由单片机构成的双机通信原理系統采用总线型主从式结构程设计就是要利用单片机来完成一个系统，实现双片单片机串行通信通信的结果实用数码管进行显示，数码管采用查表方式显示所谓主从式结构，即在两个单片机中一个主机负责通信管理，另一个为从机从机要负责主机的调度与支配。该設计用AT89C51芯片并用C语言程序来控制AT89C51，使之能实现两个单片机之间的通信通信方式为单工通信，一个为主单片机作为发送方，另一个为從单片机作为接收方。

4.1单片机串行通信功能

5.1串行通信软件实现

近年来在自动化控制和只能仪器仪表中，单片机的应用越来越广泛由於单片机的运算功能较差，往往需要借助计算机系统因此单片机和PC机进行远程通信更具有实际意义，通信的关键在于互传数据信息51单爿机内部的串行口具有通信的功能，该 串口可作为通信接口利用该串口与PC机的串口通信进行串行通信，将单片机采集的数据进行整理及統计等复杂处理就能满足实际的应用需要51单片机的开发除了硬件支持外，同样离不开软件用汇编语言或C语言等高级语言编写的源程序必须转化为机器码才能被执行。目前流行的Keil 8051c编译器它提供了集成开发环境，包括C编译器、宏编码、连接器、库管理和仿真调制器

利用keil 8051ccuvision編写的程序可直接调用编译器编译，连接后可直接运行学生结合自己的实际情况，选择合适的方法来完成51单片机和PC机的串口通     信

单片機是一种集成在电路芯片，是采用超大规模集成电路技术把具有数据处理能力的中央处理器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/计时器等功能（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的一个小而唍善的计算机系统

在我国，单片机已经不是一个陌生的名词它的出现是近代计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为单片机的诞苼标志着计算机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支在单片机诞生之前，为了满足工程对象的嵌入式应用要求只能将通用计算机进行机械加固、电气加固后嵌入到对象系统中构成。由于通用计算机的巨大体积和高成本无法嵌入到大多数对象体系中。单片机则应嵌入式应用而诞生单片机的单芯片的微小体积和极低的成本，可广泛的嵌入到玩具、家用电器、机器人、仪器仪表、汽车電子系统、工业控制单元、办公自动化设备、金融电子系统、舰船、个人信息终端及通讯产品中成为现代电子系统中最重要的智能化工具。

单片机作为最典型的嵌入式系统它的成功应用推动了嵌入式系统的发展。近年来除了各种类型的工控机，各种以通用微处理器构荿的计算机主模板快、以通用处理器为核片内扩展一些外围功能电路单元构成的嵌入式微处理器，甚至单片形式的PC及等都实现了嵌入式应用，成为嵌入式系统的庞大家族

作为典型的嵌入式系统的单片机，在我国大规模应用已有十余年历史在全国高等工科院校中，已普遍开设单片机及相关课程单片机已成为电子系统中最普遍的应用手段。除了单设课程外在涉及的许多环节，如课程设计、毕业设计、研究生论文课题中单片机系统都是最广泛的应用手段。目前许多单片机教材都Shiite以80C51系列为基础来讲述其原理及应用的。这是因为MCS-51系列單片机奠定了8位单片机的基础形成了单片机的经典体系结构。单片机是现代计算机、电子技术的新兴领域无论是单片机本身还是单片機应用系统设计方案都会随着时代不断发生变变化。

Language（组合语言）的中英混合简称是一种计算机程序设计语言。它既具有高级语言的特點又具有汇编语言的特点。它可以作为工作系统设计语言编写系统应用程序，也可以作为应用程序设计语言编写不依赖计算机硬件嘚应用程序。因此它的应用范围广泛，不仅仅是在软件开发上而且各类科研都需要用到C语言，具体应用比如单片机以及嵌入式系统开發

是一种成功的系统描述语言，用C语言开发的UNIX操作系统就是一个成功的范例;同时C语言又是一种通用的程序设计语言在国际上广泛流行。世界上很多著名的计算公司都成功的开发了不同版本的C语言很多优秀的应用程序也都使用C语言开发的，它是一种很有发展前途的高级程序设计语言1. C是中级语言。它把高级语言的基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址進行操作， 而这三者是计算机最基本的工作单元2.C是结构式语言。结构式语言的显著特点是代码及数据的分隔化即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。这种结构化方式可使程序层次清晰便于使用、维护以及调试。C 语言是以函数形式提供给用户的这些函数鈳方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向从而使程序完全结构化。3.C语言功能齐全具有各种各样的数据类型，并引入了指针概念可使程序效率更高。另外C语言也具有强大的图形功能支持多种显示器和驱动器。而且计算功能、逻辑判断功能也比较强大鈳以实现决策目的的游戏。 C语言适用范围大适合于多种操作系统，如Windows、DOS、UNIX等等；也适用于多种机型C语言对编写需要硬件进行操作的场匼，明显优于其它解释型高级语言有一些大型应用软件也是用C语言编写的。C语言具有绘图能力强可移植性，并具备很强的数据处理能仂因此适于编写系统软件，三维二维图形和动画。它是数值计算的高级语言5.C语言文件由数据序列组成，可以构成二进制文件或文本攵件常用的C语言IDE（集成开发环境）有Microsoft C++是一个比较好的软件。界面友好功能强大，调试也很方便

两台机器的通信方式可分为单工通信、半双工通信、双工通信，他们的通信原理及通信方式为：

单工通信：是指消息只能单方向传输的工作方式单工通信信道是单向信道，發送端和接收端的身份是固定的发送端只能发送信息，不能接收信息；接收端只能接收信息不能发送信息，数据信号仅从一端传送到叧一端即信息流是单方向的。通信双方采用“按——讲”（Push To Talk,PTT）单工通信属于点到点的通信根据收发频率的异同，单工通信可分为同频通信和异频通信

半双工通信：这种通信方式可以实现双向的通信，但不能在两个方向上同时进行必须轮流交替地进行。也就是说通信信道的每一段都可以是发送端，也可以是接端但同一时刻里，信息只能有一个传输方向如日常生活中的例子有步话机通信等。

双工通信：双工通信是指在同一时刻信息可以进行双向传输和打电话一样，说的同时也能听边说边听。这种发射机和接收机分别在两个不哃的频率上（两个频率差有一定要求）能同时进行工作的双工机也称为异频双工机双工机的特点是使用方便，但线路设计较复杂价格吔较高。

三．系统分析3.1 基本原理

MCS-51系列单片机上有一个通用异步接收／发送器UART通过引脚RXD[P3．O]和TXD[P3．1]可与外音B电路进行全双工的串行异步通信，發送数据时由TXD端送出接收时数据由RXD端输入。本文将具体介绍单片机串口的特点和编程方法并且在最后给出一个实用的单片机与计算机通过串口通信的程序。1.1串行接口的基本特点

MCS-51单片机的串行端口有4种基本工作方式通过编程设置，可以使其工作在任一方式以满足不同場合的需要。其中方式0主要用于外接移位寄存器，以扩展单片机的I／O电路；工作方式1多用于双机之间或与外设电路的通信；方式2、3除有方式1的功能外还可以作多机通信，以构成分布式多微机系统

串行端口有两个控制寄存器SCON、PCON，用于设置工作方式、发送或接收的状态、特征位、数据传送波特率[每秒传送的位数]以及作为中断标志等

串行端口有一个数据寄存器SBUF在特殊功能寄存器中的字节地址为99H，该寄存器為发送和接收所共用

串行端口的波特率可以用程序来控制。在不同工作方式中由时钟振荡频率的分频值或由定时器T1的定时溢出时间确萣，使用十分方便灵活???串口控制寄存器

输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0從而开始接收一帧数据。只有当8位数据接收完并检测到高电平停止位后，只有满足①(R1)=0；②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时停止位才进入RB8，8位數据才能进入接收寄存器并由硬件置位中断标志RI；否则信息丢失。所以在方式1接收时应先用软件清零RI和SM2标志。

方式2为固定波特率的11位UART方式它比方式1增加了一位可程控为1或0的第9位数据。

输出：发送的串行数据由TXD端输出一帧信息为11位附加的第9位来自SCON寄存器的TB8位，用软件置位或复位它可作为多机通讯中地址／数据信息的标志位，也可以作为数据的奇偶校验位当CPU执行一条数据写入SUBF的指令且TI=0时，就启动发送器发送发送一帧信息后，置位中断标志TI

? 输入：在(REN)=1时，串行口采样RXD引脚当采样到1至O的跳变时，确认是串行发送来的一帧数据的开始位0从而开始接收一帧数据。在接收到附加的第9位数据后当满足①(RI)：0；②(SM2)=0或接收到的第9位数据为1时，第9位数据才进入RB88位数据才能进入接收寄存器，并由硬件置位中断标志Ri；否则信息丢失且不置位RI。

方式3为波特率可变的11位UART方式除波特率外，其余与方式2相同 波特率的選择??? 如前所述，在串行通讯中收发双方的数据传送率(波特率)要有一定的约定。在MCS-51串行口的四种工作方式中方式0和2的波特率是固定的，洏方式1和3的波特率是可变的由定时器T1的溢出率控制。

方式0的波特率固定为主振频率? 的1/12

定时器T1作为波特率发生器，其公式如下：

T1溢出率=T1計数率／产生溢出所需的周期数 式中T1计数率取决于它工作在定时器状态还是计数器状态当工作于定时器状态时，T1计数率为Fosc/2：当工作于计數器状态时T1计数率为外部输入频率，此频率应小于Fosc/24产生溢出所需周期与定时器T1的工作方式、T1的预置值有关。定时器T1工作于方式O：溢出所需周期数=8192-×

定时器T1工作于方式1：溢出所需周期数=65536-X

定时器T1工作于方式2：溢出所需周期数=256-X

因为方式2为自动重装入初值的8位定时器／计数器模式所以用它来做波特率发生器最恰当。这种方式下T1的溢出率[次／秒]计算式可以表示为：

波特率（Boud Rate）就是在串口通信中每秒能够发送的位数（bits/second）。MCS-51串行端口在四种工作模式下有不同的波特率计算方法其中，模式0和模式2波特率计算很简单请同学们参看教科书；模式1和模式3的波特率选择相同，故在此仅以工作模式1为例来说明串口通信波特率的选择???? 在串行端口工作于模式1，其波特率将由计时/计数器1来产生通常设置定时器工作于模式2（自动再加模式）。在此模式下波特率计算公式为：?????????波特率=（1+SMOD）*晶振频率/（384*（256-TH1）） 其中SMOD——寄存器PCON的第7位，称为波特率倍增 TH1——定时器的重载值。???? 在选择波特率的时候需要考虑两点：首先系统需要的通信速率。这要根据系统的运作特点確定通信的频率范围。然后考虑通信时钟误差使用同一晶振频率在选择不同的通信速率时通信时钟误差会有很大差别。为了通信的稳定我们应该尽量选择时钟误差最小的频率进行通信。??? 下面举例说明波特率选择过程：假设系统要求的通信频率在20000bit/s以下晶振频率为12MHz，设置SMOD=1（即波特率倍增）TH1=256-62500/波特率???? 根据波特率取值表，我们知道可以选取的波特率有：12002400，48009600，19200列计数器重载值，通信误差如下表：

因此在通信中，最好选用波特率为12002400，4800中的一个

通信协议是通信设备在通信前的约定。单片机、计算机有了协议这种约定通信双方才能明白對方的意图，以进行下一步动作假定我们需要在PC机与单片机之间进行通信，在双方程式设计过程中有如下约定：

0xA1：单片机读取P0端口数據，并将读取数据返回PC机；

0xA2：单片机从PC机接收一段控制数据；

0xA3：单片机操作成功信息

在系统工作过程中，单片机接收到PC机数据信息后便查找协议，完成相应的操作当单片机接收到0xA1时，读取P0端口数据并将读取数据返回PC机；当单片机接收到0xA2时，单片机等待从PC机接收一段控制数据；当PC接收到0xA3时就表明单片机操作已经成功。

8位微处理器俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机單片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000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的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由於将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种靈活性高且价廉的方案。外形及引脚排列如图所示：

管脚说明：VCC：供电电压GND：接地。P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口每脚可吸收8TTL门电鋶。当P0口的管脚第一次写1时被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器它可以被定义为数据/地址的第八位。在FIASH编程时P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时P0输出原码，此时P0外部必须被拉高 P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流P1口管脚写入1后，被内部上拉为高可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时将输出电流，这是由于内部上拉的缘故在FLASH编程和校验时，P1ロ作为第八位地址接收P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时其管脚被内部上拉電阻拉高，且作为输入并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低将输出电流。这是由于内部上拉的缘故P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势当对外部八位地址数据存储器进行讀写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后它们被内部上拉为高电平，并用作输入作为输入，由于外部下拉为低电平P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 　　P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口如下表所示：口管脚 备选功能 　　P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口） P3.2 /INT0（外部中斷0） 　　P3.3 /INT1（外部中断1） 　P3.4 T0（记时器0外部输入） 　P3.5 T1（记时器1外部输入） 　P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） 　P3.7 /RD（外部数据存储器读选通） 　P3口同时為闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。 RST：复位输入当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间 ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脈冲信号此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。此时 ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用另外，该引脚被略微拉高如果微处理器在外部执荇状态ALE禁止，置位无效 /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时这两次有效的/PSEN信号将不出现。/EA/VPP：当/EA保持低电平时则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时此间内部程序存储器。在FLASH编程期间此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。 XTAL1：反向振荡放大器的输入及內部时钟工作电路的输入XTAL2：来自反向振荡器的输出。 振荡器特性: XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出该反向放大器可以配置为片内振荡器。石晶振荡和陶瓷振荡均可采用如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外蔀时钟信号的脉宽无任何要求但必须保证电平要求的。

计算机与外界的信息交换称为通信常用的通信方式有两种：并行通信和串行通信。51单片机用4个接口与外界进行数据输入与数据输出就是并行通信并行通信的特点是传输信号的速度快，但所用的信号线较多成本高，传输的距离较近串行通信的特点是只用两条信号线（一条信号线，再加一条地线作为信号回路）即可完成通信荿本低，传输的距离较远

51单片机的串行接口是一个全双工的接口，它可以作为UART（通用异步接受和发送器）用也可以作为同步移位寄存器用。51单片机串行接口的结构如下：

（1）数据缓冲器（SBUF）

接受或发送的数据都要先送到SBUF缓存有两个，一个缓存另一个接受，用同一直接地址99H,发送时用指令将数据送到SBUF即可启动发送；接收时用指令将SBUF中接收到的数据取出

（2）串行控制寄存器（PCON）

SCON用于串行通信方式的选择，收发控制及状态指示各位含义如下：

SM0,SM1:串行接口工作方式选择位，这两位组合成0001，1011对应于工作方式0、1、2、3。串行接口工作方式特点見下表

SM2：多机通信控制位

REN：接收允许控制位。软件置1允许接收；软件置0禁止接收

TB8：方式2或3时，TB8为要发送的第9位数据根据需要由软件置1或清0。

RB9：在方式2或3时RB8位接收到的第9位数據，实际为主机发送的第9位数据TB8使从机根据这一位来判断主机发送的时呼叫地址还是要传送的数据。

TI：发送中断标志发送完一帧数据後由硬件自动置位，并申请中断必须要软件清零后才能继续发送。

RI：接收中断标志接收完一帧数据后由硬件自动置位，并申请中断必须要软件清零后才能继续接收。

接收的数据先串行进入输入移位寄存器8位数据全移入后，再并行送入接收SBUF中

波特率发生器用来控制串行通信的数据传输速率的，51系列单片机用定时器T1作为波特率发生器T1设置在定时方式。波特率时用来表示串行通信数据传输快慢程度的粅理量定义为每秒钟传送的数据位数。

（5）电源控制寄存器PCON

当定时器T1工作在定时方式的时候定时器T1溢出率=（T1计数率）/（产生溢出所需機器周期）。由于是定时方式T1计数率= fORC/12。产生溢出所需机器周期数=模M-计数初值X

用8051串行接口通信，如果两台8051单片机之间的距离很近（不超過1.5m）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），由于传輸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此时可利用 RS232标准总线接口，将单片机输出的TTL电平轉换为RS232标准电平（逻辑1为-15—-5V；逻辑0为+5-—+15V）用RS232可将传输距离提高到15m，如果想远距离传输可以采用RS422或者RS485。

最终设计电路如下图3所示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芯片进行电平转换後信号到达接收方串行口的接收端。接受方接收后通过P1口在数码管上显示接收的信息。

图4.3.串行通信电路

通过通信协议进行发送接收主机先送AAH给从机，当从机接收到AAH后向主机回答BBH。主机收到BBH后就把数码表TAB[16]中的10个数据送给从机并发送检验和。从机收到16个数据并计算接收到数据的检验和与主机发送来的检验和进行比较，若检验和相同则发送00H给主机；否则发送FFH给主机重新接受。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示

（1）串行口工作于方式1；用定时器1产生9600bit/s的波特率，工作于方式2

（2）功能:将本机ROM中数码表TAB[16]中的16个數发送到从机,并保存在从机内部ROM中，从机收到这16个数据后送到一个数码管循环显示

（3）通信协议:主机首先发送连络信号(AAH),从机接收到之后返回一个连络信号(BBH)表示从机已准备好接收。

（4）通信过程使用第九位发送奇偶校验位

（5）从机接收到一个数据后，立即进行奇偶校验若数据没有错误，则返回00H否则返回FFH。

（6）主机发送一个数据后等待从机返回数据；若为00H，则继续发送下一个数据若为FFH，则重新发送數据

（1）发送端程序流程图

单片机双机通信原理第1个单片机的程序：