1、 毕业设计文献综述 电子信息工程 单片机双机通信系统设计 1. 前言 随着计算机技术的快速发展和广泛应用，从智能的家用电器到工业上的集散控制系统都采用上位机与下位机基于串行通信的主从工作方式，这样就充分利用了微型计算机分析处理能力强、速度快的特点及下位机面向控制、使用灵活方便的优势。 1 51 系列的单片机内部包含有数据存储器、程序存储器、两个 16 位的定时器 /计数器、通用异步串行收发器这些资源。在广泛的应用中，单独一片单片机所能完成的任务是有限的，因此而常常需要扩充 I/O 接口、定时器 /计数器、串行通信接口、存储器等 器件。一个系统中使用两个或两个以上的单片机时，单片机之间就需要通过
2、互连进行数据的通信。 51系列的单片机带有串口，利用串口进行互连通信极为方便，并且能够减少端口的数量。但如果系统要求扩充的资源是对外连接的串口，串口上可以外接串行输入并行输出的移位寄存器 74LS164，或外接并行输入串行输出的移位寄存器 74LS165。 2-6为了增加通信距离，减少通道中电源的干扰，可以在通信上路采取光电隔离的方法进行双机串行通信。 2. 主题 双机通信系统设计中，单片机内部的串行接口是全双工的，它在接收数据的过程中同时能够发送数据 。两个串行接口数据缓冲器可以通过特殊功能寄存器 SBUF访问，写入 SBUF的数据用于发送，接收的数据从 SBUF中读出。常用的数据传输方式有
3、单工、半双工、全双工，本设计采用单工的传输方式。串行通信有两种形式，（ 1）异步通信：这种通信方式的特点是接收器和发送器都有各自独立的时钟，然而它们之间的工作不是同步的，异步通信方式用一帧表示一个几位的字符，其内容排布：首先一个起始位，接着几个数据位，最后紧跟的是一个停止位。（ 2）同步通信：这种通信方式的特点是发送端和接收端由共同的一个时钟源控制，为了解决在异步通信方式中每传 输单位字符要加上起始位和停止位从而占用大量传输时间的情况，同步传输通信方式会去掉起始位和停止位，与传输数据块时会首先送出同步字符标志来控制数据的发送。单片机对串口的控制是通过对串行口控制寄存器 SCON 和波特率控制寄
4、存器 PCON的设置实现的。 SCON是一个可以位寻址的特殊功能寄存器，通过设置 SCON的 SM0位和 SM1位，可以使单片机有四种不同的工作方式供选择。在和 PC 机串行通信时，通常设置为方式 1或者是方式 3，主要区别在于方式 1的数据格式是 8位，方式 3的数据格式是 9位，其中第 9位 SM2是多机使能位，编辑第 9 位 就能实现单片机之间的多机通信。波特率控制寄存器 PCON的最高位 SMOD 为串行口波特率控制位，通过设置 SMOD 为 1可以获得更快的通信速率，并且 SMOD 是不可以位寻址。 7-10PC 机和单片机通信时，其通信速率是由定时器 T1或定时器 T2产生，当定时
5、器 T1工作方式 2状态，通信波特率的计算公式：波特率 (SMOD fosc) 32 12（ 256 TH1） 。其中 fosc 是晶振频率，为获得准确的通信速率， fosc 通常为 12MHZ。 6通过定时器 T0,T1方式寄存器 TMOD 来设置定时器的工作方式，门控位 GATE 为是否受外部引脚 INT0， INT1 电平控制， C/T 为定时器方式和外部计数方式选择控制位，工作方式选择位为 M1、 M0。串行口控制寄存器 SCON 是一个特殊寄存器，是具有位寻址功能德， SCON 包括串行口的工作方式选择位 SM0，SM1，多机通信标志位 SM2，允许接收位 REN，发送接收第 9 位
6、数据 TB8 和RB8，以及发送中断标志 TI，接收中断标志 RI。 下面介绍单片机系统各部分功能模块： (1)单片机的串行工作方式 :目前广泛应用的单片机串行通信是采用异步通信方式，多数单片机都有一个或者多个 UART 异步串行通信接口，这就 为使用者编写通信程序提供了便利。本文将讨论采用异步串行通信方式，单片机对串口的控制是通过对串行口控制寄存器 SCON和波特率控制寄存器 PCON的设置来实现的。 SCON是一个可以位寻址的特殊功能寄存器，通过设置 SCON的 SM0 和 SMI，可以使单片机工作于四种不同的方式。 SCON 的内容可以参考数据手册进行了解。当单片机用于和 PC 机进行通
7、信时，一般设置为方式 1或方式 3，主要区别是方式 1的数据格式为 8位，然而方式 3的数据格式为 9位，其中第 9位 SM2为多机通信选择位，能够实现单片机的多机通信。波特率控制寄存器 PCON的 第 7位 SMOD 为串口波特率倍增控制位，当单片机的晶振为整数时，通过设置 SMOD 为 1可获得更高的速率，但是 SMOD 不可以位寻址。 (2)单片机串行口的传输速率设置 :单片机和 PC 机通信时，其通信速率由定时器 1或定时器 2产生 (52系列 )，定时器时 1工作于方式 2的通信速率计算公式为：波特率 (SMOD fosc) (32 12 256 TH1)。当采用定时器 1的设计时，
8、速率不会过高，一般情况下最高为 19200bit s。为了获得更高的通信速率，可利用 52系列单片机的定时器 2，定时器 2的最高的速率可以达到 115200bjt/s。 11 (3)时钟电路 :时钟电路是单片机的工作心脏，可以控制着单片机的节奏，通过提高时钟的频率来提高 CPU的工作速度，目前大多数的单片机采用 CMOS工艺，允许的最高频率是随着型号变化而变化得。 AT89C51 等 CMOS 型单片机内部了有一个可以控制的反相放大器，引脚 XTAL2， XTAL1分别为反相放大器的输入端和输出端，在 XTAL2， XTAL1上连接晶振源和电容便可以组成振荡器。电容 C1， C2 的参考值为
9、 22PF，振荡器的频率主要取决于晶振的频率，但必须小于器件允许的最高频率。 6振荡器的工作 由 PD 来控制，复位以后PD=0 振荡器工作，可由软件置 PD 为“ 1”，振荡器便会停止振荡，从而使得整个单片机系统停止工作，以达到节省电的目的。 (4)显示电路 :在单片机系统中，经常用 LED（发光二极管）数码管显示器来显示单片机系统的工作状态等信息， LED 数码管显示器是单片机与人对话的一种重要输出设备。 LED 数码管可以构造成显示出 0-F数字符号的 7段数码管，而在内部结构方面的连接可分为共阳极数码管和共阴极数码管。将发光二极管的正极全部连接在一起组成公共端称为共阳数码管，反之将其负
10、极公共端称为共阴数码管。其中，共阳 数码管公共端接 +5V，共阴数码管公共端接地，当另一端接高电平时发光二极管导通点亮，而接低电平时二极管不导通则不点亮。 3. 总结 本次设计采用两片单片机实现信息的串行通信，设计过程中，从双机通信背景的了解，到单片机具体功能的和 8051单片机的区别；从串行通信的原理的熟悉，到掌握具体串行通信在双机之间的电路实现；从硬件电路设计到程序编写；从硬件调试到软件仿真的实现。发送方的数据由串行口 TXD 端输出，经过传输线将信号传送到接收端。接收方接收到信号，对于接口电路，通过短距离传送，能够减少抗干扰作用，短距离双机串口中可以 连接电平转换器，常用芯片有 RS23
11、2。硬件设计过程中，对串行通信方式的选择，波特率的计算，芯片的选择，某些指令功能的使用，功能模块的连接，芯片地址选择等都需要理解。 4. 参考文献 1楼然苗，李光飞 . 51系列单片机设计实例 M. 北京：北航出版社 ,2003. 2李光飞，楼然苗 . 单片机课程设计实例指导 M. 北京：北航出版社 ,2004. 3余永权 . ATMEL89系列单片机应用技术 M. 北京：北航出版社 ,2001. 4余永权 . 89 系列 FLASH 单片机原理及应用 M. 北京：电子工业出 版社 ,2000. 5孙燕，刘爱民 . Protel99设计与实例 M. 北京：机械工业出版社， 2000. 6胡汉才
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