双机通讯实验报告

单片机实验报告

（自动化15级）

实验名称:串行通讯实验

一、实验目的

1．掌握单片机串行口工作方式；

2．掌握双机通讯的接口电路设计及程序设计。

二、实验设备

1. PC机；

2．单片机最小系统教学实验模块；

3. 数码管显示模块

三、实验容

1．双机通信

由两套单片机试验装置（两个实验小组）共同完成该实验。我们U1为甲机，U2为乙机。甲机发送本机（学生本人）学号后8位给乙机，乙机接收该8位数据，并显示在8位数码管上。电路如图1所示。

要求串行通信方式为方式1，波特率为2400bit/s,不加倍，单片机外部晶振频率为11.0592M。

图1 双机通信原理示意图

附加要求：乙机接收完毕后，将本机（乙机）的学号后8位发送回甲机，甲机显示在数码管上。

2.单片机与PC机通信

单片机向PC机发送数据。单片机向PC机重复发送本机（学生本人）学号，发送波特率为1200，采用方式1，单片机外部晶振频率为11.0592M。

四、实验原理

4．1 串行通讯的方式

在串行通讯中，有两种基本的通讯方式：异步通讯，同步通讯。

异步串行通讯规定了字符数据的传送格式，既每个数据以相同的帧格式发送。每个帧信息由起始位、数据位、奇偶校验位和停止位组成。本实验主要学习异步通讯的实现方法。

在异步通讯中，每一个字符要用起始位和停止位作为字符开始和结束的标志，以至占用了时间。所以在数据块传送时，为了提高通讯速度，常去掉这些标志，而采用同步通讯。同步通讯不像异步通讯那样，靠起始位在每个字符数据开始时发送和接受同步。而是通过同步字符在每个数据块传送开始时使收/发双方同步。

按照通讯方式，又可将数据传输线路分成三种：单工方式、半双工方式、全双工方式。（1）单工方式

在单工方式下，通讯线的一端联接发送器，另一端联接接收器，它们形成单向联接，只允许数据按照一个固定的方向传送。

（2）半双工方式

在半双工方式下，系统中的每个通讯设备都由一个发送器和一个接收器组成，通过收发开关接到通讯线路上，如图33-1所示。在这种方式中，数据能从A站送到B站，也能从B站传送到A站，但是不能同时在二个方向上传送，即每次只能一个站发送，另一个站接收。

图2 半双工通讯方式

图33-1中的收发开关并不是实际的物理开关，而是由软件控制的电子开关，由通讯线两端的半双工通讯协议进行功能切换。

（3）全双工(Full—duplex)方式

虽然半双工方式比单工方式灵活，但它的效率依然较低。从发送方式切换到接收方式所需的时间一般大约为数毫秒，这么长的时间延迟在对时间较敏感的交互式应用(例如远程检测监视控制系统)中是无法容忍的。重复线路切换所引起的延迟积累，正是半双工通信协议效率不高的主要原因。

半双工的这种缺点是可以避免的，而且方法很简单，即采用信道划分技术。在图33-2

的全双工连接中，不是交替发送和接收，而是可同时发送和接收。全双工通讯系统的每一端都包含发送器和接收器，数据可同时在两个方向上传送。

图3 全双工通讯方式

4．2单片机串行口工作方式

在静态数码管显示实验中，我们熟悉了单片机串口工作方式0；单片机串口还具有有3种工作方式。如下表所示：

这3种工作方式，均用于串行异步通讯。在异步串行通讯的一个字节的传送中，必须包括了起始位（0）和停止位（1）。除此之外，方式1具有8位（1个字节）的数据位(低位在先)，方式2、3则除这8位之外，还具有一个可编程的第9位，这个第9位编程通常被编程为奇偶校验位。我们将在下一个实验中用到它。

串口工作方式在特殊寄存器SCON中设置。

其中的SM0和SM1位确定了串口工作方式。要使通讯双方能够通讯成功，必须具有相同的串口工作模式；REN为允许接收位，本实验中因为双方都要进行接收，因此REN也都应设为1。TB8和RB8这里暂不涉及。利用以下语句来设置SCON:

MOV SCON, #50H

4．3 波特率的设置

在异步串口通讯中，一个很重要的工作就是进行串口波特率的设置。波特率是指串口通讯中每秒传送的位数，单位为BPS，它反映了串行口通讯的速度；同时，通讯双方的速度必须一致，才能够顺利进行通讯。

在串口工作方式1、3中，传送波特率都是可变的。单片机部通过定时器T1来提供发送与接收缓存器的部移位时钟。也就是说，要确定串行通讯的波特率，必须对T1进行相关设置。51单片机系统对此时T1的设置有以下固定的规定：

（１）必须工作在定时器状态；

（２）必须工作在“8位自动重载”工作模式；

这必须在特殊寄存器TMOD中进行设置。关于TMOD的详细容，我们在实验十七已经讲过。可以利用以下语句来设置TMOD:

MOV TMOD, #20H

除了对TMOD的设置外，还必须设置定时器T1的定时值，也就是保存在TH1中的8位重载值。这直接影响到波特率的大小：

它通过以下公式进行计算：

其中的SMOD为特殊寄存器PCON的最高位。当它置1时，可以将波特率增大1倍。

在双机通讯中，只要双方的波特率一致就能够完成通讯了；但是，在标准的异步通讯协议中，只有几种波特是适用的。例如1200bps，2400bps，4800bps，9600bps……等等。

而通过这个公式可以看出，并不是所有的晶振频率都能够得到准确的上述波特率。比如采用12MHz晶振，代入公式进行运算，就无法得到4800bps的准确波特率（TH1必须为小数了）。在这种情况下，过去人们都使用软件补偿的方法，尽量得到准确的波特率；而现在，市场上有很多通讯专用的晶振，例如3.6864MHz、11.0592MHz……的晶振，都能够直接得到准确的波特率。因此在进行本实验时，必须使用通讯专用晶振（如果使用仿真器，则设置为使用仿真头的外接晶振，并将11.0592M的晶振插入仿真头。

当波特率已经确定，就可以反向推导出TH1的取自大小，例如，在本次实验中，我们要求波特率为4800bps，在晶振采用11.0592MHz的情况下，推出TH1＝0F4H。

五、实验步骤

1．参考图1并进行电路设计，画出电路图，并用导线正确连接两套装置的单片机最小系统实验模块，并连接最小系统模块与数码管显示模块。

2．照实验要求编写程序流程图，然后编写程序，对编写的程序进行仿真调试，直至通讯成功。

六、实验报告

1．在该实验中，单片机串行口工作在什么工作方式下？说明该工作方式的特点。

工作在工作方式1。8位数据通讯，波特率可变。

2．波特率是什么？怎样设置单片机串口通讯的波特率？如果实验要求通讯波特率为4800bps，怎样修改程序？

特率是指串口通讯中每秒传送的位数，单位为BPS，它反映了串行口通讯的速度。

单片机部通过定时器T1来提供发送与接收缓存器的部移位时钟。必须工作在定时器状态；

必须工作在“8位自动重载”工作模式。

3．详细说明本次实验采用的通讯协议。

甲机发送本机（学生本人）学号后8位给乙机，乙机接收该8位数据，并显示在8位数码管上。乙机接收完毕后，将本机（乙机）的学号后8位发送回甲机，甲机显示在数码管上。

4．给针对实验要求编写本机的程序流程图、程序清单并给予适当注释，并说明合作单片机（合作同学）。

这里有两个程序，一个是先接受，一个是先发送。

# include

#define uchar unsigned char

void init(void);

void send(void);

void delay(unsigned int i);