毕业设计（论文）-基于51单片机的多机通信系统.docx

课程设计报告课程 单片机技术 题目 串口通信一多机通信系统系别 班级—学号—学生姓名 指导教师—职称_设计时间 1题设要求分析 12硬件电路的设计 32. 1系统的组成 32. 2系统的工作原理 32.3硬件电路原理图设计 42.4硬件电路的实现 63软件电路的设计 83. 1通信协议的设计 83. 2主机程序设计 83. 3从机程序设计 124系统的调试与实现 154. 1从机模块调试 154.2 LED显示模块调试 154. 3电平转换模块功能调试 154. 4主机模块功能调试 164・5整体设计功能调试 16参考文献 181题设要求分析本小组的试验题冃如下：一、任务:设计实现多台单片机系统Z间的串行通信二基本要求(难度系数0.8)：(1) 设计一个主从式多机通信系统,包含1台主机和3台从机,主机和从机全部为单片机;(2) 选择合适总线接口芯片,正确连接主机和从机;(3) 编程实现分和式数据采集功能,主机可以获取各分机当前肋转换结果, 并显示三、发挥部分:(1) 完善通信功能根据完成情况加分,上限+0. 2) 经过本小组成员对本课题认真讨论先做出如下分析：对课题分析后本小组认为本次实验的冃的是就是应用单片的串口通信功能 实现一个分布式采集系统。

整个系统中包含一片主机和三片从机，主机的任务是 实现对三片从机的AD转换结果的采集并在数码管上显示Z这样从硬件的角度 上将整个系统分为两个模块——主机模块和从机模块主机模块中包含单片机模 块、led数码管显示子模块和串口电平转换子模块，从机模块则包括单片机子模 块、AD转换子模块和串口电平转换子模块就本次试验而言硬件电路的设计难 点在于串口电平转换芯片的选择及其连接，而软件的设计难点在于串口通信协议 的制定及相关程序的编写实现多机通信方案的实现不同于双机通信多机通信系统中需耍识别通信信 息发出者或是接受者是谁经过查阅资料发现在大多数的多机通信系统中都是才 采用地址识别的方法实现的所谓地址识别方法就是在发送或接受信息前先发送 和校验地址帧就本题冃而言，先要对通信系统中的每台机器分配一个唯一的地 址作为识别信息具体的识别过程如下：■首先，从机处丁只接收地址帧的状态；■主机发送一帧地址信息；■ 从机接受到地址帧后，将本机地址与地址帧中的地址进行比较，如 果地址相同准备接受数据，否则丢弃当前帧，依然处于只接受地址 帧的状态；■主机发送数拯帧，相应的从机接受数据，数据传送完毕后，从机继续lul到只接受地址帧的状态，在这个过程中其他从机不受影响；■当主机需耍与其他从机进行数据传输时，可以再次发送地址帧呼叫 从机，重复这i过程［1］。

对于本题而言可通过此过程实现主机对从机的绝对控制这样在主机中编写 一个循环程序就可以实现对三台从机的AD转换结果的不停采集至于地址帧与 数据帧的区别则可通过串口T作方式三下的第九位的置1或置0来实现在完成 通信的基础上，再将采集到的三路结果分别用两个led数码管显示即可试验预期 冃的2硬件电路的设计2.1系统的组成根据题冃分析可知硬件电分为主机模块和从机模块主机模块中包含单片机 子模块、led数码管显示子模块和串口电平转换子模块，从机模块则包括单片机 子模块、AD转换子模块和串口电平转换子模块在主模块中由AT89S51单片机 担任主机，六个led数码管担任显示设备和一片MAX485担任串口的电平转换 在整个主机系统中有三个从机模块三个从机模块结构一样，有一片AT89S51单片 机担任从机外接一片ADC0809转换芯片和一片MAX485担任串口的电平转换串 口采用单工及异步通信方式整个硬件结构原如图1所示AT89S51主机 [ :;数码管显示设备TXD RXDN1AX485MAX485MAX485MAX4851TXD RXDTXD RXDTXD RXD从机1从机2从机3AT89S51AT89S51A1B9SS1AD转换设备1AI）转换设备2AD转换设备3图1系统结构原理图2.2系统的工作原理主机AT89S51编程可实现循环访问个从机，当从机接受主机访问后启动AD 转换设备ADC0809对外部模拟信号进行转换。

当从机获得转换结果后通过串口将 具发送到主机，主机接受到转换结果后再将具发送到相应的led数码管显示2.3硬件电路原理图设计(1) led数码管显示电路led数码管显示电路如图2所示显示子模块由六个 数码管和相应的启动芯片构成其中每路通道的采集值用量为数码管显示为了 节约单片机的1/0 口本题的数码管采用MAX7219芯丿仁给芯片的优点在于可完成 电路的刷新MAX7219芯片的SEG A-SEG DP为数码管段码接口, DIG0-DIG7为位 码接口, CLK、DIN、LOAD分别与单片机P1.0、P1. 1、P1. 2连接单片机通过串 行的方式将要显示的数据通过CLK、DIN、LOAD三个接口送入相应的显示寄存器 内，MAX7219将自动完成对数码管的刷新工作具体的电路如图2所示vo：1SCLH5DIK ]LOADDDPY.--SEG DPV*SEGASEGBSEGCSEGDSEGE:EGFSEGGISETSEG DPCLKDD 0DINDC 1LOADDD 2DD 3T\ L ADD 5GNDDD 6GKDDC 71131610”MAX*：198/2DPYXzcN・卜dIsJe e fLcdpdp」JK=Jr■Y p DDp图2 led显示电路(2) 串口电平转换电路 串口电平转换电路的电路图如图3所示：本实验中采用MAX485的电平转换芯片。

MAX485是一种RS-485标准接口的电平转换芯片RS-485采用差分式半双工通信方式，真正实现多点总线连接，具有传输距离远 可靠性高的特点基于以上原因本小组选择该芯片实现电平转换MAX485的1 号引脚R0为接收端接单片RXD, 4号引脚DI为发送端接单片TXD, 2、3号引脚分别为发送接收使能端端接单片P1.3引脚6、7号引脚总线接线1_1JP1VCCT176VCCROBREADEGNDDIRR18HEADER 3MAX485图3电平转换电路(3) 主机模块电路根据设计耍求绘制主机模块电路图如图4所示汨:nn_. .*♦<； ivsn; ivtBK 切|SMXverRRO fftAGM>IH■ 222Cl 卜 SIPFYlverPIO pl 1i/aimiPI 2耐畑21PI.Jn)344D3,PI 45W>55listsori 6n>r<\ivii7m.74Al>7jRSI-iRXLipJ.O ilNIXH |卜元讣p AlfiPROG 絢•Tnf>p ： iNTi piJ iTllPJ 4OliJMSP2MR PFP2MAI4}F23(AI3>VTAl PP24(M7>Al ALZVTAl 1> • NV •> • -1^ 1 1P2.IS9、uriiJrx JHAJI:— 2-Al* Wl 2丨I I (IX 2IMV4sm"VfSFGAfr(IX ICJSEGB>H 4 -SH：I>SKiESEC卜SMiGSFCbPii n1C 1UMl>1 •• •・i)arrGM)PK3vn《 liKGM>l>7MW 21。

—Hl.S h //•i /:// /22T.iteSixMNUnioRcnti>nTil 1j1i f图4主机模块电路图(4) 从机模块电路根据设计要求绘制从机模块电路图如图5所示IIICMiRXI>Pf>MflK^lXXflCARF hbIMCl7H~PIQ PI IPI 2PI?PI 4 ixrK(ipi $ (MKOPI 6IM KJIM .v7L>M>5I>4I>3I>2L>ll>74AJXS7IM1)7z1*INB05IVIINI 吩mIMinIN7inCIXVRU)VRFHlAIUSTARTOEHOT■246 g7Q10|l■ 2ijIfl庇、IERKX2 Iant. wnTrann1!「Yl iLabd< 丄,1!一1 中,L图5从机模块电路图2.4硬件电路的实现首先是主从机电路的实现。

主机的电路的搭建采用主CPU板、键盘显示接 口板各一块照实验原理图将主CPU板的P0 口接到键盘显示接口板的位码接口， P1 口接到键盘显示接口板的段码的接口从机的电路由CPU板和ADDA转换 板构成具次是电平转换电路的焊接电平转换的路的实现是通过自己搭建电路完 成电平转换的电路主要有四块MAX485和两个100Q电阻构成四块MAX485 采用总线方式连接，每个芯片分别引岀三个引脚用于单片的连接最后将各个模块的按照原理图连接起来图6硬件电路的连接3软件电路的设计3.1通信协议的设计通信协议的设计的设计是木题的重点难点，本题通信协议主要是区别主机和 从机由于串口的方式2、3发送和接收都是11位其第九为可编程置位可以此作 为区分地址帧与数据帧从而实现主机与从机，从机与从机的区别通信协议同样 耍规定相同通信速率参考相关资料后编写如下的通信协议■数据传输的双方均使用9600kb/s的速率传送数据，使用主从式通信, 主机发送数抑，从机接受数据，双方在发送数抑时使用查询方式■双机开始数据传输时，主机发送地址帧呼叫从机■各从机开始都处于只收地址帧状。