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甲乙两机串口通信双向控制系统硬件系统设计.

2018-04-29 12页 doc 99KB 75阅读

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甲乙两机串口通信双向控制系统硬件系统设计.甲乙两机串口通信双向控制系统硬件系统设计. 目录 1. 题目设计要求: ................................................................................................................. 1 2. 系统的组成及工作原理......................................................................................................
甲乙两机串口通信双向控制系统硬件系统设计.
甲乙两机串口通信双向控制系统硬件系统设计. 目录 1. 题目设计要求: ................................................................................................................. 1 2. 系统的组成及工作原理....................................................................................................... 2 2.1 系统组成 ........................................................................................................................ 2 2.2 工作原理 .......................................................................................................................... 2 2.3 双机通讯的 ............................................................................................................... 3 3. 器件的功能及作用.............................................................................................................. 4 3.1 硬件设计 .......................................................................................................................... 4 3.1.1 AT89C51说明.............................................................................................................. 4 3.1.2 RS23说明.................................................................................................................... 5 3.2 电气特性 .......................................................................................................................... 5 3.3 DB-9连接器 ...................................................................................................................... 6 4. 系统硬件设计..................................................................................................................... 8 4.1 线路原理图 ...................................................................................................................... 8 4.2 元器件清单 ...................................................................................................................... 9 5. 设计体会和收获 ................................................................................................................10 6. 参考文献........................................................................................................................... 11 1.题目设计要求: 甲乙两机串口双向通信设计 要求:利用51单片机,RS232芯片,LED灯,数码管进行双机通信设计。甲机可按键控制乙机的LED显示;乙机可按键控制甲机的数码管显示。完成以下设计环节: 1)使用Altium Desinger开发工具,设计电路原理图。 2)使用Uvision2开发平台,采用C语言或汇编语言设计软件程序。 3)使用PROTEUS仿真软件,设计仿真原理图并运行软件程序,完成系统仿真。 1 2. 系统的组成及工作原理 2.1 系统组成 本次设计是用两个单片机(称为甲机和乙机)之间采用方式1双向串行通信。 甲机的按键可通过串口控制甲机、乙机的2个LED灯,按一次甲机、乙机的LED1点亮,LED2灭,按两次甲机、乙机LED1灭,LED2点亮,按三次甲机、乙机的LED1和LED2全亮。 乙机的按键课控制串口向甲机发送按下的次数,按下的次数通过串口显示在甲机P0口的数码管上,由此设计出总体框图。 LED显示 LED显示 STC89C51STC89C51按键 R1 R1 按键 数码管显示 图2.1 总体框图 2.2 工作原理 双机通信系统通过甲乙单片机的串行口来实现数据的收发。 甲单片机通过开关电路来启动发送程序,甲机当开关按下时向乙机发送一个数据,乙机上蜂咛器发出声音提示有数据发送过来,乙机通过接收中断来接收和开关判断是否接收甲机发送过来的数据,并通过编写好的数据代码在8个发光二极管上显示主机发送过来的数据。 乙单片机通过开关电路来启动发送程序,乙机给甲机发送一数据,甲机上蜂咛器发出声音提示有数据发送过来,甲机通过接收中断来接收和开关判断是否接收乙机发送过来的数据,并通过编写好的数据代码在8个发光二极管上显示乙机发送过来的数据。 2 2.3 双机通讯的方案 设计方案: 该系统采用主从共两片AT89C51单片机来实现上位机对下位机的控制,由于是近距离的双机通信,我们采用单片机直接交叉连接的方式,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。需要注意的是一定要保证主从机相同的数据传输速率,即要求设置相同的波特率。电路分为数码管显示模块,指示模块、以及单片机工作的基本复位、晶振模块。 甲机由3个数码管,4个独立键盘开关,1个蜂咛器组成。 乙机由8个发光二极管,一个蜂咛器,1个数字温度传感器DS18B20组成。 单片机上最基本的两个电路: 复位电路(图2.2)和晶振电路(图2.3) 图2.2 复位电路图 图2.3 晶振电路图 3 3. 器件的功能及作用 3.1 硬件设计 3.1.1 AT89C51说明 At89c51单片机内部有1个功能很强大的全双工串行口,可以同时发送和接收数据。串行口的内部有数据接收缓冲器和数据发送缓冲器,数据接收缓冲器只能读出不能写入,数据发送缓冲器只能写入不能读出,这两个数据缓冲器都是用SBUF来表示,地址都是99H,CPU对特殊功能寄存器SBUF执行写操作就将数据写入发送缓冲器,对SBUF执行度操作就是读出接收缓冲器中的内容。特殊功能寄存器SCON参访串行口的控制状态信号,串行口用T1或者T2作为波特率发生器(发送和接收时钟),特殊功能寄存器PCON的最高位SMOD为串行口波特率的倍率控制位。 SCON:串行口控制寄存器 寄存器地址98H,位寻址9FH,98H。 表3.1 寄存器表 位地址 9F 9E 9D 9C 9B 9A 99 98 位符号 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SM0、SM1:串行口工作方式选择位 SM2:多机通信控制位 REN:允许/禁止串行口接收的控制位 TB8:在方式2和方式3中,是被发送的第9位数据,可根据需要由软件置1或清 零,也可以作为奇偶校验位,在方式1中是停止位。 RB8:在方式2和方式3中,是被接收的第9位数据(来自第TB8位);在方式 中,RB8收到的是停止位,在方式0中不用。 TI——串行口发送中断请求标志位: 当发送完一帧串行数据后,由硬件置1;在转 向中断服务程序后,用软件清0。 RI——串行口接收中断请求标志位: 当接收完一帧串行数据后,由硬件置1;在转 向中断服务程序后,用软件清0。 SM0、SM1:串行口工作方式选择位,其组合含义如下所示: 4 表3.2 串行口表 SM0 SM1 方式 功能说明 0 0 0 移位寄存器方式(用于I/O口扩展) 0 1 1 8位UART,波特率可变(T1溢出率/n) 1 0 2 9位UART,波特率为(f/64或f/32) 1 1 3 9位UART,波特率为(T1溢出率/n) PCON的D7位作为串行波特率系数SMOD控制位,PCON不可位寻址,其地址为87H,当SMOD=1时,波特率加倍。SMOD在PCON中的位置如下所示: PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SMOD 3.1.2 RS23说明 RS232近程通讯总线适合于数据传输速率在0,20000b/s范围内的通信,由于通行设备厂商都生产与RS-232C制式兼容的通信设备,因此,它作为一种标准,目前已在微机通信接口中广泛采用。如图3.1所示: . 1 6 2 7 3 .8 4 9 5 图3.1 DB9图 . 3.2 电气特性 EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了。 5 在TxD和RxD上:逻辑1(MARK)=-3V,-15V 逻辑0(SPACE)=+3,,15V 在RTS、CTS、DSR、DTR和DCD等控制线上: 信号有效(接通,ON状态,正电压),+3V,+15V 信号无效(断开,OFF状态,负电压)=-3V,-15V RS232C与TTL转换:EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态,与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此,为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接,必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。 最大直接传输距离说明:RS-232C标准规定,若不使用MODEM,在码元畸变小于4%的情况下,DTE和DCE之间最大传输距离为15m(50英尺。 3.3 DB-9连接器 使用DB-9连接器,作为提供多功能I/O卡或主板上COM1和COM2两个串行接口的连接器。它只提供异步通信的9个信号。DB-25型连接器的引脚分配与DB-25型引脚信号完全不同。因此,若与配接DB-25型连接器的DCE设备连接,必须使用专门的电缆线。 最大直接传输距离说明:RS-232C标准规定,若不使用MODEM,在码元畸变小于4%的情况下,DTE和DCE之间最大传输距离为15m(50英尺)。 用RS-232总线连接系统有近程通讯方式和远程通讯方式两种,近程通讯是指传输距离小于15米的通讯,可以用RS-232 电缆直接连接。15米以上的长距离通讯,需要采用调制调解器。 当计算机与终端之间利用RS-232作近程连接时,有几根线实现交换连接。本次实验不需要检测数据等信号状态的 RS-232是异步通讯中最广泛的标准总线,适用于数据中端设备(DTE)和数据通讯设备(DCE)之间的接口。在微机通讯中,通常使用 的RS-232接口信号是九根引脚。如表3.3:各引脚功能如下: 6 表3.3 DB9管脚说明表 引脚号 符号 方向 功能 1 DCD 输入 载波检测 2 RXD 输入 接收数据 3 TXD 输出 发送数据 4 DTR 输出 数据终端就绪 5 GND 信号地 6 DSR 输入 数据装置就绪 7 RTS 输出 请求发送 8 CTS 输入 清除发送 9 RI 输入 振铃指示 用RS-232总线连接系统有近程通讯方式和远程通讯方式两种,近程通讯是指传输距离小于15米的通讯,可以用RS-232 电缆直接连接。15米以上的长距离通讯,需要采用调制调解器。 计算机和终端用RS-232连接的交叉图4如下,图中“发送数据”与“接收数据”是交叉相连的,是得两台设备都能正常的发送和接收。 图3.2 通讯连接 数据发送与接收线: 发送数据(TxD)——通过TxD终端将串行数据发送到MODEM。 接收数据(RxD)——通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据。 7 4. 系统硬件设计 4.1 线路原理图 第一步将两组按键和LED灯分别连接到单片机U1、U2的P1口,第二步将单片机U1的P0口分别连接到数码显示管上进行显示,第三步将单片机U1的P0口连接到排阻上,第四步分别将单片机U1、U2的P3口连接到各自的线驱动器/接收器上,第五步将两个线驱动器/接收器分别连接到各自的DB-9接口上,最后再将单片机U1、U2通过DB-9连接器进行连接,来实现双机通讯。 图4.1 线路原理图 8 4.2 元器件清单 1、两个C51单片机U1、U2 2、排阻 3、数码显示管 4、4个LED 5、电容和极化电容 6、220欧电阻 7、两个线驱动器/接收器 8、两个DB-9接口 9、+5V电源 10、两个按键 9 5. 设计体会和收获 最初选择双机串行通信这个实验时,由于从未接触过这类设计,感到新鲜的同时不乏挑战性。现在终于将它完成了,感到受益颇多。第一,这是一份考验我们自觉性、动手能力与协作意识的任务。第二,未知并不可怕,可怕的是因未知而止步。我们在课堂上所学的知识是非常有限的,这次的课程设计就是个很好的体现。很多函数的运用我们还没掌握,一些简单的循环语句都可能出错。实践后才能真的知道我们真正掌握了多少。第三,团结就是力量一点都不假。在团组合作时我们更便于互相取长补短,相互讨论,效果很好。 通过本次课设实验我们对自身进行了查缺补漏,是自己对单片机这门课程有了更深的了解,对我们以后的工作有了很大的帮助。同时通过老师对我们的讲解,对各种知识的理解进一步加深,在此对老师深表感谢。总之在这次的实验中我们更加丰富了自己使自己有了进一步的提高。 10 6. 参考文献 1.《单片机语言C51典型应用设计》 人民邮电出版社;刘文涛编著 2015.10 2.《μVision2单片机应用程序开发指南》科学出版社;尹勇 李宇编著 2012.2 3.《单片机原理与应用系统设计》清华大学出版社:马秀丽编著 2014.10 11 古今名言 敏而好学,不耻下问——孔子 业精于勤,荒于嬉;行成于思,毁于随——韩愈 兴于《诗》,立于礼,成于乐——孔子 己所不欲,勿施于人——孔子 读书破万卷,下笔如有神——杜甫 读书有三到,谓心到,眼到,口到——朱熹 立身以立学为先,立学以读书为本——欧阳修 读万卷书,行万里路——刘彝 黑发不知勤学早,白首方悔读书迟——颜真卿 书卷多情似故人,晨昏忧乐每相亲——于谦 书犹药也,善读之可以医愚——刘向 莫等闲,白了少年头,空悲切——岳飞 发奋识遍天下字,立志读尽人间书——苏轼 鸟欲高飞先振翅,人求上进先读书——李苦禅 立志宜思真品格,读书须尽苦功夫——阮元 非淡泊无以明志,非宁静无以致远——诸葛亮 熟读唐诗三百首,不会作诗也会吟——孙洙《唐诗三百首序》 书到用时方恨少,事非经过不知难——陆游 问渠那得清如许,为有源头活水来——朱熹 旧书不厌百回读,熟读精思子自知——苏轼 书痴者文必工,艺痴者技必良——蒲松龄 12 声明 访问者可将本资料提供的内容用于个人学习、研究或欣赏,以及其他非商业性或非盈利性用途,但同时应遵守著作权法及其他相关法律的规定,不得侵犯本文档及相关权利人的合法权利。谢谢合作~ 13
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