MB89P475的UART/SIO結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

摘要：MB89P475是富士通公司生產(chǎn)的八位單片機(jī)。該單片機(jī)具有豐富的軟、硬件資源和良好的EMC性能，可廣泛應(yīng)用于家電控制等產(chǎn)品中。該器件內(nèi)含兩路UART/SIO接口，非常適用于計(jì)算機(jī)集中控制和管理的多級(jí)通信控制系統(tǒng)中。文中介紹了該單片機(jī)的特點(diǎn)和UART/SIO結(jié)構(gòu)，給出了MB89P475在LSP300型中央空調(diào)的計(jì)算機(jī)集控系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)應(yīng)用方法。

ＭＢ８９Ｐ４７５是富士通公司生產(chǎn)的Ｆ２ＭＣ－８Ｌ ＭＢ８９４７０單片機(jī)系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有豐富的軟、硬件資源和良好的ＥＭＣ性能，而且其程序空間（１６ｋ×８ｂｉｔｓ ＰＲＯＭ）和數(shù)據(jù)空間（５１２×８ｂｉｔｓ ＲＡＭ）大小適中,定時(shí)器資源和中斷資源豐富。雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ接口的設(shè)置是該產(chǎn)品的一大特點(diǎn)。在指令設(shè)計(jì)方面，利用該單片機(jī)可以直接進(jìn)行１６位數(shù)據(jù)的比較和算術(shù)運(yùn)算。ＭＢ８９Ｐ４７５的高性價(jià)比和合理的資源配置，使其可以廣泛應(yīng)用于家用電器控制和工業(yè)控制等應(yīng)用領(lǐng)域。此外，在多級(jí)數(shù)據(jù)通信控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)中，ＭＢ８９Ｐ４７５也是一款不可多得的單片機(jī)產(chǎn)品。

１?。停拢福梗校矗罚岛?jiǎn)介

１．１ 引腳功能

ＭＢ８９Ｐ４７５（ＯＴＰ型號(hào)）相應(yīng)的掩膜（ＭＡＳＫ）產(chǎn)品型號(hào)為ＭＢ８９４７５，它具有兩種封裝形式，分別是４８－ｐｉｎ Ｐｌａｓｔｉｃ ＳＨ－ＤＩＰ和４８－ｐｉｎ Ｐｌａｓｔｉｃ ＱＦＰ封裝。本文以ＳＨ－ＤＩＰ封裝形式為例來(lái)介紹其引腳定義，圖１所示是該封裝的引腳排列圖，現(xiàn)將各引腳的功能說(shuō)明如下：

Ｘ０，Ｘ１：振蕩器輸入、輸出；

ＭＯＤＥ：模式設(shè)定引腳，使用時(shí)，該引腳通常直接接地；

ＲＳＴ：復(fù)位腳，低電平復(fù)位；

Ｐ００／ＡＮ０～Ｐ０７／ＡＮ７：通用Ｉ／Ｏ口或Ａ／Ｄ輸入口；

Ｐ１０～Ｐ１３：通用Ｉ／Ｏ口或沿觸發(fā)中斷輸入口；

Ｐ１４～Ｐ１７：通用Ｉ／Ｏ口或定時(shí)器輸入（ＥＣ）、輸出口（ＴＯ）；

Ｐ２０～Ｐ２２：通用Ｉ／Ｏ口或ＵＡＲＴ／ＳＩＯ１的時(shí)鐘輸入、數(shù)據(jù)輸出和輸入口；

Ｐ２３：通用Ｉ／Ｏ口或ＰＷＣ（脈寬測(cè)量）輸入口；

Ｐ２４：通用Ｉ／Ｏ口或ＰＷＭ（脈寬調(diào)制）輸出口；

Ｐ２５～Ｐ２７：通用Ｉ／Ｏ口或ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２的數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、時(shí)鐘輸入口；

Ｐ３０＊～Ｐ３６＊：大電流驅(qū)動(dòng)輸出口，其中，Ｐ３０／ＢＵＺ＊可作蜂鳴器驅(qū)動(dòng)口；

Ｐ４０～Ｐ４１：在ＭＢ８９Ｐ４７５（１０２）（單時(shí)鐘系統(tǒng)）中為通用輸入口，在ＭＢ８９Ｐ４７５（２０２）（雙時(shí)鐘系統(tǒng)）中為副時(shí)鐘連接引腳；

Ｐ４２：通用輸入口；

Ｐ５０～Ｐ５４：通用Ｉ／Ｏ口或電平觸發(fā)中斷輸入口（低電平中斷）；

Ｃ：接０．１μＦ電容到地；

Ｖｃｃ、Ｖｓｓ：電源（＋５Ｖ）和接地（ＧＮＤ）引腳；

Ａｖｃｃ、Ａｖｓｓ：Ａ／Ｄ電路的參考電源和地。

１．２ 主要特點(diǎn)

ＭＢ８９Ｐ４７５內(nèi)含六個(gè)定時(shí)器，分別為：ＰＷＣ（脈寬測(cè)量）定時(shí)器（可用作時(shí)間間隔定時(shí)器）、ＰＷＭ（脈寬調(diào)制）定時(shí)器（可用作時(shí)間間隔定時(shí)器）、２個(gè)８／１６ｂｉｔ 定時(shí)／計(jì)數(shù)器、一個(gè)２１－ｂｉｔ時(shí)間基準(zhǔn)定時(shí)器和一個(gè)Ｗａｔｃｈ比例器。此外，ＭＢ８９Ｐ４７５還具有如下特點(diǎn)：

●帶有蜂鳴器驅(qū)動(dòng)，可由程序選擇７種驅(qū)動(dòng)信號(hào)頻率；

●可外部中斷，包括４個(gè)沿觸發(fā)中斷通道和５個(gè)電平觸發(fā)中斷通道；

●內(nèi)含８通道１０位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器；



    ●內(nèi)含ＵＡＲＴ／ＳＩＯ 異步／同步數(shù)據(jù)接收／發(fā)射器；    發(fā)射數(shù)據(jù)寫(xiě)入ＳＯＤＲ１／２寄存器時(shí)，發(fā)射數(shù)據(jù)標(biāo)志位ＴＤＲＥ同時(shí)被清“０”，發(fā)射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到發(fā)射移位寄存器后，ＴＤＲＥ被置“１”，意味著ＳＯＤＲ１／２寄存器可以寫(xiě)入下一個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)，同時(shí)，若發(fā)射中斷允許，將產(chǎn)生發(fā)射中斷請(qǐng)求。

●可低功耗工作，具有Ｓｔｏｐ模式、Ｓｌｅｅｐ模式、副時(shí)鐘模式、Ｗａｔｃｈ模式等多種工作模式；

●帶有Ｗａｔｃｈｄｏｇ 定時(shí)復(fù)位功能；

●最大可用３９路Ｉ／Ｏ口。

２?。停拢福梗校矗罚档模眨粒遥裕樱桑辖Y(jié)構(gòu)

ＭＢ８９Ｐ４７５的最大特點(diǎn)就是內(nèi)部集成了一個(gè)ＵＡＲＴ／ＳＩＯ通用串行數(shù)據(jù)通信接口，可通過(guò)片內(nèi)雙緩沖器實(shí)現(xiàn)全雙工雙向通信?同時(shí)?ＵＡＲＴ／ＳＩＯ可編程配置為異步或同步通信模式；其內(nèi)部波特率發(fā)生器既可以選擇１４種不同的波特率?也可由外部時(shí)鐘設(shè)置波特率?其數(shù)據(jù)傳輸格式見(jiàn)表１所列。該數(shù)據(jù)傳輸格式基于ＮＲＺ（不歸零）系統(tǒng)。

表1 UART/SIO數(shù)據(jù)格式

ＭＢ８９Ｐ４７５內(nèi)含六個(gè)寄存器，分述如下：

（１） ＳＭＣ１１／２１：模式控制寄存器１（地址：００２６Ｈ／００２ＢＨ，初始化值：００００００００Ｈ）的格式如下：

其中，ＭＤ為通信模式控制位，該位為０為異步通信（ＵＡＲＴ），為１時(shí)同步通信（ＳＩＯ）；

ＰＥＮ為校驗(yàn)控制位，該位為０表示無(wú)校驗(yàn)，為１表示有校驗(yàn)（由Ｂｉｔ５選擇奇、偶校驗(yàn)）；

ＴＤＰ為奇、偶校驗(yàn)位，０為偶校驗(yàn)，１為奇校驗(yàn)；

ＳＢＬ是停止位長(zhǎng)度控制位，０ 為選擇１Ｂｉｔ停止位，１為選擇２ Ｂｉｔ停止位；

ＣＬ為字符長(zhǎng)度控制位，０ 為選擇７ Ｂｉｔ數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，１為選擇８ Ｂｉｔ數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；

ＣＬＫ２～ＣＬＫ０：通信時(shí)鐘選擇位，具體操作見(jiàn)表２所列。

表2 時(shí)鐘選擇

（２）ＳＭＣ１２／２２：模式控制寄存器２（地址：００２７Ｈ／００２ＣＨ，初始化值：００００００００Ｈ）的格式如下：

其中，ＲＥＲＣ：各接收標(biāo)志清除位。置０時(shí)，清除所有錯(cuò)誤標(biāo)志，置１無(wú)效；

ＲＸＥ：數(shù)據(jù)接收允許位，置０時(shí)禁止接收，置１時(shí)允許接收；

ＴＸＥ：數(shù)據(jù)發(fā)射允許位，置０時(shí)禁止發(fā)射，置１時(shí)允許發(fā)射；

ＢＲＧＥ：波特率發(fā)生器啟動(dòng)位，０為停止，１為啟動(dòng)；

ＴＸＯＥ：串行數(shù)據(jù)輸出允許位，置０時(shí)，Ｐ２１／ＳＯ１、Ｐ２６／ＳＯ２為通用Ｉ／Ｏ口，置１時(shí)，Ｐ２１／ＳＯ１、Ｐ２６／ＳＯ２為串行數(shù)據(jù)輸出口；

ＳＣＫＥ：串行時(shí)鐘輸出允許位，置０時(shí)，Ｐ２０／ＳＣＫ１、Ｐ２７／ＳＣＫ２為通用Ｉ／Ｏ口或串行時(shí)鐘輸入口，置１時(shí)，Ｐ２０／ＳＣＫ１、Ｐ２７／ＳＣＫ２為串行時(shí)鐘輸出口；

ＲＩＥ：接收中斷允許位，置０時(shí)，接收中斷禁止，置１時(shí)，接收中斷允許；

ＴＩＥ：發(fā)射中斷允許位，置０時(shí)，發(fā)射中斷禁止，置１時(shí)，發(fā)射中斷允許。

（３） ＳＳＤ１／２：狀態(tài)與數(shù)據(jù)寄存器（地址：００２８Ｈ／００２ＤＨ，初始化值：００００１－－－Ｈ），格式如下：

其中，ＰＲＥ：為校驗(yàn)錯(cuò)誤標(biāo)志，０為無(wú)校驗(yàn)錯(cuò)誤，１為校驗(yàn)錯(cuò)誤；

ＯＶＥ：溢出錯(cuò)誤標(biāo)志，０為無(wú)溢出錯(cuò)誤，１為溢出錯(cuò)誤；

ＦＥＲ：幀錯(cuò)誤標(biāo)志，０為無(wú)幀錯(cuò)誤，１為幀錯(cuò)誤；

ＲＤＲＦ：接收數(shù)據(jù)寄存器滿標(biāo)志，０為寄存器空，１為接收數(shù)據(jù)滿；

ＴＤＲＥ：發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器空標(biāo)志，０為發(fā)射數(shù)據(jù)滿，１為寄存器空。

這里，ＳＳＤ１／２是只讀寄存器。若接收中斷允許（ＲＩＥ＝１），那么任何錯(cuò)誤標(biāo)志置“１”都將產(chǎn)生接收中斷。因此，在程序中將ＲＥＲＣ（ＳＭＣ１２／２２中的Ｂｉｔ７）置“１”，可將各錯(cuò)誤標(biāo)志清零。

（４）ＳＲＣ１／２：波特率控制寄存器（地址：００２ＡＨ／００２ＦＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）

當(dāng)ＳＭＣ１１／ＳＭＣ２１寄存器中的ＣＬＫ２ ～ ＣＬＫ０設(shè)為“０１１”時(shí)，由于選擇的是波特率發(fā)生器作為串行時(shí)鐘（異步通信方式使用），因此，只有在ＵＡＲＴ／ＳＩＯ停止工作時(shí)，寫(xiě)入ＳＲＣ１／２的數(shù)據(jù)才有效。此時(shí)，波特率計(jì)算方法如下（ＣＬＫ２～ＣＬＫ０設(shè)為“０１１”）：

波特率＝１／（１６ｎＴｉｎｔ）

式中，ｎ為寫(xiě)入ＳＲＣ１／２的數(shù)值，Ｔｉｎｔ為指令周期，其值可通過(guò)對(duì)相關(guān)寄存器編程設(shè)定為４／ｆｃｈ、８／ｆｃｈ、１６／ｆｃｈ、６４／ｆｃｈ（其中ｆｃｈ為系統(tǒng)時(shí)鐘振蕩器頻率）。

（５） ＳＩＤＲ１／２： 輸入數(shù)據(jù)寄存器（地址：００２９Ｈ／００２ＥＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）

該寄存器用于存放接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成時(shí)，ＲＳＲＦ位（ＳＳＤ１／２中的Ｂｉｔ４）被置“１”，此時(shí)若接收中斷允許，將產(chǎn)生接收中斷請(qǐng)求。讀出接收數(shù)據(jù)后，ＲＳＲＦ位自動(dòng)清“０”。

系統(tǒng)檢測(cè)到接收中斷請(qǐng)求后，應(yīng)檢查ＲＳＲＦ位是否為“１”，若為“０”，說(shuō)明該中斷是由于接收錯(cuò)誤產(chǎn)生的，ＳＩＤＲ１／２并未接收到數(shù)據(jù)，此時(shí)應(yīng)在相應(yīng)的程序中作相應(yīng)處理。

（６） ＳＯＤＲ１／２：輸出數(shù)據(jù)寄存器（地址：００２９Ｈ／００２ＥＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）

ＳＯＤＲ１／２與ＳＩＤＲ１／２具有相同的地址。發(fā)射允許時(shí)，將發(fā)射數(shù)據(jù)寫(xiě)入該寄存器即可直接轉(zhuǎn)送到發(fā)射寄存器，并通過(guò)發(fā)射移位寄存器發(fā)送到串行數(shù)據(jù)輸出口（ＳＯ１／２）。



 

若將發(fā)射數(shù)據(jù)長(zhǎng)度設(shè)為７ Ｂｉｔｓ，則數(shù)據(jù)的第７位（最高位）無(wú)效。

３?。蹋樱遥常埃靶图叵到y(tǒng)的構(gòu)成

圖２所示為ＬＳＲ３００型中央空調(diào)計(jì)算機(jī)集控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)采用ＲＳ－４８５總線結(jié)構(gòu)方式，由計(jì)算機(jī)控制管理平臺(tái)、ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５轉(zhuǎn)換模塊、１４個(gè)控制終端（包括通信板和主控系統(tǒng)，其控制終端數(shù)量可以根據(jù)實(shí)際要求增加或減少）組成。其中計(jì)算機(jī)控制管理平臺(tái)主要用于數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)檢測(cè)、功能設(shè)定和控制以及查詢等管理工作。

系統(tǒng)中的ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５轉(zhuǎn)換模塊由ＭＡＸ-ＩＭ公司生產(chǎn)的ＭＡＸ４９１Ｅ、ＭＡＸ２３２Ａ組成，該模塊的電路連接如圖３所示。

通信板由ＭＢ８９Ｐ４７５為核心組成，其結(jié)構(gòu)如圖４所示。圖中的ＲＳ－４８５接口由ＭＡＸ４９１Ｅ完成，接收器處于常通狀態(tài)（ＲＥ接地），發(fā)射器的選通（ＤＥ端）由ＭＢ８９Ｐ４７５的Ｐ２．７口控制（高電平選通）。通信板主要完成以下功能：

（１） 用撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)各控制終端的地址編碼；

（２） 機(jī)組的本地操作控制與顯示（包括本地查詢、設(shè)置和控制）；

（３） 分別與計(jì)算機(jī)和主控系統(tǒng)通信，實(shí)現(xiàn)主控系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送。其中，與計(jì)算機(jī)之間采用ＲＳ－４８５總線方式進(jìn)行連接，而與主控系統(tǒng)之間則采用電流環(huán)方式連接；

（４） 記憶機(jī)組的設(shè)定信息、故障信息和累計(jì)運(yùn)行時(shí)間。

此外，系統(tǒng)中的主控系統(tǒng)也可采用ＬＳＲ３００中央空調(diào)單機(jī)組控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)（詳見(jiàn)參考資料?１?）。

４?。停拢福梗校矗罚档耐ㄐ跑浖O(shè)計(jì)

４．１ 通信板與計(jì)算機(jī)通信

（１）通信協(xié)議

通信板與計(jì)算機(jī)的通信采用ＲＳ－４８５總線方式連接，通信過(guò)程由計(jì)算機(jī)主控，通信數(shù)據(jù)采用ＲＳ－２３２標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式[２]。

當(dāng)通信板接收到正確的同步碼和地址碼時(shí)，表示該通信板可以與計(jì)算機(jī)通信。此時(shí)可選擇ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２為ＵＡＲＴ（兩線異步）通信模式，通信數(shù)據(jù)格式定義為１位起始位，８位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和１位停止位，無(wú)校驗(yàn)位。

（２）軟件設(shè)計(jì)

ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２相關(guān)寄存器初始化如下：

ＭＯＶ ＳＣＲ２，＃１０４ ；設(shè)定波特率＝１２００ｂｐｓ（系統(tǒng)時(shí)鐘Ｆｃｈ＝８．０００ＭＨｚ）

ＭＯＶ ＳＭＣ２１，＃００００１０１１Ｂ ；選擇ＵＡＲＴ模式，１Ｂｉｔ停止位，８Ｂｉｔｓ數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，無(wú)校驗(yàn)位

ＭＯＶ ＳＭＣ２２，＃０１１１１０１０Ｂ ；允許接收中斷，禁止發(fā)射中斷，發(fā)射允許，接收允許

數(shù)據(jù)發(fā)射采用查詢方式進(jìn)行，即發(fā)射子程序置于主程序循環(huán)中，可通過(guò)查詢發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器空標(biāo)志位ＴＤＲＥ決定是否寫(xiě)入下一個(gè)發(fā)射數(shù)據(jù)。發(fā)射子程序流程圖如圖５所示。

數(shù)據(jù)接收采用中斷方式進(jìn)行。程序進(jìn)入接收中斷服務(wù)程序時(shí)，應(yīng)首先根據(jù)接收數(shù)據(jù)滿標(biāo)志位ＲＤＲＦ的狀態(tài)來(lái)判斷中斷請(qǐng)求是否是由于接收錯(cuò)誤產(chǎn)生的（產(chǎn)生中斷時(shí)，接收數(shù)據(jù)滿標(biāo)志位ＲＤＲＦ＝０），然后由判斷結(jié)果決定是接收數(shù)據(jù)還是進(jìn)行出錯(cuò)處理。中斷服務(wù)程序的流程圖如圖６所示。

４．２ 通信板與主控系統(tǒng)通信

（１）通信協(xié)議

通信板與主控系統(tǒng)的通信采用電流環(huán)方式實(shí)現(xiàn)，這樣可以增強(qiáng)通信的可靠性。通信過(guò)程由通信板主控，通信數(shù)據(jù)采用ＲＳ－２３２標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式[２]。

可選擇ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ１為ＵＡＲＴ（兩線異步）通信模式，通信數(shù)據(jù)格式定義為１位起始位，８位數(shù)據(jù)長(zhǎng)度和１位停止位，無(wú)校驗(yàn)位。

(２)軟件設(shè)計(jì)

相關(guān)寄存器初始化如下：

ＭＯＶ ＳＣＲ１，＃５２ ；設(shè)定波特率＝２４００ｂｐｓ（系統(tǒng)時(shí)鐘Ｆｃｈ＝８．０００ＭＨｚ）

ＭＯＶ ＳＭＣ１１，＃００００１０１１Ｂ ；選擇ＵＡＲＴ模式，１Ｂｉｔ停止位，８Ｂｉｔｓ數(shù)據(jù)長(zhǎng)度，無(wú)校驗(yàn)位

ＭＯＶ ＳＭＣ１２，＃０１１１１０１０Ｂ ；允許接收中斷，禁止發(fā)射中斷，發(fā)射允許，接收允許

具體的編程方法與通信板和計(jì)算機(jī)的通信編程方法相同。

５　結(jié)語(yǔ)

雖然ＭＢ８９Ｐ４７５的雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ結(jié)構(gòu)具有靈活、安全的特點(diǎn)，但合理的程序設(shè)計(jì)也至關(guān)重要。在ＬＳＲ３００中央空調(diào)計(jì)算機(jī)集控系統(tǒng)中，以ＭＢ８９Ｐ４７５為核心設(shè)計(jì)的通信板，充分合理地利用了ＭＢ８９Ｐ４７５的雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ資源。它可以作為各控制終端與計(jì)算機(jī)交換數(shù)據(jù)的樞紐，同時(shí)還避免了主控系統(tǒng)的重復(fù)開(kāi)發(fā)。目前該系統(tǒng)已投入使用，其方便、靈活的操作模式和安全可靠的運(yùn)行已得到了用戶的肯定。