51單片機(jī)的串行口擴(kuò)展方法設(shè)計

時間：2012-03-21 15:35:49

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[導(dǎo)讀]1 引言在研究采場瓦斯積聚模擬試驗臺的過程中，筆者設(shè)計了主從式多機(jī)采控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主從式多機(jī)控制系統(tǒng)是實時控制系統(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

1 引言

在研究采場瓦斯積聚模擬試驗臺的過程中，筆者設(shè)計了主從式多機(jī)采控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主從式多機(jī)控制系統(tǒng)是實時控制系統(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，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)部僅含有一個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進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個同步移位寄存器使用。當(dāng)以此類型單片機(jī)構(gòu)成分布式多級應(yīng)用系統(tǒng)時，器件本身的串口資源就不夠用了。筆者在實際開發(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串口又過少的問題而推出的。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個全雙工串口。使用方法簡單、高效。

在應(yīng)用SP2538擴(kuò)展串行通道時，母串口波特率K1=2880*Fosc_in，單位是MHz，且Fosc_in小于20.0MHz, 在SP2538輸入時鐘Fosc_in =20.0MHz時母串口可自適應(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)閉的看門狗監(jiān)控電路。上位機(jī)寫命令字0x10可實現(xiàn)喂狗，寫命令字0x15關(guān)閉看門狗，初次上電后看門狗處于激活狀態(tài)或?qū)懨钭?x20激活看門狗監(jiān)控功能。上位機(jī)可通過芯片復(fù)位指令0x35在任何時候讓芯片進(jìn)行指令復(fù)位，也可通過芯片睡眠指令0x55在任何時候讓芯片進(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自行進(jìn)入睡眠模式，但只能由上位機(jī)通過母串口任意發(fā)送一個字節(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)來自哪一個串口。 SP2538的時鐘頻率選為20.0MHZ，此時母串口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匯編語言編制，程序僅說明了中斷方式下對子串口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編程設(shè)置。能夠以同步或異步串行通信方式工作，能自動完成幀格式。

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)部時序的時鐘CLK輸入至少應(yīng)為發(fā)送或接收時鐘的4.5倍。接收/發(fā)送(RXC/TXC)時鐘應(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的時鐘頻率，分別作為8251與8253的時鐘輸入，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)送時鐘頻率，該頻率可由8253的OUT0產(chǎn)生。

下面的A51程序段說明了如何設(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        ;一個停止位，奇校驗，8位數(shù)據(jù)，異步*16
                   MOVX @DPTR,A       ;寫入方式字
                   MOV   A,#15H
                   MOVX @DPTR,A       ;命令字，啟動發(fā)送和接收器
                   …
        LOOP:      SJMP LOOP          ;等待8251中斷
        8251_INT: ;現(xiàn)場保護(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
                   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

以單片機(jī)為核心的多級分布式系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛，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)域提供了一個良好的解決方案。筆者在實際中采用基于SP2538的擴(kuò)展方法，設(shè)計了采場瓦斯積聚模擬試驗臺的多級分布式采控系統(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)手冊成都視普科技有限公司 2003.2.12