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单片机课程设计

news 来源：原创 2023/2/3 2:17:41

单片机课程设计：设备甲每隔3s利用18B20进行一次温度采集，然后将采集数据填入一帧中（数据帧），发送到设备乙，设备乙收到该数据后并校验，无误后显示到数码管上，同时向设备甲发送应答帧，有错误时不显示，只发送错误应答帧。设备甲接收到应答帧后，校验无误，在数码管上显示O，否则显示E。设备甲乙都是单片机。

在这里插入图片描述

通过课设要求可以知道，上位机负责采集数据（十六位数据）并且将该数据通过modbus协议传输给下位机，而下位机负责校验数据并且将该数据显示到动态数码管上。所以我们先来编写上位机的有关程序：
1.DS18B20传感器的温度数据提取：

/----------------------------temp.h-------------------------------/
#ifndef __temp_h_
#define __temp_h_#include<reg51.h>
//---重定义关键词---//
#ifndef uchar
#define uchar unsigned char
#endif#ifndef uint 
#define uint unsigned int
#endif//--定义使用的IO口--//
sbit DSPORT=P3^7;//--声明全局函数--//
void Delay1ms(uint );
uchar Ds18b20Init();
void Ds18b20WriteByte(uchar com);
uchar Ds18b20ReadByte();
void  Ds18b20ChangTemp();
void  Ds18b20ReadTempCom();
int Ds18b20ReadTemp();#endif
/----------------------------temp.c-------------------------------/
#include"temp.h"void Delay1ms(uint y)
{uint x;for( ; y>0; y--){for(x=110; x>0; x--);}
}uchar Ds18b20Init()
{uchar i;DSPORT = 0;			 //将总线拉低480us~960usi = 70;	while(i--);//延时642usDSPORT = 1;			//然后拉高总线，如果DS18B20做出反应会将在15us~60us后总线拉低i = 0;while(DSPORT)	//等待DS18B20拉低总线{Delay1ms(1);i++;if(i>5)//等待>5MS{return 0;//初始化失败}}return 1;//初始化成功
}void Ds18b20WriteByte(uchar dat)
{uint i, j;for(j=0; j<8; j++){DSPORT = 0;	     	  //每写入一位数据之前先把总线拉低1usi++;DSPORT = dat & 0x01;  //然后写入一个数据，从最低位开始i=6;while(i--); //延时68us，持续时间最少60usDSPORT = 1;	//然后释放总线，至少1us给总线恢复时间才能接着写入第二个数值dat >>= 1;}
}uchar Ds18b20ReadByte()
{uchar byte, bi;uint i, j;	for(j=8; j>0; j--){DSPORT = 0;//先将总线拉低1usi++;DSPORT = 1;//然后释放总线i++;i++;//延时6us等待数据稳定bi = DSPORT;	 //读取数据，从最低位开始读取/*将byte左移一位，然后与上右移7位后的bi，注意移动之后移掉那位补0。*/byte = (byte >> 1) | (bi << 7);						  i = 4;		//读取完之后等待48us再接着读取下一个数while(i--);}				return byte;
}void  Ds18b20ChangTemp()
{Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);		//跳过ROM操作命令		 Ds18b20WriteByte(0x44);	    //温度转换命令//Delay1ms(100);	//等待转换成功，而如果你是一直刷着的话，就不用这个延时了}void  Ds18b20ReadTempCom()
{	Ds18b20Init();Delay1ms(1);Ds18b20WriteByte(0xcc);	 //跳过ROM操作命令Ds18b20WriteByte(0xbe);	 //发送读取温度命令
}int Ds18b20ReadTemp()
{int temp = 0;uchar tmh, tml;Ds18b20ChangTemp();			 	//先写入转换命令Ds18b20ReadTempCom();			//然后等待转换完后发送读取温度命令tml = Ds18b20ReadByte();		//读取温度值共16位，先读低字节tmh = Ds18b20ReadByte();		//再读高字节temp = tmh;temp <<= 8;temp |= tml;return temp;
}

以上代码如果想要自己编写的话需要懂如何通过时序图来编写代码，感兴趣的同学可以上网查找资料来学习。你有可能会问为什么温度数据最大是十六位的，这是因为温度数据显示出来的十位进制数是五个数字，如：12000。而二的十六次方是65536，二的八次方是256，所以最大位数就是十六位的。但是SBUF（发）一次只能发送八位，所以要对数据进行处理：

listing[4] = temp/256;//前八位，用一个数组listing[]来存储温度数据
listing[5] = temp%256;//后八位

这里又为什么需要使用数组呢？这是因为modbus通信协议中规定一帧数据的传输需要有地址位、功能位、数据位、CRC校验码（同时意味着一帧数据要全部包含这些），所以需要用数组。CRC校验码的计算需要遵从特殊计算方法。
2.modbus通信CRC校验码计算：

void getcrcdatas(uchar *buffer,uchar len)//长度在这里为6
{uint wcrc = 0xffff;uchar temp = 0;uint i = 0, j = 0;for(i = 0;i < len;i++){temp = *buffer & 0x00ff;buffer++;wcrc ^= temp;for (j = 0; j < 8; j++){if (wcrc & 0x0001){wcrc >>= 1;wcrc ^= 0xa001;}else{wcrc >>= 1;}}}CRC_L = wcrc & 0xff;//CRC_H,CRC_L为全局变量CRC_H = wcrc >> 8;
}

3.RS485方式
RS485只是在原本的通信方式上加入了MAX485芯片
在这里插入图片描述
485_RE为0 时允许接收，486_RE为1时允许发送。接线方面需要注意：单片机的RXD要与MAX485的RXD连接，TXD同上，两块MAX485的A要互相连接，B要互相连接。程序方面只需要定义一个使能位如：

sbit RS485RE=P1^0;

在传输，接收时只需要按要求时之等于0或者1即可。
最后，需要注意的点已经全部叙述完成，这里最后给出最后的主函数：

#include<reg51.h>
#include<temp.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define NODE1_ADDR 0x01 //地址
#define functional_Tcode 0x01 //正确应答
#define functional_Fcode 0x00 //错误应答
sbit RS485RE=P1^0;//MAX485芯片使能位
uchar CRC_L = 0;
uchar CRC_H = 0;
uint temp = 0;
uint counter = 0;
uchar i=0;
uchar ACK_DATA[8]={0};//数组初始化
void sbufdata();
void getcrcdatas(uchar *listing,uchar len_math);
uchar listing[8]={0x01,0x01,0x00,0x00};
void usart() interrupt 4
{if(RI == 1){RI = 0;ACK_DATA[i] = SBUF;i++;if(i==8) i=0;}
}
void main()
{SCON = 0X50;			//设置为工作方式1TMOD = 0X21;			//设置计数器工作方式2PCON = 0X80;			//波特率加倍TH1 = 0XF3;				//计数器初始值设置，注意波特率是4800的TL1 = 0XF3;TH0 = 0XFC;	//给定时器赋初值，定时1msTL0 = 0X18;	ET0 = 1;//打开定时器0中断允许EA = 1;//打开总中断ES = 1;TR0 = 1;//打开定时器		TR1 = 1;					//打开计数器while(1){if((ACK_DATA[0] == NODE1_ADDR)&&(ACK_DATA[1] == functional_Tcode)){if((ACK_DATA[7] == 0x3c)&&(ACK_DATA[6] == 0x0a)){P0 = 0xc0;}}if((ACK_DATA[0] == NODE1_ADDR)&&(ACK_DATA[1] == functional_Fcode)){if((ACK_DATA[7] == 0x01)&&(ACK_DATA[6]==0xca)){P0=0x8e;}}}
}
void getcrcdatas(uchar *buffer,uchar len)
{uint wcrc = 0xffff;uchar temp = 0;uint i = 0, j = 0;for(i = 0;i < len;i++){temp = *buffer & 0x00ff;buffer++;wcrc ^= temp;for (j = 0; j < 8; j++){if (wcrc & 0x0001){wcrc >>= 1;wcrc ^= 0xa001;}else{wcrc >>= 1;}}}CRC_L = wcrc & 0xff;CRC_H = wcrc >> 8;
}
void sbufdata()//发送函数
{uchar j = 0;for(j = 0;j < 8;j++){SBUF = listing[j];while(!TI);TI = 0;}
}
void timer() interrupt 1
{counter++;TH0 = 0XFC;	//给定时器赋初值，定时1msTL0 = 0X18;if(counter == 3000)//三秒{RS485RE=1;counter = 0;temp = Ds18b20ReadTemp();listing[4] = temp/256;listing[5] = temp%256;getcrcdatas(&listing[0],6);listing[6] = CRC_H;listing[7] = CRC_L;sbufdata();RS485RE=0;}
}

接下来来编写下位机的代码，下位机在收到这一帧数据后首先需要将这一帧数据放入一个数组中，并且需要验证数据是否正确，正确则在数码管上显示温度并且返回正确应答帧，反之则返回错误应答帧。

第一点：在接收到一帧数据后需要验证我接收到的前六位所计算出来的CRC校验码是否与从上位机接收到的CRC校验码是否相同。在此同上位机一样需要有CRC校验码的计算函数。
第二点：modbus通信协议规定一帧HEX数据之间需要有3.5个字符的停顿时间，那怎么计算字符停顿时间呢？我们知道波特率的单位是位每秒，传输一个0X**需要有十位，一帧数据有八个字节所以传输一帧数据要有八十位，我们使用的是4800波特率的由此即可计算出一帧时间。在此我们可以这样做每接收一个字节定时器重新装载初值，一旦超过这个3.5 个字符时间证明上位机已经将一帧数据发送完毕，这时让计数的全局变量i = 0，这样便可保证数据的正确性。

下位机的代码如下：

#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
#define uint unsigned int
#define NODE1_ADDR 0x01
#define functional_code 0x01
sbit RS485DIR=P1^0;
sbit LSA=P2^2;
sbit LSB=P2^3;
sbit LSC=P2^4;
uchar CRC_L = 0;
uchar CRC_H = 0;
uchar crcdata = 0;
uchar i = 0;
int temp=0;
uchar receivedata[8]={0};
uchar DisplayData[8]={0};
uchar ACK_T[8]={0x01,0x01,0,0,0,0,0x0a,0x3c};//提前将CRC校验码算好
uchar ACK_F[8]={0x01,0,0,0,0,0,0xca,0x01};
uchar code led[10]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};
void sbufdata(uchar *listing);
void DigDisplay();
void delay(uint time);
void datapros(int temp);
void getcrcdatas(uchar *listing,uchar len_math);
void usart() interrupt 4
{if(RI == 1){TR0=1;RI = 0;receivedata[i] = SBUF;i++;TH0=0x1d;TL0=0x70;}
}
void timer() interrupt 1
{i = 0;TH0=0x1d;TL0=0x70;TR0=0;
}
void main()
{uchar j = 0;SCON = 0X50;			//设置为工作方式1TMOD = 0X21;			//设置计数器工作方式2PCON = 0X80;			//波特率加倍TH1 = 0XF3;				//计数器初始值设置，注意波特率是4800的TL1 = 0XF3;TH0=0x1d;TL0=0x70;ET0=1;ES = 1;						//打开接收中断EA = 1;						//打开总中断TR1 = 1;					//打开计数器RS485DIR=0;while(1){//下面校验数据的正确性if((i == 8)&&(TF0!=1)){if((receivedata[0] == NODE1_ADDR)&&(receivedata[1] == functional_code)){getcrcdatas(&receivedata[0],6);if((CRC_L == receivedata[7])&&(CRC_H == receivedata[6])){temp = (receivedata[4]<<8)|receivedata[5];//将温度数据恢复为十六位数据RS485DIR=1;sbufdata(&ACK_T[0]);RS485DIR=0;}else{RS485DIR=1;sbufdata(&ACK_F[0]);RS485DIR=0;}}}datapros(temp);//开始显示00000DigDisplay();}
}
void getcrcdatas(uchar *buffer,uchar len)
{uint wcrc = 0xffff;uchar temp = 0;uint i = 0, j = 0;for(i = 0;i < len;i++){temp = *buffer & 0x00ff;buffer++;wcrc ^= temp;for (j = 0; j < 8; j++){if (wcrc & 0x0001){wcrc >>= 1;wcrc ^= 0xa001;}else{wcrc >>= 1;}}}CRC_L = wcrc & 0xff;CRC_H = wcrc >> 8;
}
void delay(uint time)
{while(time--);
}
void datapros(int temp)  
{float tp;  if(temp< 0)					//当温度值为负数{DisplayData[0] = 0x40; 	//负号temp=temp-1;			//因为读取的温度是实际温度的补码，所以减1，再取反求出原码temp=~temp;tp=temp;temp=tp*0.0625*100+0.5;	//浮点型转换成整型后会四舍五入}else						//如果温度为正数{			DisplayData[0] = 0x00;tp=temp;							//因为数据处理有小数点所以将温度赋给一个浮点型变量temp=tp*0.0625*100+0.5;						//浮点型转换成整型后会四舍五入}DisplayData[1] = led[temp / 10000];DisplayData[2] = led[temp % 10000 / 1000];DisplayData[3] = led[temp % 1000 / 100] | 0x80;//显示小数点DisplayData[4] = led[temp % 100 / 10];DisplayData[5] = led[temp % 10];
}void DigDisplay()//动态数码管位选
{uchar i;for(i=0;i<6;i++){switch(i){case(0):LSA=0;LSB=0;LSC=0; break;case(1):LSA=1;LSB=0;LSC=0; break;case(2):LSA=0;LSB=1;LSC=0; break;case(3):LSA=1;LSB=1;LSC=0; break;case(4):LSA=0;LSB=0;LSC=1; break;case(5):LSA=1;LSB=0;LSC=1; break;}P0=DisplayData[i];delay(10);P0 = 0x00;}		
}
void sbufdata(uchar *listing)//发送函数
{uchar j = 0;for(j = 0;j<8;j++){SBUF = *listing;listing++;while(!TI);TI = 0;}
}