基于单片机的多机通信系统

课程设计报告课程单片机技术

题目串口通信－多机通信系统

系别

年级 07级专业电子科学与技术

班级学号

学生姓名

指导教师职称

设计时间

目录

1 题设要求分析

本小组的试验题目如下：

一、任务：

设计实现多台单片机系统之间的串行通信

二、基本要求（难度系数）：

（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）编程实现分布式数据采集功能，主机可以获取各分机当前AD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+）

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目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之。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要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。就本题目而言，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，从机处于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；

⏹主机发送数据帧，相应的从机接受数据，数据传送完毕后，从机继

续回到只接受地址帧的状态，在这个过程中其他从机不受影响；

⏹当主机需要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，重复这一过程[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工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目的。

2 硬件电路的设计

系统的组成

根据题目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。

图 1 系统结构原理图

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其发送到主机，主机接受到转换结果后再将其发送到相应的led数码管显示。

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I/O口本题的数码管采用MAX7219芯片。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、、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。

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RO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引脚。6、7号引脚总线接线口。

图 3 电平转换电路

（3）主机模块电路

根据设计要求绘制主机模块电路图如图4所示。

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。

图 5 从机模块电路图

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。

其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100Ω电阻构成。四块MAX485采用总线方式连接，每个芯片分别引出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

通信协议的设计

通信协议的设计的设计是本题的重点难点，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。通信协议同样要规定相同通信速率。参考相关资料后编写如下的通信协议。