF 寫一個字節(jié)的數(shù)據(jù)流時，單片機(jī)會自動加上起始位，當(dāng) TI==1時，就會自動加上停止位。在 本次設(shè)計的串行通信中 ， 發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時，們要對 數(shù)據(jù) 的 速率 肯定 要有 一個 約定，我通過軟件 可以 對 MCS51單片機(jī)的 串行口編程制定 四種工作方式。 方式 0時，移位時鐘脈沖由 56(即第 6個狀態(tài)周期，第 12個節(jié) 拍 )給出，即每個機(jī)器周期產(chǎn)生一個移位時鐘，發(fā)送 或者 接收一位數(shù)據(jù)。 方式 1及 方式 3的移位時鐘脈沖 是 由定時器 T1的溢出率決定 的 ，故波特率 是 由定時器 T1的溢出率 和 SMOD 的 值 共同 決定， 也就是 方式 1及 方式 3的波特率 就可以寫成 2SMOD/32*T1溢出率。計數(shù)速率與 TMOD 寄存器中 C/T 的狀態(tài)有關(guān)。 基于 MCS51的兩片單片機(jī)之間的串行通信接口設(shè)計 8 第三章 系統(tǒng)設(shè)計 系統(tǒng)整體框圖 要實(shí)現(xiàn)兩 MCS51 單片單片機(jī)之間的串行通信就需要兩 RS232，分別接在各自的單片機(jī)上，然后再通過他們相連，兩單片機(jī)實(shí)現(xiàn)了通信，才可以繼而實(shí)現(xiàn)開關(guān)控制 LED 閃爍和控制溫度顯示等。由溫度傳感器給單片機(jī)發(fā)送溫度，然后在 LCD 上顯示，而后是控制 LED 閃爍需要一個開關(guān)或按鈕，和需要另外一個開關(guān)或按鈕來實(shí)現(xiàn)控制數(shù)碼管顯示加 1，這些通信都是兩單片機(jī)之間的 收發(fā)通信，而且是串行通信，所以我們不可能同時實(shí)現(xiàn)這些程序，當(dāng)我們控制 LED 閃爍后，需要控制數(shù)碼管顯示加 1 就得關(guān)閉控制 LED 閃爍的開關(guān)，然后打開控制數(shù)碼管的開關(guān)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管顯示加 1。 圖 31 系統(tǒng)框圖 基于 MCS51的兩片單片機(jī)之間的串行通信接口設(shè)計 9 兩個 RS232 串口服務(wù)器之間的 連 接 MAX232 芯片 圖 32 設(shè)計中采用的 MAX232 芯片 圖 32 MAX232 芯片其內(nèi)部 是由一個 電源電壓變換器 組成的 ， 它 可以將輸入 的 +5V電壓 轉(zhuǎn)換 成 RS232 輸出電平 時 所需的177。所以采用這種芯片來實(shí)現(xiàn)接口電路特別方便，只需單一的 +5V 電源 輸入 即可。其中 芯片的 管腳 1～ 6(C1+、 V+、 C C2+、 C V)是 用于電源電壓 的 轉(zhuǎn)換，只要在外部接入相應(yīng)的電解電容 就可以了 ；管腳 7～ 10 及 管腳 11～ 14 構(gòu)成 了 兩組 TTL 電平與RS232 電平 之間的 轉(zhuǎn)換電路， 這些相對應(yīng)的 管腳 就可以 直接 和 單片機(jī)串行口的 TTL 電平引腳 直接 相 連接了 。 基于 MCS51的兩片單片機(jī)之間的串行通信接口設(shè)計 10 D T E （ 乙 ）T X DR X DR T SC T SD S RS GD C DD T RR ID T E （ 甲 ）T X DR X DR T SC T SD S RS GD C DD T RR I 圖 33 兩 RS232 的連接 如果 甲方準(zhǔn)備好 之后 ，乙方 就會產(chǎn)生 呼叫（ RI）有效，同時 也 準(zhǔn)備好（ DSR）。 也即是，如果 甲方請求發(fā)送（ RTS），就會 得到允許（ CTS），同時， 也可以 使乙方 DCD 有效， 這是就是 檢測到 了 載波信號。 串行通信中，線路空閑時，線路的 TTL 電平總是高的，經(jīng)反向 RS232 的電平總是低的，一個數(shù)據(jù)的開始 RS232 線路為高電平，結(jié)束時 RS232 線路為低電平，數(shù)據(jù)總是總低位向高位一位一位的傳輸。 圖 36 RS232 之間的連接電路圖 RS232 的標(biāo)準(zhǔn)就是將 (+3V)(+15V),(3V)(15V)的電平作為通訊的高低電平使用，所謂的信號強(qiáng)弱是和電壓、電流有關(guān)，通常 RS232 的通訊電流都在 5mA10mA 左右，如果導(dǎo)線過長，電損耗相對也會加大，那么電壓就會下降，這樣便會影響到信號識別。 如果檢測到 8個時鐘 ， 便要對 對輸入 的 信號進(jìn)行檢測， 如果仍然是 低電平， 就 確認(rèn)這 就 是“起始位” ,而不是干 擾 得 信號； 在 起始位 被 收端檢測 到后 ， 這期間隔 16個接收 的 時鐘， 每檢測一次 輸入信號， 就會 把 相 對應(yīng)的值作為 DO 的 位數(shù)據(jù)。每當(dāng) 隔 16個接收時鐘 的時候 ，對輸入 的 信號 再 檢測一次， 我們就 把 相對應(yīng) 的值作為 D1位數(shù)據(jù)，直到全部數(shù)據(jù)位都 已經(jīng) 輸入； 當(dāng) 檢測校驗(yàn)位P和 數(shù)據(jù)位個數(shù) 及 校驗(yàn)位 之 后， 接下來 通信接口電路 則會 收到停止位 如果此時沒有 收到邏輯 1， 就是出錯了 ，在狀態(tài)寄存器中 設(shè) 置”幀錯誤晰志； 在這一 幀信息全部 都 接收完之后 ， 我們 把線路上 所有 出現(xiàn)的高電平作為空閑位； 每當(dāng) 信號再 一 次變?yōu)榈?電平的時候 ， 就會 開始進(jìn) 入下一幀檢測。始位之后 就是數(shù)據(jù)位 ，他們可以 設(shè)置 成 8位，低位 的 在前高位 的 在后。 時鐘電路的作用 時鐘電路的核心是個比較穩(wěn)定的晶體振蕩器，晶體振蕩器產(chǎn)生正弦波，把頻率進(jìn)行分頻，處理，形成時鐘脈沖， 提供一個符合單片機(jī)要求的脈沖寬度和電平范圍的復(fù)位信號，以使單片機(jī)回到初始狀態(tài)重新開始 。根據(jù)電路的不同，單片機(jī)的時鐘方式可分為內(nèi)部時鐘方式 及 外部時鐘方式 兩種 。在內(nèi)部方式時鐘電路中， 我們要 在 XTAL1 和XTAL2 引腳兩端跨接 上 石英晶體振蕩器 及 兩個微調(diào)電容構(gòu) 以 成振蕩電路，通常 C1和 C2一般取 30pF，晶振的頻率取值在 ～ 12MHz 之間。晶體振蕩器的振蕩信號從 XTAL2 端送入內(nèi)部時鐘電路，它將該振蕩信號二分頻，產(chǎn)生一個兩相時鐘信號 P1 和 P2 供單片機(jī)使用。 CPU 就是以兩相時鐘 P1 和 P2 為基本節(jié)拍協(xié)調(diào)單片機(jī)各部分有效工作的。 基于 MCS51的兩片單片機(jī)之間的