在设计包含一个主机和三个从机的主从式51单片机多机通信系统时，该如何进行硬件连接并编写软件程序以实现有效通信？

要设计一个主从式51单片机多机通信系统，首先要明确硬件连接方式和软件编程策略。硬件方面，基于51单片机的多机通信通常采用RS-485串行通信标准来支持长距离通信。在硬件连接上，需要确保所有从机和主机都通过RS-485收发器连接到同一总线上。主机和从机的TXD和RXD引脚分别连接到收发器的相应引脚，确保收发器正确控制数据流方向。同时，从机的地址设置需要在程序中通过硬件跳线或软件配置来实现，例如使用00H、01H、02H作为从机地址。

参考资源链接：[主从式51单片机多机通信系统设计](https://wenku.csdn.net/doc/64531296ea0840391e76d907?spm=1055.2569.3001.10343)

软件编程方面，首先需要配置单片机的串口工作在模式2或模式3，模式2为固定波特率，模式3为可变波特率。在软件编程中，可以通过设置SCON寄存器来实现。主机发送数据时，需要将第九位数据TB8设置为1，以标识为地址帧；发送数据时则设置为0。从机在接收到地址帧时，会检查是否与自身的地址相匹配，若匹配则接收后续的数据帧。

具体来说，主机程序需要具备初始化串口、发送地址帧以选择从机、发送数据帧以及接收从机反馈的功能。从机程序则需要包含初始化串口、监测地址帧、接收数据帧以及发送响应的逻辑。在实际编程时，可以采用中断服务程序来提高通信的效率和可靠性。

为了更深入理解这一过程，可以参考《主从式51单片机多机通信系统设计》这本书，该书详细介绍了单片机的串口通信原理、多机通信协议和具体的编程实践，对于解决你在设计过程中可能遇到的问题会有很大帮助。

参考资源链接：[主从式51单片机多机通信系统设计](https://wenku.csdn.net/doc/64531296ea0840391e76d907?spm=1055.2569.3001.10343)