51單片機(jī)的串行口擴(kuò)展方法設(shè)計(jì)
1 引言
在研究采場(chǎng)瓦斯積聚模擬試驗(yàn)臺(tái)的過(guò)程中,筆者設(shè)計(jì)了主從式多機(jī)采控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主從式多機(jī)控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中較為普遍的結(jié)構(gòu)形式,它具有可靠性高,結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)選用單串口51單片機(jī)構(gòu)成這種主從式多機(jī)系統(tǒng)時(shí),51單片機(jī)一方面可能要和主機(jī)Computer通信,一方面又要和下位機(jī)通信,這時(shí)就需要擴(kuò)展串行通道。本文具體介紹了兩種串行通道的擴(kuò)展方法。
2 串行口的擴(kuò)展方法
常用的標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)內(nèi)部?jī)H含有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口,具有UART的全部功能。該接口電路不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收,也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用。當(dāng)以此類型單片機(jī)構(gòu)成分布式多級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí),器件本身的串口資源就不夠用了。筆者在實(shí)際開(kāi)發(fā)中,查閱了有關(guān)資料,總結(jié)出如下兩種常用而有效的串行通道擴(kuò)展方法。
2.1 基于SP2538的擴(kuò)展方法
SP2538是專用低功耗串行口擴(kuò)展芯片,該芯片主要是為解決當(dāng)前基于UART串口通信的外圍智能模塊及器件較多,而單片機(jī)或DSP原有的UART串口又過(guò)少的問(wèn)題而推出的。利用該器件可將現(xiàn)有單片機(jī)或DSP的單串口擴(kuò)展至5個(gè)全雙工串口。使用方法簡(jiǎn)單、高效。
在應(yīng)用SP2538擴(kuò)展串行通道時(shí),母串口波特率K1=2880*Fosc_in,單位是MHz,且Fosc_in小于20.0MHz, 在SP2538輸入時(shí)鐘Fosc_in =20.0MHz時(shí)母串口可自適應(yīng)上位機(jī)的56000bps和57600bps兩種標(biāo)準(zhǔn)波特率輸入。子串口波特率K2=480*Fosc_in。
母串口和所有子串口都是TTL電平接口,可直接匹配其他單片機(jī)或TTL數(shù)字電路,如需連接PC機(jī)則必須增加電平轉(zhuǎn)換芯片如MAX202 、MAX232 等。SP2538具有內(nèi)置的上電復(fù)位電路和可關(guān)閉的看門(mén)狗監(jiān)控電路。上位機(jī)寫(xiě)命令字0x10可實(shí)現(xiàn)喂狗,寫(xiě)命令字0x15關(guān)閉看門(mén)狗,初次上電后看門(mén)狗處于激活狀態(tài)或?qū)懨钭?x20激活看門(mén)狗監(jiān)控功能。上位機(jī)可通過(guò)芯片復(fù)位指令0x35在任何時(shí)候讓芯片進(jìn)行指令復(fù)位,也可通過(guò)芯片睡眠指令0x55在任何時(shí)候讓芯片進(jìn)入微功耗睡眠模式以降低系統(tǒng)功耗。初次上電后芯片不會(huì)自行進(jìn)入睡眠模式,但只能由上位機(jī)通過(guò)母串口任意發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)將其喚醒,其他子串口不具備這一功能。
圖(1)是AT89C52單片機(jī)與SP2538的電路連接,圖中,AT89C52的全雙工串口與SP2538的母串口5相連,該串口同時(shí)也作為命令/數(shù)據(jù)口。SP2538的ADRI0、ADRI1、ADRI2分別與AT89C52的P2.3、P2.4、P2.5口相連,可用于選擇發(fā)送數(shù)據(jù)是選擇相應(yīng)的串口0~4;ADRO0、ADRO1、ADRO2與P2.0、P2.1、P2.2相連,用于判斷接收的數(shù)據(jù)來(lái)自哪一個(gè)串口。 SP2538的時(shí)鐘頻率選為20.0MHZ,此時(shí)母串口5的波特率為57600bps,串口0~4的波特率為9600bps。
下面是與上述硬件電路相關(guān)的接口程序,該程序用A51匯編語(yǔ)言編制,程序僅說(shuō)明了中斷方式下對(duì)子串口0(TX0、RX0)的操作,其它子串口類似。
TBLOCK DATA 20H
RBLOCK DATA 30H
LENGTH DATA 14H
…
TXR_REV_SEND: CLR ES
JBC RI,RECEIVE
CLR TI
MOV A,@R0
CLR P2.0 ; 寫(xiě)數(shù)據(jù)到"SBUF"前必須先置欲發(fā)送子串口的地址
CLR P2.1
CLR P2.2
MOV SBUF,A
DJNZ R2,NEXT
SJMP $
NEXT: INC R0
RETI
RECEIVE: MOV A,P2
AND A,#31H ;判斷是否為子串口0
JNZ ELSE
MOV A,SBUF
MOV @R1,A
INC R1
RETI
2.2 基于Intel8251的串行口擴(kuò)展方法
上面基于SP2538的串口擴(kuò)展方法可以說(shuō)是一種串行的擴(kuò)展方法,這里基于Intel8251的擴(kuò)展方法則是一種并行的方法。Intel8251是一種通用的同步/異步發(fā)送器(USART),它的工作方式可以通過(guò)編程設(shè)置。能夠以同步或異步串行通信方式工作,能自動(dòng)完成幀格式。
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Intel8251具有獨(dú)立的接收/發(fā)送器。在異步方式下,用于產(chǎn)生8251內(nèi)部時(shí)序的時(shí)鐘CLK輸入至少應(yīng)為發(fā)送或接收時(shí)鐘的4.5倍。接收/發(fā)送(RXC/TXC)時(shí)鐘應(yīng)為波特率的1倍、16倍或64倍(由8251的工作方式字設(shè)定)。
圖(2)是用Intel8251擴(kuò)展一個(gè)串行通道的電路原理,圖中,11.0592MHZ晶振經(jīng)ALE6分頻后于 、組合,產(chǎn)生1.8432MHZ的時(shí)鐘頻率,分別作為8251與8253的時(shí)鐘輸入,若設(shè)定8251通信波特率為9600bps,波特率因子為16,則需要 153.6KHZ的接收/發(fā)送時(shí)鐘頻率,該頻率可由8253的OUT0產(chǎn)生。
下面的A51程序段說(shuō)明了如何設(shè)置8253使其產(chǎn)生153.6KHZ的方波,以及如何用8251收/發(fā)數(shù)據(jù):
;設(shè)置8253的程序段:
MOV A,#36H ; 計(jì)數(shù)器0輸出方波控制字
MOV DPTR,#0FFFFH ; 指向控制字寄存器
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#0FFFCH ; 指向0計(jì)數(shù)器地址
MOV A,#0DH
MOVX @DPTR,A
MOV A,#0
MOVX DPTR,A
SETB P1.0
;操作8251的程序段:
…
START: MOV DPTR,#7FFFH ;8251控制、命令口地址
MOV A,#5EH ;一個(gè)停止位,奇校驗(yàn),8位數(shù)據(jù),異步*16
MOVX @DPTR,A ;寫(xiě)入方式字
MOV A,#15H
MOVX @DPTR,A ;命令字,啟動(dòng)發(fā)送和接收器
…
LOOP: SJMP LOOP ;等待8251中斷
8251_INT: ;現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)
MOV DPTR,#7FFFH
MOV A,@DPTR
JB ACC.0,TX_INT
JB ACC.1,RX_INT
INT_EXIT: ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)
RETI
;發(fā)送數(shù)據(jù)
TX_INT: MOV DPTR,#7FFEH ;8251數(shù)據(jù)口地址
MOV A,20H
MOVX @DPTR,A
…
AJMP INT_EXIT
;接收數(shù)據(jù)
RX_INT: MOV DPTR,#7FFEH
MOVX A,@DPTR
MOV 30H,A
…
AJMP INI_EXIT
3 結(jié)束語(yǔ)
以單片機(jī)為核心的多級(jí)分布式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,上面討論的兩種串行口的擴(kuò)展方法為此類多串口應(yīng)用領(lǐng)域提供了一個(gè)良好的解決方案。筆者在實(shí)際中采用基于SP2538的擴(kuò)展方法,設(shè)計(jì)了采場(chǎng)瓦斯積聚模擬試驗(yàn)臺(tái)的多級(jí)分布式采控系統(tǒng),效果良好。
參考文獻(xiàn)
[1] 孫和平,楊寧,白晶 單片微機(jī)原理與接口技術(shù) 冶金工業(yè)出版社 2003.1
[2] 胡漢才 單片機(jī)原理及其接口技術(shù) 清華大學(xué)出版社 1996.7
[3] SP2538數(shù)據(jù)手冊(cè) 成都視普科技有限公司 2003.2.12