EEPW论坛

作者：南阳理工学院 潘石 焦东东 王金涛
指导教师：徐源 高有堂

　　作品简介

　　本作品以STC15F2K61S2单片机为平台，以开发板为主机，先通过写串口通信协议实现其对两个从机的控制与检测，两从机都是由89c52芯片为核心的系统
　　两从机构造如下:　　

　　结构框图如上，两个52与主机各自构成反馈网络。将三个单片机通过串口线连接起来，主机的TXD连从机的RXD,RXD连从机的TXD,并连好接地线，分别先后给两从机下载好各自的程序，三机连接起来后给主机下载其程序，通信开始。
　　所用的从机A的外围由8个独立指示显示设备电路及四位共阴极数码管组成，具体功能为通过数码管显示指示电路所指示设备故障的设备的有无或是人为的错误操作四位数码管都显示相同的数字号，指示显示设备亮这表明设备正常运行，否则为出现故障的设备。
　　(如：当指示显示设备1由于故障的设备或是人为原因指示异常时数码管会自动显示1，如果有多个指示显示设备出现故障的设备被关闭则数码管会间隔重复性的从小到大显示所有出现故障的设备的指示显示设备号(指示显示设备1、3、5关闭时数码管间隔的显示
　　1、3、5，并一直循环下去。在正常情况下指示显示设备全亮且数码管无显示)。
　　使用时，主机通过操作按键控制两个从机的启动，从机A初始正常状态下，六个指示显示设备全亮且数码管无显示为黑，拨动任一开关，相应的指示显示设备关闭，对应的指示显示设备号便会显示在数码管上，而主机上的12864也会显示此刻的状态。这便完成了简单的主机对从机的控制与监测。产品可以应用于大型的企业工厂车间的监测，便于控制室的工作人员及时发现故障的设备并予以处理。如果拨动多个开关则相应的多个指示显示设备也会关闭，实际应用部分的数码管便开始连续显示被关闭指示显示设备的序号并一直循环直到修复正常，而主机上的液晶也会随之改变其显示内容。
　　从机B一直处于温度采集状态，LCD1602将温度传感器采集到的温度显示出来进而反馈到主机上的液晶。
　　主机连接的是液晶显示屏，将两从机的信息内容都反映在主机屏上。主机STC15F2k单片机的构造如：　　

　　操作主机时
　　按下K1从机A启动，从机A上数码管会作出相应显示，模拟故障的设备时，按下8个按键开关中的一位或多位均会在数码管上有所显示，只拨动一个开关，则相应的指示显示设备会关闭，那么数码管上则显示出了对应的指示显示设备号，如果拨动多个开关，相应的多个指示显示设备都会关闭，数码管也开始按指示显示设备号码从小到大循环显示，主机上液晶屏显示也随着变化。
　　按下K2从机B启动，其屏显示的内容也会反馈到主机的液晶上，也就是说，在主机上完成了对从机所处外界环境温度的实时监测。

　　平台选型说明

　　单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)，采用宏晶公司最新 STC15 系列 IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器，可当仿真器使用。强型 8051 CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通 8051 快 8-12倍。61K 字节片内片内 Flash 程序存储器，擦写次数 10 万次以上， 片内大容量 2048 字节的SRAM ， 大容量片内 EEPROM，擦写次数 10 万次数以上 。 共 8 通道 10 位高速 ADC，速度可达 30 万次/秒，3路 PWM 还可当 3 路 D/A使用共 3 通道捕获/比较单元(CCP/PWM/PCA) 内部高可靠复位，8 级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路，内部高精度 R/C 时钟，内部时钟从5MHz～35MHz 可选，相当于普通 8051 的60MHz～420MHz 两组高速异步串行通信端口(可同时使用)，可在 5 组管脚之间进行切换，分时复用可当 5 组串口使用，有 一组高速异步串行通信端口 SPI，各种接口扩展齐全。作为多机通信中的主机，可以尽可能地发挥其增强型的作用，因此选用其作为核心。
　　从机部分特点
　　(1)体积小巧，性能稳定，便于携带，及通用的USB2.0下载方式，让用户随时随地的都可以进行学习、开发、设计。
　　(2)全开放的模块化设计：所有硬件资源对用户开放 ，配随心所欲，不会出现硬件束缚软件的情况 ，即可学习软件，更可深入的了解硬件。
　　(3)超强的电路资源配备：集成了基本上所有单片机 应用中可能遇到的功能模块部分，用户再也不必要去找其他零件，即可轻松完成所需要的开发任务。
　　(4)完美的例子程序：每个模块都有完整的带中文注释 C语言例子程序，原理图、，接线方法很多都可以直接拿来应用。
　　(5)性价比较高，适合多种使用者学习和开发。主选用12864作为显示部分，12864具有功耗低，体积小、重量轻、超薄等许多其他显示器无法比拟的优点，近几年来被广泛用于单片机控制的智能仪器、仪表和低功耗电子产品中。不仅可以显示字符、数字，还能显示汉字，并且可以实现屏幕上下左右滚动和动画的功能，加有变区开窗，反转，闪烁等

　　设计说明

　　选用主从式多机通信，主机的RXD、TXD与所有从机的TXD、RXD端相连接，主机发送的信号可以被各个从机接收，而从机发送的信息只能则只能由主机接收，再多机信系统中，首先要解决的是如何识别从机的问题，其次才是发送数据的问题等。可以通过串行通信的SM2位专门识别不同的从机。
　　图(1)为从机A的原理图，图(2)为从机B的原理图　　

　　可以通过控制按键模拟故障的设备发生和人为失误3*3按键按下其中一个或多个，那么按键号所对应序号的指示显示设备就会关闭，同时数码管会将被关闭的指示显示设备的号码依次循环显示
　　从机B是所用到的外围器件是LCD1602显示屏及温度传感器DS18B20组成的简单电路，传感器将所感应到的温度显示在1602屏上完成对周围环境温度的反映。
　　温度传感器采集温度并将温度显示在LCD1602上，显示内容为“_._”
　　先用两个89c52为核心的系统作为两个从机基台。对于从机A，其结构在上面原理图中已明确表示出，手动控制按键开关可以改变P2口的电平和指示显示设备的亮关闭情况，根据P2口电平的状态编程控制四位共阴数码管的显示状况，分为单个指示显示设备关闭及多个指示显示设备关闭的显示，单个指示显示设备关闭只需配置数码管显示相应的号码，多个指示显示设备关闭可以设计循环显示多个数字反映被关闭指示显示设备的号码。对于从机B，为了简化从机，利用单总线功能选用DS18B20实时监测温度，精确到0.1，，LCD1602与温度感应相结合，最后将温度显示出来。
　　DS18B20独特的单线接口方式，在与微处理器连接时仅需要一条口线即可实现微处理器与DS18B20的双向通讯。测温范围 -55℃～+125℃，固有测温分辨率0.5℃，使用中不需要任何外围元件。在片上还载有配置字节以理想的解决温度数字转换DS18B20可以使用外部电源VDD，也可以使用内部的寄生电源。当VDD端口接3.0V—5.5V的电压时是使用外部电源;当VDD端口接地时使用了内部的寄生电源。无论是内部寄生电源还是外部供电，I/O口线要接5KΩ左右的上拉电阻。
　　单片机开发板(以STC15F2K61S2芯片为控制核心)作为主机，具有板载USB转串口及板载RS232串口的功能，又有两组高速且可同时使用的异步串行通信端口，选用一组或两组都可以进行与两从机之间的信息传递，先进行其与PC机之间的发送与接受的测试，功能实现后连接两从机通过上位机与下位机通信协议构成整个一主控制多从的系统。
　　整个主从控制与监测系统的设计依据于串口通信协议，两从机分别设有各自的地址代码，主机通过发送地址代码等待匹配的从机作出相应完成识别功能，二者开始传送数据，为了确保数据传送的准确性在发送的数据后附有校验，选用CRC校验除去冗余或是干扰，若是通过校验则相应从机做出响应回馈给主机示意传输无误，进而开始下一帧数据的传送。
　　通过写通信协议完成上位机和下位机的信息传递，设计时必须为从机设置地址码，除了用软件编程设定，还可以在从机P0加四位拨码开关，通过开关拨动与否设定“1”和“0”。主机只需在发送数据之前向串口传输线上发送从机地址码，相符的从机便会作出相应，接下来开始数据传输与反馈。
　　在编写通信协议时，介于是两种单片机类型，各自的寄存器配置也不同，相应的数据缓冲器、中断等的控制程序也有差异。通信要求主从之间有相同的波特率，相同的数据帧格式等。实现多机通信的关键在于区分何时发送的是数据帧还是地址帧。通信双方必须遵守一定的通信协议，即通信双方的一种提前预约，包括数据格式、传送速度、传送方法、纠错方式等做出的统一规定。
　　通信协议的大体框架如下：
　　a，通信双方使用的波特率一致为9600bps，发送和接收均采用
　　中断方式;
　　b，双机开始数据传输时，主机先发送地址帧等待应答;
　　c，各从机初始化时都处于只接收地址帧的状态。接收到地址帧后，将接收到的地址与本机地址相比较，如果相符，则向主机发送应答信号，并开始接收数据;如果收到的地址与自身地址不同，则处于继续等待地址帧状态。
　　d，受完数据后，将根据最后的校验结果判断数据接收是否正确，若校验正确则向主机发送数据正确信号。
　　依据通信协议编写程序，主从机之间就可以正确的进行数据收发传送了。

　　作品特色

　　一主多从的控制与监测系统在条件允许的情况下若是再加上RS485通信运用远距离电缆做传导便可实现主机远程控制及检测多个从机的功能，极大的方便了现代工程控制，避免人为的麻烦与距离的困扰，也可以基于无线或者是网络模块更加完善其人机界面和远程控制功能。而且，从机Smart mcu 09 V34开发板，最新研发的具有“实验、编程、仿真、USB下载等”多功能合一的新 一代单片机开发系统 。该 51单片机学习实验板除了支持 AT89S所有系列外，还支持 STC的所有系列增强型 51单片机和 SST系列的增强型 51单片机的实验、编程 与仿真功能，在多种控制领域都能发挥一定的不可替代的作用。并且设计的从机系统简单有效，将其规模化后不仅可以应用于大型生产或是制造车间，保证各独立车间的正常运行及实时监测以便对意外故障的设备作应急处理，也可远距离控制家居启关。其对自身或是外界环境因素的采集已经广泛应用于许多监测领域。
　　主机监测与控制从机的状态可以避免很多麻烦，非常简单和便捷。
　　此外，在这一平台的基础上可以添加其他的模块进行更高技术层次的控制，可塑性及改造性强。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2579