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1、武汉工程大学邮电与信息工程学院 毕业设计（论文）武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（ 论 文 ）说明书论文题目 PC机与多台单片机之间的串行通信 学 号 6402010113 学生姓名 李鹏 专业班级 06电子科技1班 指导教师 陈裕国_（副教授）_ 总评成绩 2010 年 5 月 29 日30目 录摘 要Abstract 第一章 绪论 1第二章 课题实施方案 2第三章 硬件电路设计 53.1 80C51单片机结构及其串行通信原理 53.2 串行接口及其差分转换电路173.3 Protel DXP 2004原理图设计20第四章 软件电路设计 294.1 系统的通信协议 294.2 C51编
2、程实现PC机与单片机之间的串行通信 294.3 Windows集成开发环境uVision2 33总结 39致谢 41参考文献 42摘要本文详细介绍了基于RS-485总线的PC机与多台单片机间的串行通信原理、实现方法和相应的通信硬件、软件设计。该设计是由PC机与单片机组成的主从控制系统，其中PC机做为上位机对下位单片机是实现控制和监视功能。它包括通信和控制两个功能模块。单片机作为下位机在整个系统中属于从属地位，主要用来接收上位机的命令。由于此通信的PC接口是RS232的9针接口，且下位机数目有限（32台）。所以本设计采用了RS485总线以及RS232转RS485的协议芯片以满足长距离多机通信，本
3、文讨论了总线接口转换、主从式通信协议设计方法，给出了采用中断式处理的通信过程流程图，并叙述了设计过程中必备的绘图软件Protel DXP的应用，以及编辑源代码软件keil uVision2的应用，实现了PC机对多个单片机组成采集终端的通信与管理。关键词： PC机 单片机 RS-485 通信AbstractThe communication 、realized method and corresponding design of hardware and software between PC and multiple MCUs based on RS-485 is described in d
4、etai in the article. This design instroduces a pincipal and subordinate control system which is composed of PC and single chip. Divided from its function, it includes two parts: communication and control, in which PC is used as master, and MCUs is used as slave so as to receive the single order from
5、 the master.The bus interface conversion and the design of master-slave communication protocol is introduced and The program flowchart of communication with interrupt process is also given. In the process of design, the use of unnecessary painter software and code editor software is depicted so that
6、 realize the communication and administration between PC and multiple MCUs which composed collection terminal.Keywords: PC MCUs RS-485 communication第一章 绪论单片机由于其具有控制功能强、设计灵活和性能价格比高的特点。因此在工业控制领域得到了广泛的应用，在工业控制领域，计算机的数量有一台变为多台，多台计算机组成了多机系统，计算机分布关系可以分为紧密耦合和松散耦合，主从控制系统是一种松散式的多机系统，计算机之间由通信协议来联系。此时往往需要组成上位机
7、对下位机的通讯系统，由一台上位机去控制多台下位机。主从控制就是一台功能较强的主机和32台左右的从机组成的多机系统。上位机一般是PC机，下位机一般是单片机系统，执行单片机与PC机串行通信的问题。本课题计算机的通信由上位机（主机）控制。主机向各个从机发送命令或者接受从机反馈的信息，主机有权修改从机的参数，接受从机的数据，还可以查看从机的状态,可以说主机是主从控制的大脑。在本设计中主机用来监视或查看从机的状态，并向从机发送命令，在系统中起着主导地位。我们通过查看主机界面的状态即可响应的控制发送与接收。从机在系统中处于从属地位，是命令的执行者。从机之间不能直接联系，它们之间必须有主机这个桥梁联系。在设
8、计中我们选用了PC机作为我们的主机，从机为单片机（我们本着可得，性价比采用此选择）。但在选择中出现了通讯接口的问题，我们是串型通讯，在PC机和单片机之间，我们需要电平转换，而且考虑到工业运用问题我们需要考虑总的选用，在常用的RS232和RS485中，不能使用双端信号，因此要求使用较高的输出电压，而且其传输距离仅为15米。RS485通信接口的信号传输是用两根线之间的电压表示逻辑1和0的因为发送端两根传送线,而且接受接收端也是两根传送线.这样RS485接受和发送仅需要2根线就完成了传输.由于传输线采用了差动信道,所以它的干扰抑制性好,又由于它的阻抗低无接地问题.传输距离可高达1200m,传输速度可
9、达1Mbps比较上面的数据，考虑工业要求，我们采用了RS485方式。第二章 课题实施方案2.1 系统硬件设计PC机的串行接口为RS-232或USB总线，现阶段应用更多的是将RS-232接口转换成RS-485接口，然后采用RS-485进行长距离、高速的串行异步通信。单片机采用RS-485进行串行通信，只需要将TTL电平的串行接口通过芯片转换为RS-485串行接口，这种转换比较简单，本系统采用的是MAX485芯片。利用PC现有的RS-232接口，系统中采用专用的RS-232/485标准转换芯片MAX3162E来实现。此转换芯片一边与RS-232标准9针接口相连，另一边与RS-485总线相连，原理图
10、如图2-1所示。P C机（db9）RS-232/RS-485 标准转换芯片RS-485RS-485RS-485Rxd Txd8051Rxd Txd8051Rxd Txd8051图2-1 系统结构图在多媒体网络广播系统中，利用PC机与单片机够成的多机通信系统，采用主从式结构：主从控制多个从机，作为从机的单片机不主动发送命令或数据，一切都由主PC机控制；并且在一个多级系统中，只有一台主机，各台从机之间不能相互通信，即使有信息交换也必须通过主从转发。采用RS-485构成的多机通信系统原理框图、在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，使得正常传输信号无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相
11、当。在总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号的影响。将总线上的差分信号的正端A+和负端B-之间接一网络。当总线上没有传输时，正端A+的电平大约为3.2V，负端B-的电平大约为1.6V，即使有干扰信号，也很难产生串行通信的起始信号0，从而增加了总线抗干扰的能力。在该系统中，由于采用MAX487差分平衡收发器芯片，半双工传输方式，因此驱动器可接的下位机根据需要最多可扩展至128个。2.2 系统软件设计（一）通信协议设计为保证通信进行，首先做到单片机的串行口与主控机串行口的设置保持一致，即数据格式一致、通信波特率相同。如果是多点通信，每个从机要分配一个地址码。系统中协议有三种帧格式：
12、呼叫帧、应答帧和数据帧。呼叫帧由主机发出。应答帧只能由从机发出。当从机收到呼叫帧后，把本机地址和当前状态回发给主机。设置开机自检、自诊断程序，机器不能带病工作；如果需要，还可以设置在工作空闲时或定时自检程序。 PC机与单片机构成的多机通信系统采用主从结构。数据通信总是有主机发起。主机处于发送状态“说”时从机总是处于“听”状态。若主机发送的地址信息与本地从机相符，则接受该数据，否则，继续“听”总线上的数据。若从机需要发送数据，则必须等到主机轮询本地从机时，才可以提出请求。这种网络模式下从机不会“侦听”其他从机对主机的响应，这样就不会对其他从机产生错误的响应。主从式多机通信协议中，通信速率设为19
13、.2kbps。系统上电或复位后，使所有从机的SM2位置1处于只接收地址帧监听状态。主机向从机发送一帧地址信息，从机接收到地址帧后，将其与本地地址比较，判断是否一致。若与本地地址相符，则清除SM2，同时发送应答帧，进入通信状态；其他与本地地址不相符的从机则保持SM2位不变，继续监听。主从机均以中断方式进行通信，程序流程如图2-2所示：开始系统初始化发从机地址接收从机的应答帧响应正确？ 否允许串行中断返回图2-2 通信流程图 （二）多机发送是的分时说、听 多机传送时，通信协议要合理地协调总线的分时公用，通信波特率的计算要有冗余。采用RS-485总线连接的多个站点，由于485总线是异步半双工的通信总线，在某一个时刻，总线只可能呈现一种状态，即任一时刻只有一个站点在“说”，则数据将在通信总线里碰撞，结果是处于接受状态的站点不能收到正确的数据。在RS-485总线通信网络中，必须控制好每个站点的“听”、“说”状态，即收、发状态，对总线的使用权必须进行分配，以使各个从机的发送控制信号在时间上完全隔离，保证能及时、正确地传输数据。要做到总线上设备在时序上的严格配合，必须要遵从一下几点：1.复位时，主从机都应该处
