第一章 系统总体方案
51单片机本身具有一个全双工的串行口，两个单片机之间可以直接进行串口通信，本次的设计是要求通过RS232进行单片机之间的通信，因为51单片机输入、输出电平为TTL电平，但由于单片机的TTL逻辑电平和RS-232的电气特性完全不同，RS-232的逻辑0电平规定为+5~+15V之间，逻辑1电平为-5~-15V之间，因此要选用MAX232电平转换芯片，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芯片进行电平转换后，信号到达接收方串行口的接收端。接受方接收后，在数码管上显示接收的信息。为提高抗干扰能力，还可以在输入输出端加光耦合进行光电隔离。
软件部分，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，重新接收。从机收到16个正确数据后送到一个数码管显示。串行口的工作方式为8位UART,波特率可变（T1溢出率/n）。定时器的工作方式为工作方式2。
图一 RS-232电平信号传输的连接图
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第二章 硬件电路的设计
2.1 单片机系统
单片机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完善的计算机系统。 标准型89系列单片机是与MCS-51系列单片机兼容的。在内部含有4KB或8KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为0~33MHz，有3级程序存储器加密锁定，内含有128~256字节的RAM、32条可编程的I/O端口、2~3个16位定时器/计数器，6~8级中断，此外有通用串行接口、低电压空闲模式及掉电模式。AT89C51相当于将8051中的4KB ROM换成相应数量的Flash存储器，其余结构、供电电压、引脚数量及封装均相同，使用时可直接替换。AT89C51在内部采用40条引脚的双列直插式封装，引脚排列如图2所示
图2 AT89C51芯片引脚图
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）串行数据缓冲器（SBUF）
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接受或发送的数据都要先送到SBUF缓存。SBUF包括缓存寄存器和发送寄存器，以便能以全双工方式进行通信。此外，在接收寄存器之前还有移位寄存器，从而构成了串行接收的双缓冲结构，这样可以避免在数据接收过程中出现帧重叠错误。发送数据时，由于CPU是主动的，不会发生帧重叠错误，因此发送电路不需要双重缓冲结构。在逻辑上，SBUF只有一个，它既表示发送寄存器，又表示接收寄存器，具有同一个单元地址99H。但在物理结构上，则有两个完全独立的SBUF，一个是发送缓冲寄存器SBUF，另一个是接收缓冲寄存器SBUF。如果CPU写SBUF，数据就会被送入发送寄存器准备发送；如果CPU读SBUF，则读入的数据一定来自接收缓冲器。即CPU对SBUF的读写，实际上是分别访问上述两个不同的寄存器。 （2）串行控制寄存器（PCON）
串行控制寄存器SCON用于设置串行口的工作方式、监视串行口的工作状态、控制发送与接收的状态等。它是一个既可以字节寻址又可以位寻址的8位特殊功能寄存器。其格式如表1所示：
位地址 SCON 9FH SM0 9EH SM1 9DH SM2 9CH 9BH 9AH REN TB8 RB8 99H T1 98H R1 表-1 串行口控制寄存器SCON
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位数据，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。
SM0,SM1:串行口工作方式选择位，这两位组合成00，01，10，11对应于工作方式0、工作方式1、工作方式2、工作方式3。串行接口工作方式如表2：
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SM0 0 0 1 1 SM1 0 1 0 1 工作方式 0 1 2 3 功能 8位同步移位寄存器（用于I/O扩展） 10位异步串行通信（UART） 11位异步串行通信（UART） 11位异步串行通信（UART） 表-2 串行工作方式
（3）输入移位寄存器
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。
（4）波特率发生器
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。波特率是用来表示串行通信数据传输快慢程度的物理量，定义为每秒钟传送的数据位数。
（5）电源控制寄存器PCON
波特率系数控制寄存器PCON的最高位为Smod，仅仅是最高位与串行口有关。在工作方式1～工作方式3时，若SMOD=1，则串行口波特率增加一倍。若SMOD=0，波特率不加倍。系统复位时，SMOD=0。PCON字节地址为87H，不能位寻址。PCON的格式如表3：
PCON 7 6 5 4 3 GF1 2 1 0 波特率 fORC/12 可变（T1溢出率*2SMOD/32） fORC/64或fORC/32 可变（T1溢出率*2SMOD/32） 位名称 SMOD － － － GF0 PD IDL 表-3 特殊功能寄存器PCON的格式
（6）波特率计算
串行口每秒钟发送（或接收）的位数称为波特率。设发送一位所需要的时间为T，则波特率为1/T。对于不同方式，得到的波特率的范围是不一样的，这是由定时器/计数器T1在不同方式下计数位数的不同所决定的。串行口工作在方式1或方式3时，常用定时器T1作为波特率发生器，关系式为：波特率=2SMOD×(T1溢出率)/32。
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2.2 电平转换电路
用8051串行接口通信，如果两台8051单片机之间的距离很近（不超过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），由于传输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，用MAX232芯片完成TTL和RS-232的双向电平转换。
图3电平转换芯片MAX232
在电气特性上RS-232采用负逻辑，要求高、低两信号间有较大的幅度，标准规定为：逻辑‘1’：-5～-15V ，逻辑‘0’:+5～+15V 。而单片机的信号电平与TTL电平兼容，逻辑1大于+2.4V，逻辑0为0.4V以下。很显然，RS-232信号电平与TTL电平不匹配，为了实现两者的连接，必须进行电平转换。MAX232为单一+5V供电，内置自升压电平转换电路，一个芯片能同时完成发送转换和接收转换的双重功能。
(1)有5个外接电容、进行电压匹配和电源去耦。
(2) R1IN，R2IN：两路RS-232C电平信号输入端，可接传输线。
(3) R1OUT，R2OUT：两路转换后的TTL电平输出端，可接单片机的RXD端。 (4) T1OUT，T2OUT：两路转换后的RS-232C电平信号输出端，可接传输线。 (5) T1IN，T2IN：两路TTL电平输入端，可接单片机的TXD端。 (6)Vs+，Vs-：分别经电容接电源和地。
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