智能儀器課程設計報告

智能儀器設計課程設計報告 采用RS 485標準的主從式多機系統(tǒng)設計學生姓名： 王* 學 號： * 班 級： * 任課教師： * 成 績： 1、 設計要求 a) 系統(tǒng)基本結構：1個51系列單片機主機、2個51系列單片機從機（從機1 和從機2）、采用RS 485組成主從式多機系統(tǒng)； b) 系統(tǒng)基本功能：在主機鍵盤上按“1”鍵，從機1的LED數(shù)碼顯示器上顯示“1”，此后從機1鍵盤上每按下1個數(shù)字鍵，主機LED數(shù)碼顯示器上能顯示對應的數(shù)字，當從機1鍵盤上按下“0”鍵時，此次通信結束，從機1鍵盤上再按下任意數(shù)字鍵，主機不顯示相應數(shù)字；在主機鍵盤上按“2”，從機2的LED數(shù)碼顯示器上顯示“2”，此后從機2鍵盤上每按下1個數(shù)字鍵，主機LED數(shù)碼顯示器上能顯示對應的數(shù)字，當從機2鍵盤上按下“0”鍵時，此次通信結束，從機2鍵盤上按下任意數(shù)字鍵后，主機不顯示相應數(shù)字； c) 選做：從機1和從機2可設計成相關物理量的測量系統(tǒng)，當主機呼叫從機時，從機能把最新的測量值發(fā)給主機。2、 方案論證（1） 系統(tǒng)組成：由三個51單片機構成主從通信系統(tǒng)（本組使用的芯片型號是STC89C52，其功能是一致的），每個單片機搭配LED數(shù)碼管顯示器和鍵盤；通信采用RS-485標準，可使用MAX485芯片作為通信收發(fā)器，單片機控制MAX485的使能端進行發(fā)送和接受邏輯控制；單主機多從機的通訊系統(tǒng)需要區(qū)分地址信息和數(shù)據(jù)信息，可利用51串口模式中的模式2進行通信，修改主機的SCON.3狀態(tài)表明主機發(fā)送的是否是地址信息，修改某臺從機的SM2狀態(tài)來建立和主機的唯一通信；數(shù)據(jù)輸入使用鍵盤輸入，數(shù)據(jù)顯示可簡單的使用數(shù)碼管顯示。 圖 1 系統(tǒng)結構圖 （2）串口模式分析：51單片機串口的2/3模式下是作為11位異步通信用，8位數(shù)據(jù)位后的第九位是可編程位SCON.3，主機可以對此位進行0或1賦值，進行地址信息和數(shù)據(jù)信息的區(qū)分，通常賦為1表示地址信息，為0表示數(shù)據(jù)信息；51單片機的串行口控制寄存器SCON的SM2位是專門用來使通信接口具有識別功能的多機控制位，在串行口以方式2/3接收時，若SM2=1，此時出現(xiàn)兩種情況：第一，接收到的第九位為1（單片機接收時可編程位進入SCON.2），則前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF，并置RI為1，產(chǎn)生中斷標志；第二，接收到的第九位為0，則不產(chǎn)生中斷標志，接收信息被棄。若SM2=0，則接收到的第九位無論為0還是1，RI均為1，產(chǎn)生中斷標志，接收到的前8位數(shù)據(jù)裝入SBUF。所以多機通信可按下述過程進行：參與通信的所有從機的SM2位置1，即從機處于只接收地址幀的狀態(tài)；主機發(fā)送一幀地址信息，包括8位地址及第九位地址/數(shù)據(jù)標志位（該位應為1，表示該幀信息的前8位為地址）；由于從機的SM2位已置1，故主機發(fā)送的地址信息被所有從機收到，各從機鑒別接收到的地址信息是否與本機地址相同（每個從機已規(guī)定其相應的地址）。對于接收到的地址與本機地址相符的從機，通過程序將其SM2置為0，這樣主機之后發(fā)送的其他數(shù)據(jù)信息將被選中的從機接收到，主機與所選的從機之間通信，主機可向從機發(fā)送命令數(shù)據(jù)或從機向主機發(fā)送相關的測量結果等。由于未選中的從機的SM2仍為1，故未選中的從機將不理會主機與選中從機之間傳送的數(shù)據(jù)信息（因為這些信息的第九位均為0），直到主機發(fā)送新的地址幀為止。MAX485芯片的使用：MAX485是MAXIM公司推出的專門用于RS-485標準通信的接口芯片，它是半雙工工作的收發(fā)器，其典型工作電路如圖2所示： 圖 2 MAX485工作電路 其中管腳、DE是收發(fā)器的控制腳，根據(jù)MAX485的邏輯功能表，、DE都置為高電平，則發(fā)送器可工作，接收器不工作； 、DE 都置為低電平，則接收器可工作，發(fā)送器不工作（發(fā)送器和接收器無法同時工作），所以可用單片機的io口使能、DE來實現(xiàn)半雙工通信。51與MAX485的接口示意圖如下： 圖 3 單片機與MAX485連接示意圖 （3）鍵盤設計：根據(jù)題意，主機由于只需使用到兩個按鍵，所以主機的按鍵可使用獨立式按鍵方式，即兩個按鍵接入單片機的兩個io口，通過判斷高低電平判斷哪個鍵被按下；從機則需要使用矩陣式鍵盤，本組使用44的矩陣式鍵盤，并用線反轉法進行鍵值掃描。（4） 顯示單元：由于需要顯示的信息比較簡單，所以可以簡單的使用LED數(shù)碼管來顯示，本組使用的單片機開發(fā)板上集成了4個數(shù)碼管，共用一個譯碼器，可以通過循環(huán)點亮的方式顯示多個數(shù)字。3、 硬件設計 主機和從機通過MAX485連接的電氣圖：圖 4 主機和從機通過MAX485連接的電氣圖主機和按鍵、數(shù)碼管的連接圖從機和鍵盤、數(shù)碼管的連接圖圖 5 主機和按鍵、數(shù)碼管的連接圖圖 6 從機和鍵盤、數(shù)碼管的連接圖4、 軟件設計led數(shù)碼管顯示子程序： 單片機開發(fā)板上的LED數(shù)碼管是共陽極連接方式，數(shù)碼管的a-h腳分別連到P0.0-P0.7，四個LED的控制角分別接到P2.0-P2.3；在數(shù)碼管上需要顯示的數(shù)字或字符的共陽極代碼如下： 顯示內(nèi)容共陽極代碼顯示內(nèi)容共陽極代碼顯示內(nèi)容共陽極代碼顯示內(nèi)容共陽極代碼顯示內(nèi)容共陽極代碼0C0H3B0H682H96FHdA1H1F9H499H7F8HE79H2A4H592H880HNC8H 程序代碼：#define uchar unsigned char sbit P2_0 = P20; /用來點亮數(shù)碼管1sbit P2_1 = P21; /用來點亮數(shù)碼管2sbit P2_2 = P22; /用來點亮數(shù)碼管3sbit P2_3 = P23; /用來點亮數(shù)碼管4uchar code table=0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82, 0xf8,0x80,0x90 ;/液晶查詢表void display_1(unsigned int number);void display_2(unsigned int number);void display_3(unsigned int number);void display_4(unsigned int number);/*函數(shù)名：void display_1參數(shù)：(unsigned int number)作用：根據(jù)輸入的數(shù)字點亮顯示數(shù)碼管1*/void display_1(unsigned int number) P0=tablenumber; P2_0 = 0; /*函數(shù)名：void display_2參數(shù)：(unsigned int number)作用：根據(jù)輸入的數(shù)字點亮顯示數(shù)碼管2*/void display_2(unsigned int number) P0=tablenumber; P2_1 = 0; /*函數(shù)名：void display_3參數(shù)：(unsigned int number)作用：根據(jù)輸入的數(shù)字點亮顯示數(shù)碼管3*/void display_3(unsigned int number) P0=tablenumber; P2_2 = 0;/*函數(shù)名：void display_4參數(shù)：(unsigned int number)作用：根據(jù)輸入的數(shù)字點亮顯示數(shù)碼管4*/void display_4(unsigned int number) P0=tablenumber; P2_3 = 0; 鍵盤掃描子程序 使用線反轉法掃描鍵盤，矩陣鍵盤的1-4行接入P1.7-P1.4，1-4列接入P1.3-P1.0，同時P1.3-P1.0接上拉電阻，線反轉法的步驟：1、將列線作為輸出線，行線作為輸入線，置輸出線全部為0，此時行線中呈低電平0的為按鍵所在行，如果全部都不是0，則沒有按鍵按下；2、將第一步反過來，即將行線作為輸出線，列線作為輸入線，置輸出線全部為0，此時列線中呈低電平0的為按鍵所在列，至此便確定了按鍵的位置，可根據(jù)行列參數(shù)查詢實現(xiàn)寫好的鍵值表，獲取鍵值。 線反轉法掃鍵流程圖： 圖 7 鍵盤子程序流程圖 掃描鍵盤子程序代碼：#includeint hang;/定義行號int lie; /定義列號unsigned int Key_Val=1;/保存鍵值unsigned int keymap = 1,2,3,0,4,5,6,0,7,8,9,0,0,0,0,0;/設置鍵盤邏輯鍵值int KeyScan();/掃鍵子函數(shù)void Delay(); /延時/* key_Val 對應鍵值 列：p13 p12 p11 p10 行：p17 1(1) 2(2) 3(3) 4(A)p16 5(4) 6(5) 7(6) 8(B)p15 9(7) 10(8) 11(9) 12(C)p14 13(*) 14(0) 15(#) 16(D)*/void Delay()/延時子函數(shù)long i;for(i=1000;i0;i-);int KeyScan()/掃鍵子函數(shù)P1=0xF0;/列輸出全0；if(P1&0xF0)!=0xF0)/掃描行，如果不全為0，則進入switch(P1)/獲得行號 case 0x70: hang=1; break; case 0xB0: hang=2; break; case 0xD0: hang=3; break; case 0xE0: hang=4; break; default: break;Delay();/延時去抖動P1=0x0F;/行輸出全0if(P1&0x0F)!=0x0F)/掃描列，如果不全為0，則確認按鍵按下 switch(P1)/獲得列號 case 0x07: lie=1; break; case 0x0B: lie=2; break; case 0x0D: lie=3; break; case 0x0E: lie=4; break; default: break; return 1;/掃描到按鍵按下，則返回1else return 0;/未掃描到按鍵按下，返回0主機程序： 在主機主程序中首先進行串口的配置，需要將串口置為模式3；然后程序一直循環(huán)查詢是否有按鍵按下（K1或K2），如果有按鍵按下，則進入與從機通信的子程序。 主機主程序流程圖： 圖 8 主機主程序流程圖 主機與從機通信的子程序是主機程序的最關鍵部分，負責主機與從機建立聯(lián)系、數(shù)據(jù)通信和終止連接的任務。以按下按鍵K1為例，按下K1表示應與從機1通信，程序進入通信子程序，首先主機向所有從機發(fā)送從機1的地址“0x01”，然后主機等待從機1的回應（從機1收到請求會發(fā)回本機的地址信號0x01作為回應），接收到回應則繼續(xù)進行通信；然后主機一直處于接收狀態(tài)，循環(huán)接收從機發(fā)送的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)通過數(shù)碼管顯示，直到接收到數(shù)據(jù)0，則退出子程序；注意由于單片機外接MAX485進行通信，所以在發(fā)送或接收前需要改變控制腳、DE改變MAX485的收發(fā)狀態(tài)。 圖 9 主機與子程序通信流程圖主機程序代碼：/主機程序#include#include#includesbit RE = P32;/MAX485的控制腳RE和DEsbit DE = P33;/發(fā)送時置高，接收時置地unsigned char temp=0xff;sbit KEY1=P24; /P2.4,P2.5是兩個按鍵sbit KEY2=P25; /延時1ms函數(shù)void delay_1ms(unsigned int t) unsigned int x,y; for(x=t;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/串口初始化函數(shù)void serial_init() TMOD=0x20; /定時器1工作于方式2 TH1=0xfd; TL1=0xfd; /波特率為9600 PCON=0; SCON=0xd0; /串口工作于方式3 TR1=1; /開啟定時器 TI=0; RI=0;/向指定從機地址發(fā)送數(shù)據(jù)/和從機通信void ADDR_data(unsigned addr) int j=0; while(temp!=addr) /主機等待從機返回其地址作為應答信號 RE=1; /發(fā)送狀態(tài) DE=1; TI=0; /發(fā)送從機地址 TB8=1; /發(fā)送地址幀 SBUF=addr; while(!TI); TI=0; RE=0; /接收狀態(tài) DE=0; RI=0; /接收從機應答信號 while(!RI); temp=SBUF;/從機會發(fā)送自己的地址作為回應 RI=0; /選通從機后跳出循環(huán) display_1(addr);/接通后在數(shù)碼管上顯示1或2 /主機循環(huán)接收從機發(fā)過來的數(shù)字信號并在數(shù)碼管上顯示，直到接收到0 do RE=0; /接收狀態(tài) DE=0; RI=0; while(!RI); temp=SBUF; RI=0; display_1(temp);/在數(shù)碼管上顯示數(shù)字 while(temp!=0); /接收到0，表示此次通信結束,數(shù)碼管閃爍表示 for(j=0;j50;j+) display_1(addr);delay_1ms(10);P2_0 = 1;P0=0x86;P2_1 = 0;delay_1ms(10); P2_1 = 1;P0=0xc8;P2_2 = 0;delay_1ms(10);P2_2 = 1;P0=0xa1;P2_3 = 0; delay_1ms(10);P2_3 = 1; void main() RE=1; DE=1;/初始為發(fā)送狀態(tài) serial_init(); while(1) if(KEY1=0) delay_1ms(5); /消抖 if(KEY1=0) while(!KEY1); ADDR_data(0x01); if(KEY2=0) delay_1ms(5); if(KEY2=0) while(!KEY2); ADDR_data(0x02); RE=1; DE=1;/重置為發(fā)送狀態(tài) 從機程序： 從機首先進行串口初始化，然后處于循環(huán)接收狀態(tài)，即等待主機的請求，如果接收緩存區(qū)有數(shù)據(jù)，判斷是否等于本機地址，等于則表明有主機請求，則再向主機發(fā)送本機地址作為回應；然后從機進入讀鍵子程序，循環(huán)讀出鍵值并將鍵值發(fā)送到主機，直到有0鍵按下，從機將0發(fā)送后退出子程序，即結束此次通信，重新開始主循環(huán)。注意由于單片機外接MAX485進行通信，所以在發(fā)送或接收前需要改變控制腳、DE改變MAX485的收發(fā)狀態(tài)。從機主程序流程圖： 圖 10 從機程序流程圖從機程序代碼（從機1）：/從機1程序#include#include#include#include#define addr 0x01/從機2的地址sbit RE = P32;/MAX485的控制腳RE和DEsbit DE = P33;/發(fā)送時置高，接收時置地unsigned char aa=0xff;/主機與從機之間通信標志/延時1ms函數(shù)void delay_1ms(unsigned int t) unsigned int x,y; for(x=t;x0;x-) for(y=110;y0;y-);/串口初始化函數(shù)void serial_init() TMOD=0x20; /定時器1工作于方式2 TH1=0xfd; TL1=0xfd; /波特率為9600 PCON=0; SCON=0xd0; /串口工作于方式3 TR1=1; /開啟定時器 TI=0; RI=0;void main() unsigned int Key; unsigned int j; RE=0; DE=0;/初始為接收狀態(tài) serial_init(); while(1) SM2=1; /接收地址幀 while(aa!=addr) /從機等待主機請求自己的地址 RE=0; /接收狀態(tài) DE=0; RI=0; while(!RI); aa=SBUF; RI=0; RE=1; /發(fā)送狀態(tài) DE=1; TI=0; /一旦被請求，從機返回自己地址作為應答，等待接收數(shù)據(jù) TB8=0; SBUF=addr; while(!TI); TI=0; S