1、 成都信息工程学院电子工程学院电子技术综合设计总结报告题 目： 单片机双机通信系统 专 业： 生物医学工程 班 级： 2012 级 1 班 姓 名： 指导教师： 胡老师 评 分： 2014 年 12 月 20 日目录1 项目计划 .11.1 项目背景 .11.2 方案设计可行性分析 .11.2.1 需求分析 .11.2.2 可行性分析 .11.3 项目执行计划 .22 设计说明 .32.1 方案设计 .32.2 硬件设计原理 .42.2.1 单片机系统 .42.2.2 DS1302 时钟模块 .52.2.3 MAX232 电平转换 .62.2.4 数码管显示.72.2.5 按键模块 .72.3
2、 各单元模块设计流程图 .82.3.1 硬件总设计框图 .82.3.2 DS1302 程序设计 .92.3.3 按键程序设计.92.3.4 串口程序设计 .113 调试说明 .113.1 调试方法及步骤 .113.2 调试数据 .123.3 故障分析 .143.4 设计注意事项： .144 总结 .155 参考文献 .156 附录 .161 项目计划1.1 项目背景单片机作为微型计算机的一个分支，其功能强、体积小、应用灵活等诸多优点，在工业控制、仪器仪表、通信、家用电器和国际科技等各个领域得到广泛的应用，随着集成电路技术的不断发展，单片机的性能也在不断提高其应用的范围必将越来越宽广。然而，随着
3、单片机在工业自动化控制、智能仪器中的广泛应用，单片机已经逐渐满足需要，多机协同工作已经成为重要的发展趋势，多机应用的关键就在于多级之间的互相通信、互传数据信息。单片机和计算机的共同发展下，单片机的应用从独立的单片机向网络发展，由计算机和单片机构成的多机网络系统也是单片机技术发展的一个方向。单片机多机通信是指由两台以上的单片机组成的网络结构，可以通过串行通信方式共同实现对某一过程的最终控制。随着计算机技术的发展，多机通信技术也在不断的发展，现在发展比较成熟的还有光纤通信等。由于计算机的飞速发展和控制系统的复杂化，多机通信已经越来越成为人们热门话题之一。目前，单片机多机通信的形式较多，但通常可分为
4、星型、环型、串行总线型和主从式多机型四种。1.2 方案设计可行性分析1.2.1 需求分析1.设计任务a.设计两个单片机系统；b.两单片机之间可以进行远距离通信；c.能够通过数码管显示时间；d.能够通过按键设置本机和对方的时间。2.设计要求a.基本要求：设计两个小系统，能实现有线互相通信（互设时间+数据共享）。b.扩展要求：远距离通信或无线通信，并能实现校验。1.2.2 可行性分析a. 市场可行性分析单片机作为微型计算机的一个分支，其功能强、体积小、应用灵活等诸多优点，在工业控制、仪器仪表、通信、家用电器和国际科技等各个领域得到广泛的应用。b. 技术可行性分析本项目在设计上思路简单，已设计出合理
5、的实际方案，可以实现基础要求和扩展要求，并达到比较好的效果。c. 资源可行性分析资源有人力资源和材料资源，已考虑到各个阶段所需人才类型及数量，完全可以保证项目实施的有条不紊。 d. 经济成本可行性分析本项目设计结构简单，材料在原理图设计完成后导师派发。材料易购，成本还是较为合适。e. 项目风险分析从项目整体上来说考虑各方面较为全面，风险指数已经降到最低，可以实施。1.3 项目执行计划下表为本项目进行的时间进度及人员分配情况：表 1.1 工程进度工程名称 工期（天） 开始时间 提交时间 人员安排原理图设计 3 2014.10.08 2014.10.11 彭跃秒PCB 布局 3 2014.10.1
6、6 2014.10.19 彭跃秒程序设计 3 2014.10.20 2014.10.23 钮丽媛设计说明书 2 2014.10.02 2014.10.04 张惠琳安装、调试 2 2014.11.02 2014.11.04 钮丽媛安装调试说明书 1 2014.11.14 2014.11.15 张惠琳项目提交 1 2014.12.03 2014.12.03 钮丽媛表 1.2 材料清单序号 名称 型号规格 号位 数量1 单片机 STC89C52RC40C（PDIP40） U1 2 片2 接口芯片 MAX232CPE U2 2 片3 四联数码管 3461AS SEG1 2 个4 时钟芯片 DS1302
7、 NLY1 2 个5 二极管 D1 2 个5 按键 立式 6*6*5（4 脚黑） S1、S2、S3 6 个6 电池 LITIUM CELLCR1220 3V 2 个7 晶振 11.0592MHz、32.765MHz Y1、A1 4 个8 电阻 10K R1 2 个9 电解电容 10uF、100uF C3、C6 4 个10 瓷片电容 30pF、104 C5、C7 14 个11 连接线 DB9 公头 1.5m DB9 1 根12 上拉电阻 1K P1 2 个11 底座 DIP40、DIP16、DIP8 U1、U2、NLY1 3 个12 指示灯 LED 显示灯、红 LED 2 个13 排针 若干2
8、设计说明2.1 方案设计通过两个 STC89C52 单片机为核心设计通信系统。单片机都带有串口，系统要求远距离通信，所以有对外连接的串口相互之间的数据共享。单片机的并行端口也能相互连接来进行数据通信。要求互设时间，可以在 IO 口连接一时钟模块，这里选择 DS1302 时钟芯片实现，需要用到按键对时间设置，显示则各自需要数码管。在本次设计中硬件部分：对于两片 89C52 采用 RS232 进行双机通信硬件的连接方法如图所示。电平转换芯片采用 MAX232，其连接一般采用双绞线。发送方的数据由串行口 TXD 段输出，经过电平转换芯片 MAX232 将 TTL 电平转换为 RS232 电平输出，经
9、过传输线将信号传送到接收端。接收方也使用MAX232 芯片进行电平转换后，信号到达接收方串行口的接收端。接受方接收后在数码管上显示接收的信息。为提高抗干扰能力，还可以在输入输出端加光耦合进行光电隔离。 软件部分：通过通信协议进行发送和接收。初始时两个数码管显示初始值。单片机 A 对 B 进行时间设置前要先对自己设置时间，此时显示标志 ;设置之后需对 B 设时间，再显示标志开始。通过通信协议进行发送接收，A 机在设置时可在 B 机上同时看到显示。与主机发送来的检验和进行比较，若检验和相同则发送字符给主机TXDAT89C52RXDT2IN T2OUTMAX232R2OUT R2INR2IN T2I
10、NMAX232T2OUT R2OUTTXDAT89C52RXD2.2 硬件设计原理2.2.1 单片机系统STC89C52 芯片:有 8k 字节 Flash，512 字节 RAM， 32 位 I/O 口线，看门狗定时器，内置 4KB EEPROM，MAX810 复位电路，3 个 16 位定时器/ 计数器，4 个外部中断，一个 7 向量 4 级中断结构（兼容传统 51 的 5 向量 2 级中断结构），全双工串行口。空闲模式下，CPU 停止工作，允许 RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM 内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。最高运
11、作频率35MHz，6T/12T 可选。单片机有 32 根输入/输出线，组成 4 个 8 位并行输入/输出接口，分别称为 P0 口、 P1 口、P2 口、P3 口。每个接口都由锁存器、输出驱动器和输入缓冲器组成。P0 口和 P2 口还可用于对外部存储器访问的地址和数据总线。P0 口作为 I/O 接口使用时，输出级属于开漏电路，必须接上拉电阻才有高电平输出。在 TXD 和 RXD 处接一个下载口下载程序。单片机最小系统或称为最小应用系统，是指利用单片机自身的资源，用最少的辅助元件组成一个可以工作的系统。包括电源（地） 、晶振（一般使用11.0592MHz 或者 12MHz）和复位电路。图 2.1
12、单片机最小系统振荡电路：如图可见，由两个 30pF 的电容与 11.0592MHz 的晶振构成稳定的自激振荡器，属于内时钟方式。这两个电容对频率有微调的作用，为减少寄生电容，振荡器和电容应尽可能安装得与单片机芯片靠近。复位电路：在 RST 复位输入上接入 10uF 电容至 VCC 端，在接一个 10K电阻接地，组成上电复位电路。上电原理是，在加电时，Vcc 通过电容提供给RST 端一个短暂的高电平信号，此后该高电平信号随 Vcc 对电容的充电过程而逐渐回落，即 RST 高电平持续时间取决于电容的充电时间。上电时，vcc 的上升时间约为 10ms，而振荡器的起振时间取决于振荡频率。2.2.2 D
13、S1302 时钟模块芯片简介：实时时钟电路 DS1302 是一种具有涓细电流充电能力的电路，主要特点是采用串行数据传输，可为掉电保护电源提供可编程的充电功能，并且可以关闭充电功能。采用普通 32.768kHz 晶振。工作电压为 2.5V5.5V 。本项目采用三线接口通过 5、6、7 脚与 CPU 进行同步通信。 DS1302 内部有一个318 的用于临时性存放数据的 RAM 寄存器。DS1302 的引脚排列,其中 Vcc2 为主电源，VCC1 为后备电源。在主电源关闭的情况下，也能保持时钟的连续运行。DS1302 由 Vcc1 或 Vcc2 两者中的较大者供电。当 Vcc2 大于 Vcc1+0
14、.2V 时，Vcc2 给 DS1302 供电。当 Vcc2 小于Vcc1 时，DS1302 由 Vcc1 供电。RST 是复位/片选线，通过把 RST 输入驱动置高电平来启动所有的数据传送。当 RST 为高电平时，所有的数据传送被初始化，允许对 DS1302 进行操作。如果在传送过程中 RST 置为低电平，则会终止此次数据传送，I/O 引脚变为高阻态。上电运行时，在 Vcc2.0V 之前，RST 必须保持低电平。只有在 SCLK 为低电平时，才能将 RST 置为高电平。I/O 为串行数图 2.2DS1302 电路图据输入输出端(双向) 。 SCLK 为时钟输入端。备用电源 Vcc1，可以用电池
15、或者超级电容器(0.1F 以上)。如果要长时间保证时钟正常，选用小型充电电池。可以用老式电脑主板上的 3.6V 充电电池。如果断电时间较短( 几小时或几天)时，就可以用漏电较小的普通电解电容器代替。100 F就可以保证 1 小时的正常走时。 DS1302 在第一次加电后，必须进行初始化操作。初始化后就可以按正常方法调整时间。本项目有 100 F电解电容，也采用了在备用电源处使用 3V 的电池供电。二极管的作用是给 100uF 的电容充放电。下图是 DS1302 在本设计中的原理图：2.2.3 MAX232 电平转换用 8051 串行接口通信，如果两台 8051 单片机之间的距离很近（不超过1.
16、5m） ，可以采用直接将两台 8051 单片机的串行接口直接相连，利用其自身的TTL 电平（ 0-5V）直接传输数据信息。如果传输距离较远（超过 1.5m） ，由于传输线的阻抗与分布电容，会产生电平损耗和波形畸变，以至于检测不出数据或数据出错。RS-232C 对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定。 在 TxD和 RxD 上：逻辑 1(MARK)=-3V-15V ，逻辑 0(SPACE)=+315V 。在RTS、CTS、DSR、DTR 和 DCD 等控制线上：信号有效（接通， ON 状态，正电压）+3V+15V ，信号无效（断开，OFF 状态，负电压） =-3V-15V 。为了能够同计
17、算机接口或终端的 TTL 器件连接，必须在 EIA-RS-232C 与 TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。 图 2.3MAX232 模块原理图最大直接传输距离说明：RS-232C 标准规定，若不使用 MODEM，在码元畸变小于 4%的情况下，DTE 和 DCE 之间最大传输距离为 15m（50 英尺。DB-9 连接器 ：用 RS-232 总线连接系统有近程通讯方式和远程通讯方式两种，近程通讯是指传输距离小于 15 米的通讯，可以用 RS-232 电缆直接连接。15 米以上的长距离通讯，需要采用调制调解器。 计算机和终端用 RS-232 连接的交叉“发送数据”与“接收数据”是交叉相连的，使
18、得两台设备都能正常的发送和接收。 在于 DB9 相连时需要考虑RS232 串口接线是公头还是母头，因为两单片机的 TXD 与 RXD 必须交叉相连。数据发送与接收线： 发送数据(TxD)通过 TxD 终端将串行数据发送到 MODEM。 接收数据(RxD)通过 RxD 线终端接收从 MODEM 发来的串行数据。2.2.4 数码管显示数码管段选与位选接口如图所示，设置强推挽输出，使数码管显示亮度增加。P0 口与数码管段选之间接入 1k 的排阻限流，相比加上拉电阻会减少单片机的功耗。因为上拉电阻在 IO 口输出低电平时也会有电流，如果接入限流电阻就会避免这种情况，从而减少功耗。图 2.4 数码管显示原理图2.2.5 按键模块本项目有六个按键，每个单片机三个。按键一端接地另一端接单片机的 I/O口。S1、S2、S3 分别标志点移位键、加 1 键、菜单键。图 2.5 按键原理图2.3 各单元模块设计流程图2.3.1 硬件总设计框图两个单片机通信，每个单片机由四个模块组成。该项目原理图及 PCB 图是在 Altium Deigner 软件下设计的。设计框图如下图所示。图 2.6 总设计框图2.3.2 主程序设计该项目软件设计使用的是 Keil 编程软件。
