基于單片機的波特率變換器設計方案

在一些復雜的系統(tǒng)中，系統(tǒng)與分系統(tǒng)、分系統(tǒng)與設備等之間存在數據的傳遞問題，往往采用通信的方式來解決。由于分系統(tǒng)、沒備等通信波特率的不同，特別是一些特殊波特率設備的存在，使得系統(tǒng)中設備間的相互通信不易實現(xiàn)。例如，在一個系統(tǒng)中，上位機接收某一設備的數據，如圖1所示，設備l和設備2采用的是172．8 kbps的波特率，而上位機用VB編程，其通信波特率為115．2 kbps、128 kbps或256 kbps，等，這樣設備之間就不能相互通信，給設計帶來困難。為了解決上述問題，采用雙單片機電路，設計了波特率變換器，將接收波特率為172．8 kbps的數據，轉換成波特率為115．2 kbps的輸出，從而使不同波特率設備之間的通信成為可能。


1 波特率變換電路

波特率變換電路如圖2所示。電路采用2片單片機89C5l作為電路的核心，利用單片機的UART串行口與相關設備通信。單片機u1_L．(接波特率低的設備)與波特率為115．2 kbps的設備通信，單片機U2_H(接波特率高的設備)與波特率為172．8 kbps的設備通信。Ul_I，與U2_H的通信采用并行口方式，以加快Ul_I。與U2_H之間數據傳遞的速率。U1_L與U2_H的通信可以采用中斷查詢的方式，也可以采用握手查詢的方式進行數據傳遞。



電路采用2片75176接口驅動芯片組成一個RS-422通信接口。U3和U4組成的通信接口與115．2 kbps的設備相連，U5和U6組成的通信接口與172．8 kbps的設備相連，通信接口采用中斷技術。波特率變換器工作原理如下：U1_I。從串行口收到設備的數據后，從Pl口輸出數據，并通知U2_H取數，U2_H取到數據后向設備發(fā)出數據，同時通知Ul_I．已取走數據，為U1一L下一次輸出數據做準備。當U2_H從串行口收到設備的數據后，查詢U1_I，是否允許接收數據，如允許接收數據，U2_H從P1口輸出數據，并通知Ul_L取數，Ul_L取到數據后向設備發(fā)出數據，同時通知U2_H已取走數據，為U2_H下一次輸出數據做準備；如Ul_L不允許接收數據，則U2_H暫緩送數。

2 波特率變換器的應用

波特率變換器在應用中，根據使用情況可以分為單向傳送和雙向傳送。兩單片機之間的數據傳遞可以采用中斷方式．也可以采用查詢方式。如采用查詢方式，編程時利用P2口的幾位作為查詢信號，實現(xiàn)單向或雙向傳送。

2．1 單向傳送

單向傳送就是通信口的數據流只向一個方向，即從Ul_L接收到的數據，從U2_H發(fā)送出去，或從U2_H接收到的數據，從Ul_L發(fā)送出去。用這種方式進行軟件編程比較簡單。現(xiàn)以U1_L只接收外部設備數據，U2_H只向外部設備發(fā)送數據，采用查詢方式為例，兩單片機之間數據傳送的流程圖如圖3所示。其中Ul_L的P2．2作為向U2_H傳送新數據的查詢信號(U2_H的P2．5)，P2．2=“0”表示有新的數據，P2．2=“1”表示沒有新的數據；U2_H的P2．2作為接收U1_L數據的查詢信號(U1_L的P2．5)，P2．2=“O”表示可以接收新的數據，P2．2=“1”表示不能接收新的數據。如果采用中斷方式，兩單片機的查詢信號更簡單，只要Ul_L查詢U2_H是否可以接收數據的信號就可以，U2_H無需查詢U1_L的查詢信號。



2.2 雙向傳送

雙向傳送就是通信口可以同時接收數據和發(fā)送數據，數據流是雙向的，Ul_L和U2_H既接收數據也發(fā)送數據。這種方式軟件編程比較復雜，特別是雙向傳送數據采用查詢方式時。單片機之間的查詢信號就更加復雜了?，F(xiàn)以雙向查詢方式為例，兩單片機之間數據傳送的流程圖如圖4所示，U2_H的流程與U1_L一樣。其中U1_L向U2_H傳送數據時的查詢信號與單向傳送的定義一樣，U2_H的P2．3作為向U1_L傳送新數據的查詢信號(U1_L的P2．4)，P2．3=“0”表示有新的數據，P2．3=“l”表示沒有新的數據；Ul_L的P2．3作為接收U2_H數據的查詢信號(U2_H的P2．4)，P2．3=“O”表示可以接收新的數據，P2．3=“1”表示不能接收新的數據。如果采用中斷方式，查詢信號可以減少，編程可以簡化。



2.3 應用時的注意事項

兩個單片機之間的握手方式如果采用中斷，由于U2_H向外部發(fā)送數據比U1_L接收外部數據快，Ul_L向U2_H傳送數據時，無需考慮U2_H的狀態(tài)，而U2_H向U1_L傳送數據時，由于U2_H接收外部數據比U1_L向外部發(fā)送數據快，U2_H必須查詢Ul_L的狀態(tài)，即U1_L是否處于接收U2_H數據的狀態(tài)，否則，U2_H就不能向Ul_L傳送數據。

若作為RS_485通信接口使用，只需對圖2中的電路稍做改動，增加對75176芯片的讀寫控制，同時兩個單片機中與主通信設備相連的單片機作為主機，通過P2口的一位來協(xié)調兩個單片機是接收數據還是發(fā)送數據。

值得注意的是，該波特率變換器在不同的應用中會受到一定的限制，在使用時要注意下面幾點：

①波特率很高時，要考慮單片機串行口能否實現(xiàn)；

②從波特率高的向波特率低的變換時，要考慮波特率低的單片機能否實現(xiàn)不丟數據的發(fā)送；

③當雙向變換時，既要考慮上述情況，還有考慮程序的大小，以及執(zhí)行時間對雙向傳送數據的影響，計算兩個單片機能否實現(xiàn)不丟數據的變換，在時間上要留有余量；

④在查詢時，要注意握手信號的關系，不要對同一數據產生重復讀取，以至于數據重復；

⑤波特率不同時，單片機可以選用不同的晶振頻率。

2.4 實例及源程序

在實際使用中若碰到如圖1所示的情況，需要波特率變換器將坡特率為172.8kbps的通信數據轉換成波特率為115.2kbps，再向上位機傳送。實際使用的電路如圖2所示。在該實例中，為了防止局部時刻接收數據比發(fā)送快而丟失數據，再U2_H單片機的程序中，加入了8個數據區(qū)作為接收數據存放緩沖區(qū)。

3 結論

通過長時間的通信實驗和實際應用，設計的波特率變換器方案可行，通信可靠，沒有出現(xiàn)數據丟失的情況。在一些系統(tǒng)中，由于通信波特率特殊，在設備之間通信存在波特率不匹配時，通過波特率變換器，可以實現(xiàn)不同波特率設備之間的通信。通過更改單片機的晶頻振率，可以滿足各種波特率（在單片機允許的范圍內）的轉換。