基于单片机的通信系统研究

２００９年第８期 第２７卷 （总第１０９期） 毕 节 学 院 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＢＵＩＥ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴ３' ＮＯ．８，２００９ Ｖ０１．２７ Ｇｅｎｅｒａｌ Ｎｏ．１０９ 基于单片机的通信系统研究 宋素萍１，胡亚楠２ （鹤壁职业技术学院，河南鹤壁４５８０３０） 擅要：通过介绍单片机的通信系统工作原理，从系统的硬件平台设计、通讯程序设计进行阐述， 给出了实验数据仿真结果． 关键词：单片机；通信系统：数据 中图分类号：ＴＰ３６８．１ 文献标识码：Ａ 文章编号： １６７３－７０５９（２００９）０８－－００９９－０３ １前言 数据采集的应用是工业现场中最广的技术之一，但是当监测电压、温度、压力等时，会面临现场 环境比较恶劣，人工记录也会出现一定的误差，且费时、费力等问；同时若通过有线方式把采集的数 据传到监控室中的上位机，不但传输信道易受空间其他频道的干扰，而成本会比较高。由于ＰＣ的分析 处理能力较强，处理速度更快，而单片机则使用灵活方便，可采用单片机来构成主从多机工作模式【ｌ】。 本文介绍的基于单片机的通信系统，由下位多个单片机与上位ＰＣ机组成的串行通信系统，可以 实现上、下位机数据互传，从而实现上位机对现场设备的监控，通过汇编语言设计出程序，成本也相 对低廉，满足现场通讯的需要。 ２硬件模块 在硬件模块中，主要由单片机８０３２、ＲＳ－２３２电平转换芯片、ＰＣ机组成心１。 由于单片机和ＰＣ通讯信号在正负电平之间摆动，在发送数据时，发送端驱动器ＴＴＬ输出正电平在 ＋５～＋１５Ｖ，负电平在一５～一１５Ｖ电平。同时接收器ＰＣ机的串口工作电平在＋３～＋１２Ｖ与一３～一１２Ｖ，由于 发送电平与接收电平的差为２Ｖ至３Ｖ左右，这样信号电平不一致。为了完成ＴＴＬ到串口电平的转换， 中间需用电平转换芯片。本设计采用的是Ｍａｘ２３２芯片，其中供电系统为＋５ｖ单电源供电。整个系 统如图１所示，图２为多机连接示意图。 亨 图１单片机与ＲＳ．２３２接口连接 收稿日期：２００９－０４－２６ 作者简介：宋紊萍（１９６０一 ）。女，河南滑县人，鹤壁职业技术学院教授。研究方向：电子应用技术． 胡亚楠（１９８３一），男，河南滑县人，鹤壁职业技术学院助教．研究方向：电子电信技术． ?９９? 万方数据 ８０３２ Ｐ３．０——Ｒ×０ Ｏ Ｏ ＲＸ０一一Ｐ３．０ ８８３２ Ｐ３．１一一ＴＸＯ ［一 Ｏ — 目 Ｏ Ｔ×Ｏ一 ■１ 一Ｐ３．１ 图２系统中多台ＰＣ机器连接 硬件系统设计的难点：由于外界干扰或电压波动等原因，Ｐｃ机和单片机之间的通讯可能会出现 错误，如接收缓冲区溢出、网络端口超速等。这些可能发生的事件都能在代码中引起运行错误。为了 处理这些错误，须要将错误处理代码添加到程序中。通过控件中的特定事件可以捕捉和处理错误。在 通讯过程中所发生的通讯错误是命令属性返回，当命令属性值发生改变时，明有通讯错误，就会产 生相应的特定事件。利用自动引发特定事件的特点在接收过程中加入状态显示码，这样可以监视通讯 线路状态，得到单片机和主机及单片机和单片机之间的通讯进程。 系统工作过程如下：单片机从数字编码器直接采集数字信号，通过ＲＳ２３２接口送给本端的ＰＣ机， 然后通过全局串行通道ＧＳＣ协谢３１，ＰＣ机将数字信号调制成音频模拟信号在数据线上传输，送目的 ＰＣ机。 ３软件模块 ３．１程序设计 上位机通信过程为：首先发送数据，此时也可接收下位机数据；接收完命令后处理该命令，这期 间同时发送数据；最后给下位机回复，此时也接收数据州。 下位机通信过程为：首先接收命令，此时不向上位机发送数据；接收完命令后处理该命令，这期 间不接收也不发送；最后给上位机回复，此时，也不接收数据。 主机和从机通信过程包括的函数主要有系统初始化函数ＵＡ阿ＬＩｎｉｔ（），向串口发送数据函数 ＵＡＲＴ＿ＳｅｎｄＢｙｔｅ０、 串１３接收红外信号数据ＵＡＲ＿ＬＲｃｖＢｙｔｅ（）等。部分函数程序代码如下：? ＵＡＲＴ－ＳｅｎｄＢｙｔｅ（ｕｎｉｔ８ ｄａｔ）／／向串口发送数据 ｛ＳＢＵＦ＝ｄａｔ；／／发送数据 ｗｈｉｌｅ（ＴＩ＝＝Ｏ：／／等待发送完毕 ＴＩ＝０： ｝ ｕｎｉｔ８ ＵＡＲｌ．－ＲｃｖＢｙｔｅ（）／／接收串口数据 ｛ｉｆ（ＲＩ＝＝０）ｒｅｔｕｒｎ（Ｏ）；／／若没有接收到数据，则返回０ 。ｄａｔ＝ＳＢＵＦ； ＲＩ＝０： ｒｅｔｕｒｎ（１）； ） ３．２通信 串行口的数据和控制信息是一位接一位串行地传送下去，通信协议如下：将上位Ｐｃ机地址定义为 ０ｘ０１；将下位单片机地址分别定义为Ｏｘ０２，Ｏｘ０３，Ｏｘ０４和０ｘ０５；将通信协议帧格式定义为：帧头目的 地址源地址帧长命令数据ＣＲＣ校验； ?１００? 万方数据 联机命令： ＯｘｃＯ 返回命令： Ｏｘ３０ 发送命令格式：０ｘ８１ 返回命令格式：０ｘ８１ Ｏｘ０２ Ｏｘ０１ ＯｘＯｌ Ｏｘ０２ Ｏｘ０６ Ｏｘ０６ ＯｘｃＯ Ｏｘ３０ ＣＲＣ ＣＲＣ 计算机之间通信时，波特率必须相同，也就是说，要保持计算机传输数据的步调一致，本系统的 数据传递波特率为２４００ｂ／ｓ。 ４实验仿真 在实验当中，保持串行口ＣＯＭｌ打开，否则系统会提示错误，波特率要设置一致２４００ ｂ／ｓ，否 则数据出现延迟和无法发送。从键盘上输入数字键Ｏ－Ｆ，“ＰＣ接收程序”会将接收到的字符显示在 ＰＣ机屏幕上。图３为发送数据程序，图４为接收接收程序。 图３为发送数据程序 图４为接收接收程序 ５ 本系统通过对信号电平保持一致的设计，在硬件方面和通信协议方面同时进行了开发．实际应用中， 造价低廉，性能稳定，具有较好的推广应用前景。 参考文献： …１吴雄英，秦开宇，谢兴红．ＤＳＰ与单片机之间串行通信的设计与实现［Ｊ】．计算机工程与科学，２００９， ３１（５）：１３２－１３３。１ ３６． ［２】侯艳．用ＶＳ２００５实现ＡＴ８９Ｃ５１单片机与Ｐｃ的串行通信［Ｊ】．现代计算机：下半月版， ２００９，（２）：１９８—２ ００． 【３】吴兴中，欧青立．利用一种Ｐｃ与单片机多机ＲＳ２３２串口通信设计【Ｊ】．国外电子测量技术，２００９， （１）：７４－７６． 【４】常喜，刘纸单片机和ＰＣ之间的串行通信［Ｊ】．电脑编程技巧与维护，２００８，（１７）：８２－８２，１０５，１０８． Ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉＯＩｌＳ Ｓｙｓｔｅｍ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ＳＯＮＧ—Ｓｕ ｐｉｎ９１，ＨＵ．Ｙａ ｎａｎ‘ （１、Ｈｅｂｉ ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｈｅｂｉ，４５８０００；２、Ｈｅｂｉ ｏｃｃｕｐａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ＣｏＵｅｇｅ，Ｈｅｂｉ，４５８０００） Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｌｌｉＳ ａｒｔｉｃｌｅ ｆｉｒｓｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｃｉｒｅｕｉｔ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ ｓｙｓｔｅｍ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｗｏｒｋ，ｔｈｅｎ ｆｒｏｍ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｈａｒｄｗａｒｅ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｄｅｓｉｇｎ，ｔｈｅ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ ｃａｒｒｉｅｓ ｏｎ ｔｈｅ ｅｌａｂｏｒａｔｉｏｎ，ｆｉｎａｌｌｙ ｈａｓ ｇｉｖｅｎ ｔｈｅ ｅｍｐｉｒｉｃａｌ ｄａｔｕｍ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｍｏｎｏｌｉｔｈｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ；Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ Ｓｙｓｔｅｍ；Ｄａｔａ （责编：罗明责校：张永光） 万方数据 基于单片机的通信系统研究 作者： 作者单位： 刊名： 英文刊名： 年，卷(期)： 引用次数： 宋素萍， 胡亚楠 鹤壁职业技术学院,河南,鹤壁,458030 毕节学院学报 JOURNAL OF BIJIE UNIVERSITY 2009，27(8) 0次 参考文献(4条) 1.吴雄英,秦开宇,谢兴红.DSP与单片机之间串行通信的设计与实现[J].计算机工程与科学,2009,31(5):132-133,1 36. 2.侯艳.用VS2005实现AT89C51单片机与PC的串行通信[J].现代计算机:下半月版,2009,(2):198-2 00. 3.吴兴中,欧青立.利用一种PC与单片机多机RS232串口通信设计[J].国外电子测量技术,2009,(1):74-76. 4.常喜,刘微,单片机和PC之间的串行通信[J].电脑编程技巧与维护,2008,(17):82-82,105,108. 相似文献(10条) 1.会议论文 秦建新.路林吉 CRC算法在单片机通信系统中的实现 2007 主要论述了在单片机通信系统中CRC算法的设计和在单片机硬件环下的编程实现.为了实现单片机系统之间高效无差错的数据传输,必须对数据进行检 错,当传输距离较远或采用无线传输时,这就更为重要了.给出了3种对应于51单片机硬件环境的C语言程序的算法,并从性能和成本上进行了比较,对按位计 算CRC码的方法给出了一种通用的算法. 2.期刊论文 许玲.程小琰.XU Ling.CHENG Xiao-yan C8051F020单片机的特点及其在通信系统中的应用 -河南机电 高等专科学校学报2006,14(6) 文中介绍了C8051F020单片机的功能特点,并给出了C8051F020单片机应用于通信系统中的. 3.期刊论文 陈松立.宋慧敏 由PLC和单片机构成的分布式通信系统 -工业控制计算机2002,15(9) 本文采用PLC和单片机构成分布式通信系统，提出了一种能大大提高传输距离和增加节点数目的新方法。 4.期刊论文 韦振远 基于单片机的通信系统的设计与实现 -科技创新导报2008(27) 本文设计了单片机与internet互联的新系统;从系统硬件平台设计、以太网驱动程序设计、TCPIP协议设计等方面详细介绍了整个系统平台的设计与 实现过程. 5.会议论文 陈璇.李捍东 基于RS485总线的单片机多机通信系统 2006 本研究基于一个"卷烟自动销售"项目实例,简要阐述了基于RS485总线的单片机多机通信应用研究的过程. 6.学位论文 孙靖 基于MSP430F149的机车通信系统的研究与实现 2007 现代化铁路和高速铁路智能信息系统的发展，对铁路无线通信在安全性、可靠性、实时性、综合性等方面提出了更高的要求。传统的铁路通信系统 已经不能满足铁路发展的需要，开发出一套新的高速可靠又智能的无线通信系统已经势在必行。本课题是根据铁道部的铁路无线通信系统中的机车部分 的技术指标和功能要求，为武汉铁路局设计的一套用于机车上的无线通信系统，目的在于机车司机在户外空间和铁路隧道内能良好地与车站、调度中心 或其他司机实现点对点的呼叫通话或者应答。本系统由主机和两个控制盒组成，两个控制盒分别置于机车的前室和后室。主机和控制盒之间通过RS- 485实现串口通信，保证该系统的稳定性和良好的抗干扰性。  由于这套系统对射频通信的技术指标要求很高，因此在设计这套系统时没有自行设计 射频电路，而是外购射频电台。传统的产品采用的是用于语音通信的日本马兰仕公司的GX1608V电台已经不能达到新的技术要求，因此选择一个能在户外 和隧道内都能符合技术指标，性能稳定，可靠性高并且有二次开发接口的电台显得尤为重要。本文首先从研究无线电波在自由空间和隧道内的传输特性 及损耗入手，为选择电台做理论上的分析，然后对照实际的测试结果，从通话时延、接收灵敏度、开发接口等方面选择了日本健伍公司的TK-868G无线电 台，然后对TK一868G电台的性能协议和扩展端口的的应用做了研究。  在控制部分，由于功能大大增强，过去的产品采用的51系列单片机作为控制 器已经完全不能满足要求，本系统的主机和控制盒都采用了TI公司的MSP430F149单片机作为核心控制器件，它是一款新型的低功耗16位单片机，有着丰 富的外围模块可以满足不同的应用需要。本文先研究了MSP430单片机的功能特点，开发工具和调试环境。然后对实现这套系统的一些重要模块如低电源 变换芯片AS1117，RS485串口通信，亚音频芯片CMX808A，矩阵开关MT8816，串口LCD显示屏等模块的原理和应用等等做了探讨和研究。  通过对产品 的测试和试验，本系统完全达到了系统的技术要求，实现了预期的目标。论文的最后对系统的下一步开发和完善进行了探讨。 7.学位论文 张俊武 基于DTMF技术的单片机远程通信系统研究 2007 随着国民经济的发展，远程测控技术在工业自动化、环境监控、智能家居以及安防系统等方面都得到了长足的发展和广泛的应用，在由单片机作为 终端控制器的远程监控系统中，合理的实现单片机的远程通信功能是系统成败的关键因素，因而有必要对单片机远程通信技术进行充分的研究。 单片机远程通信系统的实现方法多种多样，它们在数据传输中使用的通信协议和网络也多不相同。单片机远程通信系统按通信网络是否需要专门铺设可 以划分为单片机专用网络远程通信系统和单片机已有远程网络通信系统，单片机现场总线远程通信系统属于前一类，单片机因特网，电力网和电话网远 程通信系统属于后一类。各种单片机远程通信系统的通信带宽也有着较大差别，其中基于因特网和现场总线系统的带宽要远远大于基于电力网和电话网 系统的带宽。现阶段，在我国以电话线路为传输介质的窄带网络十分普及且成本低廉，基于DTMF(Dual Tone Multiple Frequency)双音多频技术的单片 机远程通信系统在对通信带宽要求不高的环境监控，智能家居及安防系统等方面都有着广泛的应用。  本论文着重研究了DTMF远程通信技术在流体 参数远程测量和智能住宅中的应用，且首创性的将现有的普通电话来电显示服务功能应用于基于DTMF技术的智能住宅安防系统中，显著提高了该系统的 反应速度并改善了其使用性能。  本论文研究的主要成果有：  ①将通信技术中的ISO/OSI模型引入到了单片机远程通信协议的分析和研究中 ，明晰了各种单片机远程通信协议中各个模块的层次和具体作用。  ②通过对现有单片机远程通信系统分类方法的研究，依据通信中所使用网络的 不同将其划分成单片机专用网络远程通信和单片机现有网络远程通信两大类。  ③完成了基于DTMF技术的流体参数测量系统设计。  ④将普通 电话的来电显示服务应用于安防系统，解决了以往类似系统中由于依赖振铃记数来决定电话是否自动摘机而影响用户正常使用电话的问题，提高了安防 系统的反应速度。 8.学位论文 翟勇 基于AT89S52的多软串口通信系统 2007 随着单片机的发展，其应用已经从单机逐渐转向多机或联网，而多机应用的关键在于单片机之间的相互通信、互传数据信息。串行通信是一种能把 二进制数据按位传送的通信方式，故它所需传输线条数极少，特别适用于分级、分层和分布式控制系统以及远程通信之中，是单片机之间通信的主要方 式。  针对当前主流的MCS-51系列单片机在应用中串行口数量不足这一事实并结合多机或联网应用的需要，本文介绍了一种基于单片机AT89S52的多 软串口通信系统，并提出解决扩展串行口的一套方案。该系统能很好的应用到很多分布式控制系统和远程通信系统之中。其工作原理：通过对异步串行 传输方式的研究和改进现有的软件模拟串行口方法，在AT89S52上利用并行口P1和定时器T0模拟出两路全双工串行口，并且两路软串口能并行工作。上位 机通过标准串行口按照规定的通信协议把数据传送给AT89S52，通过对接收数据的分析，AT89S52设置软串口的波特率，并通过对地址位的分析把其后接 收到的数据送到相应的软串口的发送缓冲区，然后.AT89S52把发送缓冲区内的数据通过相应软串口发送给下位机。当下位机有数据到来时，通过软串口 接收并放到软串口接收缓冲区内，AT89S52把这些数据不经封装通过标准串口送给上位机。通过数据的流动，能很好的实现上位机和两个终端的通信。本 文的创新点在于模拟的两路软串口为全双工串行口并且能处理两路数据并行接收和传送而不出现差错。  该通信系统特点为通用性好、可移植性好 ，扩展的串行口为全双工通信方式。其中提出的全双工软串口扩展方法和思路能很好的应用到其它应用中。在多串口单片机昂贵的前提下乃至多串口单 片机的普及下，都仍有很大的应用空间和参考价值。 9.期刊论文 徐开芸.饶华球 多关节机器人实用通信系统的构建 -机床与液压2004(7) 介绍了多关节机器人实用通信系统的设计过程,采用主从控制方式,实现三级计算机结构多CPU并行工作.利用VC++6.0中MSComm控件(Microsoft Communication Contro1)实现第一级(PC机)与第二级(89C51单片机)之间的串行通信,利用汇编语言通过内部总线实现第二级与第三级(89C2051单片机)之 间的并行通信,从而完成整个机器人系统的通信控制.经自行研制的教学工业两用型机器人(NGR01)实际使用表明,该通信系统能够长时间可靠、稳定运行. 10.期刊论文 王向乔.WANG Xiang-qiao 基于MSM7512B的单片机多机通信系统 -渝州大学学报（自然科学版） 2001,18(2) 介绍一种应用调制解调节器芯片MSM7512B构建单片机多机通信系统的硬、软件设计方案.该多机通信系统的通信软件根据OSI参考模型有关协议进行 设计,包含物理层、数据链路层、应用层三部分. 本文链接： 下载时间：2010年1月6日