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1 引言 串行通信的廣泛應用可使各種傳輸設備有機地連成一體，能夠安全可靠地進(jìn)行數據交換和信息傳遞。但是由于各個(gè)設備傳輸信道上的信號不同，所應用的串口也各種各樣，要完成眾多設備相互之間的通信，就必然要涉及到各個(gè)設備之間的串口轉換問(wèn)題。 為了使計算機的RS-232接口與各種不同的串口進(jìn)行通信，從而測試或控制不同設備的工作狀態(tài)，本文設計了一種通用串口適配器，適配器有4個(gè)對外接口，其中，1口連接控制計算機，2、3、4口連接不同標準串口的通信設備，如圖1所示。 2 硬件設計 為了實(shí)現對適配器的自動(dòng)控制以及擴展其他接口，采用了C8051F020單片機。適配器選用了C8051F020微處理器、MAX4534電子模擬開(kāi)關(guān)、MAX232電平轉換器以及RS-485／RS-422信號轉換器MAX491等。 整個(gè)系統以C8051F020為核心，原理框圖如圖2所示。通過(guò)串口1控制從上位機串口發(fā)送的數據的接收、存儲和判別，然后通過(guò)串口2控制電子模擬開(kāi)關(guān)，使其內部的模擬開(kāi)關(guān)接通相應的串口，最后實(shí)現計算機與各個(gè)串口的通信。 2.1 與上位機通信電路 C8051F020引腳的信號電平為T(mén)TL類(lèi)型，而PC機串口的異步串行通信基于RS-232標準。兩者通信信號的邏輯電平不一致，必須進(jìn)行信號電平轉換。因此，選用Maxim公司的MAX232實(shí)現TTL電平與RS-232電平的雙向轉換。 MAX232包含兩路接收和驅動(dòng)器，適用于各種EIA-232C和V.28／V.24的通信接口。該器件內置一個(gè)電源電壓轉換器，可將5 V電壓轉換成RS-232C輸出電平所需的±10 V電壓。所以，采用此器件的串行通信系統只需單一的+5 V電源。 串口通信的RS-232通信距離以不超過(guò)12 m為宜。接口采用9針串口DB9，串口傳輸數據只要有接收數據引腳和發(fā)送引腳就可實(shí)現。 2.2 模擬開(kāi)關(guān)控制電路 該控制電路主要由MAX4534(一對四)完成。地址端A0和A1與單片機I／O端口相連，開(kāi)關(guān)1、2、3、4分別與各測試設備的串口相連，MAX4534的內部連接邏輯如圖3所示。 當上位機實(shí)現與單片機的握手后，若與RS-422口通信。則需先發(fā)送一個(gè)檢測信號TEST，該信號經(jīng)MAX232電平轉換后，送至單片機C8051F020，單片機接收到信號后，通過(guò)其I／O端口P6.0和P6.1的輸出狀態(tài)分別控制開(kāi)關(guān)MAX4534的地址端A0和A1。若A0和A1均為0，則接通開(kāi)關(guān)NO1，如表1所示，使檢測電路的MAX491接收端處于導通狀態(tài)，從而形成通路。此時(shí)單片機回發(fā)一個(gè)通路信號給上位機，當上位機接收到通路信號后，MCU的串口TXD端就可自由發(fā)送數據，從設備發(fā)來(lái)的回應信號也可以被MCU正常接收，從而完成整個(gè)通信過(guò)程。 2.3 RS-232(TTL電平)接口電路設計 因為從單片機引腳出來(lái)的信號為T(mén)TL電平，所以TTL電平的RS-232接口無(wú)需進(jìn)行電平轉換，可以直接通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)MAX4534與串口相連。 對于五線(xiàn)RS-232接口，由于C8051F020串口只有兩根線(xiàn)連接RXD和TXD，RTS和CTS通過(guò)其兩個(gè)I／O口實(shí)現。 2.4 RS-422接口的轉換電路設計 RS-232串行接口屬于個(gè)人計算機(PC)及電信應用領(lǐng)域中最為成功的串行數據標準；而RS-422串行接口則是工業(yè)應用領(lǐng)域中最為成功的串行數據標準。上述這些數據標準并不直接相互兼容。RS-422標準全稱(chēng)為"平衡電壓數字接口電路的電氣特性"，它定義了接口電路的特性，與RS-232不同，RS-422數據信號采用差分傳輸方式，也稱(chēng)作平衡傳輸，它使用一對兒雙絞線(xiàn)，將其中一條線(xiàn)路定義為A，另一條線(xiàn)路定義為B。通常情況下，發(fā)送驅動(dòng)器A、B之間的正電平為+2 V～+6 V，是一個(gè)邏輯狀態(tài)；負電平為-2 V～-6 V。RS-422的最大傳輸距離為4000英尺(約1 219 m)，最大傳輸速率為10 Mb／s，最多可接10個(gè)節點(diǎn)，具有單獨的發(fā)送和接收通道，故無(wú)需控制數據方向。 RS-232與RS-422之間的電平轉換由Maxim公司的差分平衡型收發(fā)器MAX491實(shí)現，它適用于RS-422／RS-485通信標準，內部包含1個(gè)發(fā)送驅動(dòng)器和1個(gè)接收器。RE為接收器輸入允許端，接地；DE為驅動(dòng)器輸出允許端，接+5 V電壓。單片機控制信號使MAX491接收端自動(dòng)禁能，以免整個(gè)有線(xiàn)通信環(huán)路形成正反饋造成自激，而MAX491發(fā)送端則自由導通，控制信號正常傳輸。 3 軟件編程 軟件程序主要包括上位機可視化界面程序和單片機與PC串口通信程序。單片機采用C51語(yǔ)言編程，上位機的操作界面程序采用C++Builder進(jìn)行可視化編程。 3.1 上位機可視化界面編程 以C++Builder為開(kāi)發(fā)工具，利用串行通信控件MSComm進(jìn)行編程，實(shí)現對單片機的控制。本通信系統中規定的字符格式為：每一幀的數據占10位，其中，1位起始位，8位數據位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗位。中間的8位數據位即為有效的通信傳輸字節。為了增強通信的可靠性、減少通信的誤碼率，雙方的波特率設置為4 800 b／s，以較低速度進(jìn)行通信。軟件握手協(xié)議規定如下：PC機發(fā)送握手信號0xFF給單片機，單片機接收到的上位機數據若為握手信號0xFF，則回送一個(gè)正確信號060606給PC機，表示握手成功，PC機即可發(fā)送數據包，單片機經(jīng)校驗正確后將該數據包直接存儲接收，并從中分解有效的數據信息；若單片機接收到的上位機數據不是握手信號，則回送一個(gè)錯誤信號151515，并繼續等待。人機界面如圖4所示。 進(jìn)入控制界面后，首先根據上位機與單片機的通訊協(xié)議，選擇串口號、通訊波特率、奇偶校驗位、數據位以及停止位。當上位機在界面的接口選項中點(diǎn)擊要通信的串口時(shí)，就會(huì )觸發(fā)一個(gè)傳輸信號給單片機，單片機根據協(xié)議控制電子模擬開(kāi)關(guān)接通相應的串口電路，同時(shí)回發(fā)一個(gè)通路信號給上位機，從而使界面上的串口指示呈綠色狀態(tài)，表明通信電路已接通，可以發(fā)送和接收數據。上位機通信流程如圖5所示。 3.2 單片機與PC串口通信編程 在本設計中主要用到單片機的定時(shí)器、I／O端口、UART、優(yōu)先權交叉開(kāi)關(guān)、中斷設置、時(shí)鐘信號、寄存器、D／A和A／D等。定義C8051F020的UART0與計算機連接，UART1與各串口相連。首先優(yōu)先權交叉開(kāi)關(guān)譯碼器將交叉開(kāi)關(guān)端口P0～P3的引腳分配給UART0、UART1、INT0和INT1。 設置XBARE=1，使能交叉開(kāi)關(guān)。UART0有最高優(yōu)先權，P0.0分配給TX0，P0.1分配給RX0。其次是UART1，P0.2被分配給TX1，P0.3分配給RX1。P0.4分配給INT0。由于外部存儲器接口選在低端口(EMIFLE=1)，所以交叉開(kāi)關(guān)跳過(guò)P0.6(RD)和P0.7(WR)。由于外部存儲器接口配置為復用方式，所以交叉開(kāi)關(guān)也跳過(guò)P0.5(ALE)。下一個(gè)未跳過(guò)的引腳P1.0分配給INT1。將外部存儲器接口配置為復用方式并使用低端口，將P1.2、P1.3和P1.4配置為模擬輸入，以便用ADC1測量施加在這些引腳上的電壓。 當交叉開(kāi)關(guān)配置寄存器XBR0、XBR1和XBR2中外設的對應使能位被設置為邏輯'1'時(shí)，交叉開(kāi)關(guān)將端口引腳分配給外設。將UART0的TX引腳(TX0，P0.0)、UART1的TX引腳(TX1，P0.2)、ALE、RD、WR(P0.[7：3])的輸出設置為推挽方式，通過(guò)設置P0MDOUT=0xE5實(shí)現。通過(guò)設置P2MDOUT=0xFF、P3MDOUT=0xFF和P6MDOUT=0xFF將EMIF端口(P2、P3，P6)的輸出方式配置為推挽方式。單片機通信主程序流程如圖6所示。 4 結束語(yǔ) 在對核心器件C8051F020編程和對硬件板調試時(shí)采用Cygnal IDE Cygnal集成開(kāi)發(fā)環(huán)境軟件。Cygnal集成開(kāi)發(fā)環(huán)境采用標準的Windows95／98／NT／2000作為界面，利用PC機的串行口和目標板的JTAG接口實(shí)現IDE與目標系統中的單片機通信(每套開(kāi)發(fā)系統都有RS-232至JTAG協(xié)議轉換所需的串行適配器)，與目標系統連接后可進(jìn)行非插入式、全速在線(xiàn)調試和在系統內編程。 此外，該串口適配器很容易擴展其他的接口，可用I／O口接數字接口，也可以通過(guò)單片機的A／D和D／A接模擬信號接口。若外圍接口過(guò)多，則可以合并為一個(gè)或幾個(gè)接口，只需在電路中加繼電器(繼電器由單片機的I／O控制)進(jìn)行輸出切換即可。 |
