智能仪器课程设计报告

智能仪器设计课程设计报告―――采用RS 485标准的主从式多机系统设计学生姓名：王**学号：*********班级：********任课教师：***成绩：1、设计要求a) 系统基本结构：1个51系列单片机主机、2个51系列单片机从机（从机1 和从机2）、采用RS 485组成主从式多机系统；b) 系统基本功能：在主机键盘上按“1”键，从机1的LED数码显示器上显示“1”，此后从机1键盘上每按下1个数字键，主机LED数码显示器上能显示对应的数字，当从机1键盘上按下“0”键时，此次通信结束，从机1键盘上再按下任意数字键，主机不显示相应数字；在主机键盘上按“2”，从机2的LED数码显示器上显示“2”，此后从机2键盘上每按下1个数字键，主机LED数码显示器上能显示对应的数字，当从机2键盘上按下“0”键时，此次通信结束，从机2键盘上按下任意数字键后，主机不显示相应数字；c) 选做：从机1和从机2可设计成相关物理量的测量系统，当主机呼叫从机时，从机能把最新的测量值发给主机。

2、方案论证（1）系统组成：由三个51单片机构成主从通信系统（本组使用的芯片型号是STC89C52，其功能是一致的），每个单片机搭配LED数码管显示器和键盘；通信采用RS-485标准，可使用MAX485芯片作为通信收发器，单片机控制MAX485的使能端进行发送和接受逻辑控制；单主机多从机的通讯系统需要区分地址信息和数据信息，可利用51串口模式中的模式2进行通信，修改主机的SCON.3状态表明主机发送的是否是地址信息，修改某台从机的SM2状态来建立和主机的唯一通信；数据输入使用键盘输入，数据显示可简单的使用数码管显示。

图1 系统结构图（2）串口模式分析：51单片机串口的2/3模式下是作为11位异步通信用，8位数据位后的第九位是可编程位SCON.3，主机可以对此位进行0或1赋值，进行地址信息和数据信息的区分，通常赋为1表示地址信息，为0表示数据信息；51单片机的串行口控制寄存器SCON的SM2位是专门用来使通信接口具有识别功能的多机控制位，在串行口以方式2/3接收时，若SM2=1，此时出现两种情况：第一，接收到的第九位为1（单片机接收时可编程位进入SCON.2），则前8位数据装入SBUF，并置RI为1，产生中断标志；第二，接收到的第九位为0，则不产生中断标志，接收信息被弃。

若SM2=0，则接收到的第九位无论为0还是1，RI均为1，产生中断标志，接收到的前8位数据装入SBUF。

所以多机通信可按下述过程进行：①参与通信的所有从机的SM2位置1，即从机处于只接收地址帧的状态；②主机发送一帧地址信息，包括8位地址及第九位地址/数据标志位（该位应为1，表示该帧信息的前8位为地址）；③由于从机的SM2位已置1，故主机发送的地址信息被所有从机收到，各从机鉴别接收到的地址信息是否与本机地址相同（每个从机已规定其相应的地址）。

对于接收到的地址与本机地址相符的从机，通过程序将其SM2置为0，这样主机之后发送的其他数据信息将被选中的从机接收到，主机与所选的从机之间通信，主机可向从机发送命令数据或从机向主机发送相关的测量结果等。

由于未选中的从机的SM2仍为1，故未选中的从机将不理会主机与选中从机之间传送的数据信息（因为这些信息的第九位均为0），直到主机发送新的地址帧为止。

MAX485芯片的使用：MAX485是MAXIM公司推出的专门用于RS-485标准通信的接口芯片，它是半双工工作的收发器，其典型工作电路如图2所示：图2 MAX485工作电路其中管脚RE、DE是收发器的控制脚，根据MAX485的逻辑功能表，RE、DE 都置为高电平，则发送器可工作，接收器不工作；RE、DE 都置为低电平，则接收器可工作，发送器不工作（发送器和接收器无法同时工作），所以可用单片机的io口使能RE、DE来实现半双工通信。

51与MAX485的接口示意图如下：图3 单片机与MAX485连接示意图（3）键盘设计：根据题意，主机由于只需使用到两个按键，所以主机的按键可使用独立式按键方式，即两个按键接入单片机的两个io口，通过判断高低电平判断哪个键被按下；从机则需要使用矩阵式键盘，本组使用4×4的矩阵式键盘，并用线反转法进行键值扫描。

（4）显示单元：由于需要显示的信息比较简单，所以可以简单的使用LED数码管来显示，本组使用的单片机开发板上集成了4个数码管，共用一个译码器，可以通过循环点亮的方式显示多个数字。

3、硬件设计①主机和从机通过MAX485连接的电气图：图4 主机和从机通过MAX485连接的电气图②主机和按键、数码管的连接图③从机和键盘、数码管的连接图图5 主机和按键、数码管的连接图图6 从机和键盘、数码管的连接图4、软件设计①led数码管显示子程序：单片机开发板上的LED数码管是共阳极连接方式，数码管的a-h脚分别连到P0.0-P0.7，四个LED的控制角分别接到P2.0-P2.3；在数码管上需要显示的数字或字符的共阳极代码如下：程序代码：#define uchar unsigned charsbit P2_0 = P2^0; //用来点亮数码管1sbit P2_1 = P2^1; //用来点亮数码管2sbit P2_2 = P2^2; //用来点亮数码管3sbit P2_3 = P2^3; //用来点亮数码管4uchar code table[]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90 };//液晶查询表void display_1(unsigned int number);void display_2(unsigned int number);void display_3(unsigned int number);void display_4(unsigned int number); /***********************************函数名：void display_1参数：(unsigned int number)作用：根据输入的数字点亮显示数码管1 ************************************/ void display_1(unsigned int number) { P0=table[number];P2_0 = 0;}/***********************************函数名：void display_2参数：(unsigned int number)作用：根据输入的数字点亮显示数码管2 ************************************/ void display_2(unsigned int number) { P0=table[number];P2_1 = 0;}/***********************************函数名：void display_3参数：(unsigned int number)作用：根据输入的数字点亮显示数码管3************************************/void display_3(unsigned int number){ P0=table[number];P2_2 = 0;}/***********************************函数名：void display_4参数：(unsigned int number)作用：根据输入的数字点亮显示数码管4************************************/void display_4(unsigned int number){ P0=table[number];P2_3 = 0;}②键盘扫描子程序使用线反转法扫描键盘，矩阵键盘的1-4行接入P1.7-P1.4，1-4列接入P1.3-P1.0，同时P1.3-P1.0接上拉电阻，线反转法的步骤：1、将列线作为输出线，行线作为输入线，置输出线全部为0，此时行线中呈低电平0的为按键所在行，如果全部都不是0，则没有按键按下；2、将第一步反过来，即将行线作为输出线，列线作为输入线，置输出线全部为0，此时列线中呈低电平0的为按键所在列，至此便确定了按键的位置，可根据行列参数查询实现写好的键值表，获取键值。

线反转法扫键流程图：图7 键盘子程序流程图扫描键盘子程序代码：#include<stdio.h>int hang;//定义行号int lie; //定义列号unsigned int Key_Val=1;//保存键值unsigned int keymap[] = {1,2,3,0,4,5,6,0,7,8,9,0,0,0,0,0};//设置键盘逻辑键值int KeyScan();//扫键子函数void Delay(); //延时/*************************************key_Val 对应键值列：[p13] [p12] [p11] [p10]↓↓↓↓行：[p17]→1(1) 2(2) 3(3) 4(A) [p16]→5(4) 6(5) 7(6) 8(B) [p15]→9(7) 10(8) 11(9) 12(C) [p14]→13(*) 14(0) 15(#) 16(D) **************************************/void Delay()//延时子函数{long i;for(i=1000;i>0;i--);}int KeyScan()//扫键子函数{P1=0xF0;//列输出全0；if((P1&0xF0)!=0xF0)//扫描行，如果不全为0，则进入{switch(P1)//获得行号{case 0x70:hang=1;break;case 0xB0:hang=2;break;case 0xD0:hang=3;break;case 0xE0:hang=4;break;default:break;}Delay();//延时去抖动P1=0x0F;//行输出全0if((P1&0x0F)!=0x0F)//扫描列，如果不全为0，则确认按键按下{switch(P1)//获得列号{case 0x07:lie=1;break;case 0x0B:lie=2;break;case 0x0D:lie=3;break;case 0x0E:lie=4;break;default:break;}return 1;//扫描到按键按下，则返回1 }}elsereturn 0;//未扫描到按键按下，返回0 }③主机程序：在主机主程序中首先进行串口的配置，需要将串口置为模式3；然后程序一直循环查询是否有按键按下（K1或K2），如果有按键按下，则进入与从机通信的子程序。