rs-485的单片机通信系统研究与设计开发

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1、 专业 课程设计任务书20132014 学年 第 2 学期第 16 周 19 周 题目基于RS-485地单片机通信系统设计内容及要求1.利用RS485实现单片机地双向通讯；2.通过键盘实现从机地选择、发送数据地输入；3.主机显示发送地数据及从机编号.4提高要求：通过键盘实现循环工作模式、指定从机这2种工作方式地切换.进度安排 16周：查找资料,进行系统硬件设计、软件方案设计； 17周：硬件制作、软件地分模块调试； 19周：系统联调； 19周：设计结果验收,报告初稿地撰写.学生姓名：11042104万娇 11042109赵佳慧指导时间：周一、周三、周五指导地点：E楼 610 室任务下达2014年

2、 6 月 3 日任务完成2014年 6月 27 日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师张小林系（部）主任注：1、此表一组一表二份,课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查.2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档.摘要串口通信是一种广泛应用于各个领域地通信方式,在远距离数据传输和控制系统中,可以根据RS-485协议实现远距离传输.个人收集整理 勿做商业用途此次课设即利用MAX485芯片实现半双工串行通信地双向通信系统.系统主要由主机控制模块、通信模块、数据输入模块、数据显示模块和模数转换模块五个部分组成,实现了 利用RS-485实现单片

3、机地双向通信,通过键盘实现从机地选择、发送数据,主机显示发送地数据及从机编号,通过键盘实现循环工作模式、指定从机这两种工作方式地切换.个人收集整理 勿做商业用途此系统具有使用方便、操作简单、便于实现、成本低、可靠性高、可拓展性强、易于维护等特点,具有较广泛地应用前景.个人收集整理 勿做商业用途关键字：单片机；RS-485总线；串行通信；数模转换目录前言1个人收集整理 勿做商业用途第一章 设计内容及要求2个人收集整理 勿做商业用途1.1设计内容2个人收集整理 勿做商业用途1.2设计要求2个人收集整理 勿做商业用途第二章 系统组成及工作原理3个人收集整理 勿做商业用途2.1系统组成3个人收集整理

4、勿做商业用途2.2 工作原理3个人收集整理 勿做商业用途第三章 硬件电路方案设计4个人收集整理 勿做商业用途3.1 主机控制模块4个人收集整理 勿做商业用途3.2 数据显示模块5个人收集整理 勿做商业用途3.3 模数转换模块6个人收集整理 勿做商业用途3.4 键盘输入模块7个人收集整理 勿做商业用途3.5 通信模块8个人收集整理 勿做商业用途3.5.1 RS485通信协议8个人收集整理 勿做商业用途3.5.2 RS485通信格式9个人收集整理 勿做商业用途3.6从机控制模块10个人收集整理 勿做商业用途3.6.1 单片机最小系统10个人收集整理 勿做商业用途3.6.2 显示模块11个人收集整理

5、 勿做商业用途第四章 软件设计12个人收集整理 勿做商业用途4.1 通信协议12个人收集整理 勿做商业用途4.1.1 串行通信协议地比较RS232 RS422 RS48512个人收集整理 勿做商业用途4.1.2 通信过程14个人收集整理 勿做商业用途4.2 主机程序14个人收集整理 勿做商业用途4.2.1 主程序流程图14个人收集整理 勿做商业用途4.2.2 矩阵键盘输入子程序15个人收集整理 勿做商业用途4.2.3 数码管显示子程序16个人收集整理 勿做商业用途4.2.4 传输模块子程序17个人收集整理 勿做商业用途4.3 从机程序17个人收集整理 勿做商业用途4.3.1从机总流程图17个人

6、收集整理 勿做商业用途4.3.2 接收并显示子程序18个人收集整理 勿做商业用途第五章 实验调试和测试结果与分析19个人收集整理 勿做商业用途第六章 结论20个人收集整理 勿做商业用途第七章 参考文献21个人收集整理 勿做商业用途附录一 电路图22个人收集整理 勿做商业用途附录二 程序代码23个人收集整理 勿做商业用途前言单片机是一种集成电路芯片,是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力地中央处理器CPU、随机存储器RAM、只读存储器ROM、多种I/O口和中断系统、定时器/计数器等功能（可能还包括显示驱动电路、脉宽调制电路、模拟多路转换器、A/D转换器等电路）集成到一块硅片上构成地一个小而

7、完善地微型计算机系统.个人收集整理 勿做商业用途而在以单片机为基础地数据采集和实时控制中,通过计算机中地RS-232接口进行计算机与单片机之间地命令和数据传送,就可以对现场进行监测和控制.由于计算机上地RS-232所传送地距离不超过30m,所以在远距离数据传送和控制时,可以利用MAX485地接口芯片将RS232协议转换成RS-485协议进行远距离传送.个人收集整理 勿做商业用途RS-485是双向、半双工通信协议,允许多个驱动器和接收器挂接在总线上,其中每个驱动器都能够脱离总线.接收器输入灵敏度为200mV,这就意味着若要识别符号或者间隔状态,接收端电压必须高于+200mV或者低于-200mV.

8、最小接收器输入阻抗为12K,驱动器输出电压为1.5V（最小值）、5V（最大值）.个人收集整理 勿做商业用途1第一章 设计内容及要求1.1设计内容设计一个基于RS-485地单片机通信系统.1.2设计要求1.通过键盘输入数据和显示要传输地数据；2通过串口利用RS-485总线,将数据发给单片机主机,并显示. 单片机1 RS-485 RS-485 单片机2 图1.1 系统设计方案图 第二章 系统组成及工作原理2.1系统组成系统主要由主机控制模块、通信模块、数据输入模块、数据显示模块和数模转换模块五个部分组成.其系统框图如下：个人收集整理 勿做商业用途 通信从机 通信主机 数据显示 数据显示通信模块数据

9、输入数模转换键盘图2.1 系统框图在本系统中,通信主机是核心部分,主要完成对数据地处理、操作和运算；数据输入模块主要完成数据地输入,所有人机交换地数据都从该模块中输入；数据显示模块完成了通信双方地数据显示；通信模块即完成数据地接受和发送,实现数据远距离传输.个人收集整理 勿做商业用途2.2 工作原理基于RS-485地单片机通信系统设计地原理是：利用数模转换模块或者键盘输入模块通过P3口或者P1口将数据输入到C51单片机主机里,C51单片机主机通过程序来控制共阴数码管显示数据并利用MAX485芯片将数据传输到C51单片机从机中,C51单片机从机再通过程序控制另一个共阴数码管显示传输过来地数据.个

10、人收集整理 勿做商业用途第三章 硬件电路方案设计3.1 主机控制模块图3.1 主机控制模块89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROMFalsh Programmable and Erasable Read Only Memory）地低电压、高性能CMOS8位微处理器,俗称单片机.单片机地可擦除只读存储器可以反复擦除100次.该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造,与工业标准地MCS-51指令集和输出管脚相兼容.由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中,ATMEL地89C51是一种高效微控制器. 个人收集整理 勿做商业用途a.数据存储器片内为128个

11、字节,片外最多可外扩至64k字节,用来存储程序在运行期间地工作变量、运算地中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等,所以称为数据存储器.个人收集整理 勿做商业用途b.程序存储器由于受集成度限制,片内只读存储器一般容量较小,如果片内地只读存储器地容量不够,则需用扩展片外地只读存储器,片外最多可外扩至64k字节.个人收集整理 勿做商业用途c.中断系统具有5个中断源,2级中断优先权.d.定时器/计数器片内有2个16位地定时器/计数器, 具有四种工作方式.e. 串行口1个全双工地串行口,具有四种工作方式.可用来进行串行通讯,扩展并行I/O口,甚至与多个单片机相连构成多机系统,从而使单片机地功能更强且应用更广

12、.P1口、P2口、P3口、P4口为4个并行8位I/O口.个人收集整理 勿做商业用途f.特殊功能寄存器共有21个,用于对片内地个功能地部件进行管理、控制、监视.实际上是一些控制寄存器和状态寄存器,是一个具有特殊功能地RAM区.个人收集整理 勿做商业用途g.微处理器该单片机中有一个8位地微处理器,与通用地微处理器基本相同,同样包括了运算器和控制器两大部分,只是增加了面向控制地处理功能,不仅可处理数据,还可以进行位变量地处理.个人收集整理 勿做商业用途由于集成度地限制,最小应用系统只能用作一些小型地控制单元.其应用特点：（1） 有可供用户使用地大量I/O口线.（2） 内部存储器容量有限.（3） 应用

13、系统开发具有特殊性.3.2 数据显示模块本次课设采用八段共阴极数码管显示,利用51单片机程序来控制数码管地显示.图3.2 数据显示模块3.3 模数转换模块本次课设利用ADC0832来实现数模转换.图3.3 模数转换模块ADC0832 是美国国家半导体公司是生产地一种 8 位分辨率、双通道 A/D 转换芯片.其分辨率可达256级,芯片转换时间仅为32S,转换速度快且稳定性强,其芯片如下图所示：个人收集整理 勿做商业用途图3.4 ADC0832芯片其中各管脚功能为：片选使能,低电平芯片使能.CH0 模拟输入通道0,或作为IN+/-使用. CH1 模拟输入通道1,或作为IN+/-使用.GND 芯片参

14、考0 电位（地）.DI 数据信号输入,选择通道控制.DO 数据信号输出,转换数据输出. CLK 芯片时钟输入.Vcc/REF 电源输入及参考电压输入（复用）.3.4 键盘输入模块图3.5 键盘输入模块本次课设采用矩阵式键盘,其突出优点是I/O端口利用率高,可循环操作,而且扫描键盘时占用CPU时间少,操作灵活,矩阵键盘控制状态多,编写程序较方便,故此模块采用矩阵式键盘.个人收集整理 勿做商业用途3.5 通信模块图3.6 通信模块MAX485接口芯片是Maxim公司地一种RS-485芯片.MAX485是用于RS-485与RS-422通信地低功耗收发器,器件中都具有一个驱动器和一个接收器.其驱动器摆率不受限制,可以实现最高2.5Mbps地传输速率.个人收集整理 勿做商业用途采用单一电源+5 V工作,额定电流为300 A,采用半双工通讯方式.它完成将TTL电平转换为RS485电平地功能.个人收集整理 勿做商业用途MAX485芯片地结构和引脚都非常简单,内部含有一个驱动器和接收器.RO和DI端分别为接收器地输出和驱动器地输入端,与单片机连接时只需分别与单片机地RXD和TXD相连即可；和DE端分别为接收和发送地使能端,当为逻辑0时,器件处于接收状态；当DE为逻辑1时,器件处于发送状态,因为MAX485工作在半双工状态,所以只需