1、 昆 明 学 院2013 届毕业论文（设计）论文（设计）题目 基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 子课题题目 姓 名 学 号 201004090101 所属院系 自动控制与机械工程学院专业年级 10 级通信技术专业 指导教师 任杰 2013 年 5 月基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 摘 要随着电子技术的发展，单片机的应用也越来越多及越来越重要，而串行通信理论和单片机的开发相结合使电路板的线路少，成本低了，而且在远距离传输时，避免了很多条的线路特性不同而被广泛地使用。而 RS232 是一种比较成熟的串口，所以本次设计使用 RS232 串口，用串口通信时发送
2、和接收到的每一个字符实际上都是一次一位的传送的，每一位为 1 或者为 0。本次设计就是要利用单片机来完成一个系统，实现两单片机之间的串行通信。并且使用 DS18B20 温度传感器，由一台单片机测量温度后传到另外一台单片机上显示。 串口通讯是单片机的一个重要应用，它既可以实现单片机对计算机的数据传输，同时计算机也可以对单片机进行控制。在本次设计中 ，我需要克服的问题有怎样把两串口与单片机连接和设置传输的格式，和怎样采集温度，怎样显示等问题，总之，在本次设计中我需要对单片机有一定的基础，同时数电和模电也需要好好温习下。对于画设计的系统电路图有很大的帮助。而且我希望通过本次设计，可以很好的学习单片机
3、，同时喜欢上单片机的设计。其中单片机中，MCS51 单片机上的通用异步接收/发送器UART，通过 RXD 和 TXD 可与部电路进行串行异步通信，数据的发送由 TXD 端送出，数据的接收由 RXD 端输入。关键词:串行通信 RS-232 串口 波特率基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 AbstractMCU serial communication is a important application. In communication field, there are two types of data communication mode: parallel commun
4、ication and serial communication. With the development of computer network and hierarchical distributed microcomputer application system, the function of the communication is more and more important. Communication refers to computer information transmission to the outside world, both transmission be
5、tween the computer and the computer,Also includes the computer and external device, such as terminals, printers, and transmission between devices such as disk. Serial communication refers to using a data line, to transmit data a bit a ground in turn, each data holds a fixed length of time. Its just
6、a few lines can exchange information between the systems, especially used in computer and computer, computer and remote communication between the peripherals. When using a serial port communication sending and receiving to each and every one of the characters are in fact a a delivery, each one is or
7、 is zero.This design is to use single chip microcomputer to complete a system, realize the serial communication between the two MCU. And USES DS18B20 temperature sensor, temperature is measured by a single-chip computer and send to other displayed on a single chip microcomputer. For single chip micr
8、ocomputer serial port communication is of great significance, not only can realize the MCU data transmission to the computer side, but also can realize the computer control of the microcontroller. Due to its less cable, wiring simple, so in the long distance transmission, has been widely used, MCS -
9、 51 series microcontroller with a universal asynchronous receiver/transmitter UART, RXD by pin P3. O and TXD P3.1 with external sound circuit B full duplex serial asynchronous communication, send data sent by the TXD end, when receiving data from the RXD input.Keywords: serial communications RS - 23
10、2 serial port baud rate基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 目 录第一章 绪论 .11.1 单片机的应用 .11.2 MCS-51 单片机的基本组成 .21.3 本课题要实现的内容 .2第二章 串行通信介绍 .32.1 串行通信与并行通信 .32.2 同步通信与异步通信 .32.3 全双工方式与半双工方式 .42.4 串行异步通信 .52.5 串行同步通信 .52.6 串口通信参数设置 .62.7 51 单片机串行通信格式及波特率 .7第三章 系统设计 .83.1 系统整体框图 .83.2 两个 RS232 串口服务器之间的连接 .93.2.1 MAX2
11、32 芯片 .93.2.2 RS232 连接方式 .93.3 时钟电路的作用 .123.4 LED 的接入 .133.5 温度采集与显示 .133.5.1 DS18B20 温度传感器 .133.5.2 温度传感器与单片机的连接 .143.5.4 LCD 和数码管与单片机的连接和排阻的接入 .153.5.4.1 排阻的选择 .153.5.4.2 LCD、数码管接入 .163.6 整体电路 .16第四章 软件调试 .184.1 程序流程图 .184.1.1 串行接口流程图 .18基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 4.1.2 K1、K2 键程序流程图 .194.1.3 温度采集与
12、显示子程序流程图 .204.1.4 主程序流程图 .214.2 程序的调入与仿真结果 .22第五章 论文总结 .25参考文献 .26谢辞 .27附录 .28基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 0第一章 绪论为了提高系统管理的先进性和安全性，计算机工业自动控制和检测系统越来越多地采用集总分散系统。较为常见的形式是由一台作管理用的上位主计算机(主机)和多台直接参与控制检测的下位从计算机(从机)构成的主从式多机系统，主机和从机之间以通讯的方式来协调工作。主机的作用一是要向从机发送各种命令及参数；二是要及时收集、整理和分析从机发回的数据，供进一步决策和报表。从机被动地接收、执行主机发
13、来的命令，并且根据主机的要求向主机回传相应的实时数据，报告其运行状态。1.1 单片机的应用由于 MCS-51 系列单片机具有体积小、功能全、价廉、面向控制、应用软件丰富、技术在不断更新、开发应用方便等优点，可以适应各个应用领域的不同需要，因而具有极强的竞争力和生命力，应用前景广阔。今后它仍将是科技界、工业界广泛选择应用的 8 位微控制器，仍将是单片机应用的主流机种。单片机的应用提高了机电设备的技术水平和自动化程度，对各行各业的技术改造和产品更新换代起到了重要的推动作用。1.单片机特别适用于机、电、仪一体的智能产品（1）单片机在日常生活中的应用（2）单片机在数据处理方面的应用 （3）单片机在智能
14、化的仪器仪表中应用2.单片机在工业控制中的应用 单片机成功地应用于玩具、游戏机、无绳电话、充电器、按摩器、IC 卡电话、IC卡水表、IC 卡煤气表、IC 卡电度表、流量温控仪表、家庭自动化、电子锁、电子秤、步进电机、防盗报警、电子日历时钟等这些日常生活的产品中。图形终端、彩色黑白复印机、软盘及硬盘驱动器、磁带机、打印机的内部都采用单片机进行控制。在各类仪器仪表中（包括医疗器械、色谱仪、温度、湿度、流量、流速、电压、频率、功率、厚度、角度、长度、硬度、元素测定等）引入单片机。3.单片机在通讯方面的应用，例如：电视机，人造卫星，手机，电话等等。基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计
15、11.2 MCS-51 单片机的基本组成MCS-51单片机芯片有许多种，如8051、8031、8751、80C51、80C31等。它由8个部件组成：1、中央处理器 CPU），核心。2、时钟电路，12MHz。3、程序存储器（ROM/EPROM），4KB。4、数据存储器（RAM），128B+128B SFR。5、并行 I/O 口（P0P3口），P0和 P2兼作外总线。6、串行口，全双工串行口。7、定时器/计数器，2个16位。8、中断系统,5个中断源，高级和低级两级优先级别。它们都是通过单一总线连接，并被集成在一块半导体芯片上，为单片微型计算机。1.3 本课题要实现的内容（1）在系统中扩展 RS23
16、2 串行通信接口，使 A、B 两台 MCS51 单片机通过该接口相连接。（2）在 A、B 两台 MCS51 单片机各有 1 个按键。A 机 K1，控制 B 机的两个 LED 闪烁。B 机 K2，控制 A 机的一位数码管的显示加 1。（3）使用 DS18B20 温度传感器，由 B 机测量温度后，传到 A 机显示。 基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 2第二章 串行通信的介绍2.1 串行通信与并行通信串行通信使用的只是一根数据线，把数据一位一位地一次传输，其中每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别试用于计算机和计算机、计算机和外部设备之间
17、的远距离通信。数据在单条一位宽的传输线上，一比特接一比特地按顺序传送的方式称为串行通信。 在并行通信中，一个字节（8 位）数据是在 8 条并行传输线上同时由源传到目的地；而在串行通信方式中，数据是在单条 1 位宽的传输线上一位接一位地顺序传送。这样一个字节的数据要分 8次由低位到高位按顺序一位位地传送。源 终点010010018 位 数 据 线（ a ） 并 行 通 信终点源（ b ） 串 行 通 信0 1 0 0 1 0 0 1图 2-1 串行通信与并行通信的对比2.2 同步通信与异步通信 异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。为使双方的收发协调，要求发送和
18、接收设备的时钟尽可能一致。异步通信以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）也是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的。原理图如图 2-2 所示。图 2-2 异步通信原理图基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 3同步通信时要建立发送方时钟对接收方时钟的直接控制，使双方达到完全同步。此时，传输数据的位之间的距离均为“位间隔” 的整数倍，同时传送的字符间不留间隙，即保持位同步关系，也保持字符同步关系。发送方对接收方的同步可以通过外同步和自同步两种方法实现。以下为自同步原理图如图 2-3 所示。图 2-3 同步通信原理2.3 全双工方式与半双工方式MC
19、S_51 单片机有一个全双工串行口。全双工的串行通讯只需要一根输出线和一根输入线。数据的输出我们把它称发送数据（TXD） ，数据输入时我们把它称接收数据（RXD） 。串行通信中我们要解决两个技术问题，数据传送是一个、数据转换也是一个。数据传送我们需要解决送中的标准、传送中的格式和传送中的工作方式等问题。数据转换是指数据的串行和并行转换。具体说，在发送端，我们需要把并行传输的数据转换为串行传输的数据；但是在接收端，我们要把接收到的串行传输的数据转换为并行传输的数据，当数据发送及接收分流时，采用两根不同的传输数据线传送的时候，通信的双方都可以在同一时间进行发送和接收数据的操作，以这样的传送方式传送
20、我们就称为全双工制式，在全双工方式中，通信系统中的每一端都设置了发送器及接收器，因此，能控制数据同时地在两个方向上传送。全双工方式是不需要进行方向切换的，所以，没有因为切换操作而产生时间上的延迟，这些对不能有时间上的延误的交互式应用非常有利。但是此种方式要求通信的双方都有发送器及接收器，而且，我们需要两根数据线来传送数据信号。 ，前一个字符的回送过程及后一个字符的输入过程是同时进行的，也就是工作于全双工方式。图 2-4 是收发的波特率相同的。发送器接收器接收器发送器甲 乙全双工乙甲图 2-4 全双工制式A发送B接收数据时钟信号基于 MCS51 的两片单片机之间的串行通信接口设计 4如果采用同一
21、根传输数据线既要作接收又要作发送，虽然数据是可以在两个不同的方向上传送，但是通信的双方却不能同时进行数据的收发，这样传送的方式就称为半双工制，如图 2-5 所示。采用的是半双工制式的时候，通信系统中每一端发送器及接收器，是通过收和发的开关转接到通信线路上的，来进行的方向之间切换，所以，可能会产生时间上延迟。如图 2-5。半双工发收发收乙甲图 2-5 半双工方式2.4 串行异步通信 串行异步通信时，接收方不断地检测或监视串行输入线上的电平变化，当检测到有效起始位出现时，便知道接着是有效字符位的到来，并开始接收有效字符，当检测到停止位时，就知道传输的字符结束了。经过一段随机时间间隔之后，又进行下一
22、个字符的传送过程。通常接收端的采样时钟周期要比传输字符的位周期短，常用的采样时钟频率为位频率的16倍，采取这种措施是为了提高抗干扰能力 ，在串行通信中，二进制数据以数字信号的信号形式出现,不论是发送还是接收，都必须有时钟信号对传送的数据进行定位。在 TTL 标准表示的二进制数中，传输线上高电平表示二进制1，低电平表示二进制0，且每一位持续时间是固定的，由发送时钟和接收时钟的频率决定。2.5 串行同步通信 同步通信指的是数据传送是以数据块做为单位的，字符和字符之间、字符内部的位和位之间都是同步的。同步串行通信的特点可以概括为：以数据块作为传送单位传送信息；在一个信息帧之内，字符和字符间没有间隔；因为每一次传输的数据块中包含的数据比较多，因而接收时钟和发送进钟是严格同步的，所以通常我们的单片机设计中要有同步时钟。同步串行通信的数据格式是每个数据块或信息帧由3部分组成：一个数据块为两个同步字符也就是信息帧，作为起始标志；
