基于AT89C51單片機的RS 232串行數(shù)據(jù)截取器設(shè)計

摘要：為了實現(xiàn)對RS 232串行通信數(shù)據(jù)的截取，給出了基于AT89C51單片機的設(shè)計方案。系統(tǒng)利用GM8123芯片將單片機的1個串口擴展成為3個串口，采用MAX232芯片實現(xiàn)RS 232電平與TTL電平之間的相互轉(zhuǎn)換，單片機通過串行口截取通信數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理，處理后的數(shù)據(jù)再通過串行口發(fā)送到上位機進行顯示。該系統(tǒng)具有兩種工作模式，模式1實現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的實時截取，模式2是采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)原理，截取器可以脫離上位機而工作。
關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)截取器；波特率；AT89C51；GM8123；MAX232

0 引言
    目前，我國的裝備技術(shù)水平和發(fā)達國家相比還有一定的差距，對于國外引進的先進設(shè)備，如何才能在沒有任何技術(shù)資料的情況下破解其技術(shù)瓶頸，實現(xiàn)裝備技術(shù)水平的跨越式發(fā)展是我國普遍面臨的技術(shù)難題。為此作者認為獲取設(shè)備與控制計算機之間的通信數(shù)據(jù)，分析其通信協(xié)議是解決這個難題的基礎(chǔ)?；诖?，本文設(shè)計了數(shù)據(jù)截取器。
    很多設(shè)備和其控制計算機之間采用的是RS 232標準串行接口進行通信，本文設(shè)計和實現(xiàn)了RS 232串行通信數(shù)據(jù)截取器，能有效地截取設(shè)備與其控制計算機之間的通信數(shù)據(jù)。

1 截取器硬件部分設(shè)計
1．1 總體框圖及原理
    系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。

    原理分析：具體設(shè)備與其控制計算機之間的通信線路通過電平轉(zhuǎn)換分兩路。一路是直接相連，保證截取器加入后不會影響它們之間的正常通信。另一路經(jīng)過擴展的串口1和2，同單片機相連，保證了它們之間的通信數(shù)據(jù)能夠被單片機捕獲，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過單片機處理以后通過另一個擴展串口傳輸?shù)缴衔粰C，實現(xiàn)對通信數(shù)據(jù)的截取。
1．2 器件選擇
    系統(tǒng)以常用的AT89C51單片機為處理核心，選取成都國騰公司生產(chǎn)的GM8123芯片將AT89C51單片機的1個全雙工異步串行通信接口擴展成為3個全雙工異步串行通信接口，采用MAX232芯片實現(xiàn)RS 232電平與TTL電平之間的相互轉(zhuǎn)換。
1．3 硬件電路
    系統(tǒng)完整的電路原理圖如圖2所示。系統(tǒng)電路包括三個部分：單片機最小系統(tǒng)、串口擴展電路和電平轉(zhuǎn)換電路。

    單片機最小系統(tǒng)，包括電源電路、時鐘電路和復(fù)位電路，S1，S2做波特率控制開關(guān)，分別控制P0．0，P0．1的值從00～11，對應(yīng)波特率為1 200～9 600 b／s。
    串口擴展電路由GM8123構(gòu)成，其時鐘電路采用12 MHz的石英晶體振蕩器構(gòu)成內(nèi)部時鐘方式。GM8123的母串口接收引腳RXD0和發(fā)送引腳TXD0分別同單片機串口的發(fā)送引腳TXD和接收引腳RXD相連接。GM8123的復(fù)位引腳同單片機P3．6腳相連接，由P3．6控制GM8123系統(tǒng)復(fù)位，它的模式控制引腳MS同P3．7相連接，由P3．7進行模式選擇。GM8123的發(fā)送地址線引腳STADD0，STADD1，接收地址引腳SRADD0，SRADD1依次同單片機P1口的P1．0～P1．3相連接，由單片機P1口判斷是哪個子串口接收數(shù)據(jù)和選取某個子串口發(fā)送數(shù)據(jù)。
    電平轉(zhuǎn)換電路由兩片MAX232芯片完成，實現(xiàn)J1，J2，J3的RS 232電平與TTL電平之間的相互轉(zhuǎn)換。

2 軟件設(shè)計
    系統(tǒng)軟件有兩種工作模式，模式1的軟件設(shè)計是實現(xiàn)截取數(shù)據(jù)的實時發(fā)送，截取器工作時不能脫離上位機。模式2的軟件設(shè)計是實現(xiàn)截取數(shù)據(jù)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)，截取器可以脫離上位機工作。
2．1 主程序流程設(shè)計
    模式1和模式2的主程序基本相同，其主要功能有：對單片機串行中斷相關(guān)寄存器的配置，對串口收發(fā)數(shù)據(jù)波特率設(shè)定及相關(guān)定時器的配置，對GM8123芯片的復(fù)位操作和工作方式的相關(guān)配置。主程序流程圖如圖3所示。

    其中由S1，S2，控制波特率設(shè)置的程序流程圖如圖4所示。
2．2 中斷服務(wù)程序
    模式1的中斷服務(wù)程序完成的功能是接收具體設(shè)備(J1)和其控制計算機(J2)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)實時地發(fā)送到上位計算機(J3)上顯示。模式1中斷服務(wù)程序流程圖如圖5所示。

    模式2中斷服務(wù)程序主要完成的功能是接收具體設(shè)備(J1)和其控制計算機(J2)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并把接收到的數(shù)據(jù)存儲到單片機的RAM中，當接收到上位機(J3)的發(fā)送數(shù)據(jù)命令時，向上位計算機發(fā)送存儲的數(shù)據(jù)。其流程圖如圖6所示。

3 功能測試
    借助串口調(diào)試助手軟件在不同的波特率下對截取器進行功能測試，如圖7是在波特率為9 600 b／s，模式2下的測試結(jié)果。其中COM1，COM2和COM4分別對應(yīng)具體設(shè)備、控制計算機和上位機。上位機接收數(shù)據(jù)中“s：”標號后的數(shù)據(jù)是設(shè)備發(fā)送的，“k：”標號后的數(shù)據(jù)是控制計算機發(fā)送的，這些數(shù)據(jù)是按照時間的先后順序被截取器所截取。利用截取器對某一具體設(shè)備和其控制計算機之間的實際通信數(shù)據(jù)進行截取時，就可以通過分析截取的數(shù)據(jù)，找出它們之間通信數(shù)據(jù)的對應(yīng)關(guān)系，從而分析其通信協(xié)議。

4 結(jié)語
    本文討論了RS 232串行數(shù)據(jù)截取器的設(shè)計方案，并做出了產(chǎn)品，進行了實驗。系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠，可以有效地截取串行通信數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可以為有相關(guān)需求的人員提供幫助。