PC机与多MCS－51单片机间的串行通信设计?
【摘 要】 主要讲解了ibm－pc机与mcs－51单片机多机系统的通信原理，给出了其硬件接口框图，并详细地分析了系统的多机通信软件设计。
关键词：单片机，分布式系统，串行通信
1 引 言
在测控系统和工程应用中，常遇到多项任务需同时执行的情况，因而主从式多机分布式系统成为现代工业广泛应用的模式。它们大多由ibm－pc微机和mcs－51单片机组成。单片机功能强、体积小、价格低廉、开发应用方便，尤其具有全双工串行通讯的特点，在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛的应用。同时，ibm－pc机正好补充单片机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。各单片机独立完成数据采集处理和控制任务，同时通过通信接口将数据传给pc机，pc机将这些数据进行处理、显示或打印，把各种控制命令传给单片机，以实现集中管理和最优控制。
故ibm－pc机（上位机）与各mcs－51单片机（下位机）之间的通信显得尤其重要。本文主要探讨它们之间的远距离串行通信接口和软件程序设计。
2 硬件设计接口
rs－232－c串行通信接口是美国电气工业协会（eia）与bell公司等一起开发的一种标准通信协议，现在它在终端、外设与计算机中被广泛采用。该标准规定了21个信号和25个引脚，但在智能仪器与计算机之间的通信中常用2个信号及3个引脚（2脚数据输入，3脚数据输出，7脚信号地）。它采用双极性的负逻辑信号，0逻辑信号为＋3v至12v，1逻辑信号为－3v至－12v，它的传输速率最大为20kbit／s，传输距离仅为15m。由于rs－232主要是完成电平移位、转换和信号反相等，所以它有自己的电平转换与驱动芯片，如mc1488（发送）与mc1489（接受）。ibm－pc机有两个标准的rs－232串行口，其电平采用的是eia电平，而mcs－51单片机的串行通信是由txd（发送数据）和rxd（接收数据）来进行全双工通信的，它们的电平是ttl电平，为了pc机与mcs－51机之间能可靠地进行串行通信，需要用电平转换芯片。由于mc1488和mc1489需要±12v、＋5v电源供电，故采用maxim公司生产的低功耗、单电源的max232芯片，因为它自身带有电源电压变换器，可以把＋5v电源变换成rs－232输出电平所需的±10v电压，能实现rs－232的技术指标，并只需要＋5v的电源，为串行通信带来了较好的性能和低廉的价格。max232的接口电路图如图2所示。
pc机采用可编程串行异步通信控制器8251a来实现，通过对ins8251a初始化可以控制串行数据传送格式和速度及其工作方式，使得它与单片机的通信方式一致，从而实现pc机与单片机之间的通信。mcs－51和8251a的连接图见图3。
由于远距离数据传输，在系统中用了两片max485芯片进行数据传送，还采用了两级光电隔离来提高系统的抗干扰能力。单片机和pc机之间的rs－232通信硬件接口电路框图如图4所示。
3 串行通信的软件程序设计
3．1 主从式多机通信原理
mcs－51用于多机通信时必须工作在方式2或方式3。以方式3为例，每发送一帧数据为11位：1位起始位（0），8位数据位和1位停止位（1），附加的第9位数据在非多机系统中为奇偶校验位，在发送端有scon的tb8产生，在接收端传送到scon的rb8。它还可设定为“0”或“1”作为在多机通信中区分数据帧（0标志）还是地址帧（1标志）的标志。在mcs－51多机系统中有以下协议：所有的各从机均处于听命状态，即sm2＝1，以便接收主机发来的地址，当接收到一帧信息的rb8为“1”时，表示主机发送来的是地址信息，所有的从机均发生接收中断，否则中断屏蔽。当一从机进入相应的中断服务程序，把接收到的地址和本机的地址比较，如果相符合就令其sm2＝0，并向主机发回本机地址以作应答，该从机就与主机联通，准备接收主机发来的命令或数据信息，而其他的未被寻址从机保持sm2＝1并退出各自的中断服务程序。这样，只有sm2＝0的从机才能接收到主机发送来的数据信息，顺利实现地址帧和数据帧的分离。被寻址从机在通信完成后重新使sm2＝1，并退出中断服务程序，等待下次通信。
3．2 多机通信协议
要实现单片机和pc机的正常通信，必须正确设定它们两者之间的通信方式，保证双方都用相同的波特率、起始位、停止位、奇偶校验位，并且要建立双方通信的应答信号。
单片机既可工作在同步移位寄存器方式下也可工作在uart（通用异步收发器）下。串行口的通信方式是由特殊功能寄存器scon来控制的。其各控制定义如下：
sm0，sm1：工作模式设定位；sm2：允许使用方法2、3多机通信控制位；rb8：接收数据第9位；tb8：发送数据第9位；ti：发送中断标志；ri：接收中断标志。本文中工作方式为3，即9位uart定时器t1作为波特率发生器，工作在方式2，若选定波特率为1200bps，则计数初值为0e8h（smod＝0，时钟频率fosc为11．059mhz）。
pc机的异步通信接口为intel8251a，它可设定1位、1．5位或2位停止位，数据可在5～8位之间选择，通信频率为0～9．6kbps，有奇偶校验、帧校验、溢出校验三种方式。可通过对它写入一定的方式控制字、命令控制字从而进行初始化。它与mcs－51的连接如前面所示，则它的数据口地址为0f0h，控制口地址为0f1h。它的工作状态寄存于其状态字寄存器中，可由mcs－51的cpu读取。通信协议如下：（1）串行通信波特率为1200bps；（2）帧格式为8位数据位，一位起始位，一位可编程的第9位（即发送和接收的地址／数据位的标志位），一位停止位；（3）主机和从机遵循主从原则，主机用呼叫方式选择从机，数据在主机和从机之间双向传递，各从机之间的相互通信需通过主机作为中介；（4）主从机之间还应传送一些供它们识别的命令和状态字，如以00h表示主机发送从机接收命令，以01h表示从机发送主机接收命令等。
3．3 通信程序设计思路及其实现
程序主要包括主机程序（由主机主程序和通信子程序组成）、从机主程序和其中断服务程序组成。主机程序主要完成对8251a的初始化以及主机与从机之间的通信，主机程序框图见图5。而从机主程序主要完成对串行口的初始化、波特率的设置（应与8251a的波特率一致），它的中断程序主要用来完成mcs－51单片机与pc机的数据通信。从机中断服务程序框图见图6。
这里简单介绍8251a的初始化程序，设8251a工作于异步通信方式，波特率系数×1，字符长度为8位，偶校验，所以方式字为7dh，又设8251a为全双工方式，出错标志复位，故其命令控制字为27h，其相应的初始化程序如下：
mov r0，＃0f0h
4 结束语
本系统软硬件在ibm pc／xt机和dice系列的mcs－51单片机上进行过调试，运行良好，验证了其在 仿真平台的控制，现已用于实际系统，且特别适用于从机实时性要求较高的中小型工控系统。
参考文献
1 何立民．单片机应用文集（2）．北京：北京航空航天大学出版社，1993
2 何立民．单片机高级教程．北京：北京航空航天大学出版社，2000
3 胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版社，1996
4 陈荣保，肖本贤，李钢．基于modem和单片机的远程通讯系统设计与实现．微电子学与计算机，1999（1）5 何飞跃。基于mcs－51单片机的lcu与上位机的通信．微计算机信息，1999（1）
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未来几年手机芯片的格局或被重塑?
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关键词：单片机，分布式系统，串行通信
1 引 言
在测控系统和工程应用中，常遇到多项任务需同时执行的情况，因而主从式多机分布式系统成为现代工业广泛应用的模式。它们大多由ibm－pc微机和mcs－51单片机组成。单片机功能强、体积小、价格低廉、开发应用方便，尤其具有全双工串行通讯的特点，在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛的应用。同时，ibm－pc机正好补充单片机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。各单片机独立完成数据采集处理和控制任务，同时通过通信接口将数据传给pc机，pc机将这些数据进行处理、显示或打印，把各种控制命令传给单片机，以实现集中管理和最优控制。
故ibm－pc机（上位机）与各mcs－51单片机（下位机）之间的通信显得尤其重要。本文主要探讨它们之间的远距离串行通信接口和软件程序设计。
2 硬件设计接口
rs－232－c串行通信接口是美国电气工业协会（eia）与bell公司等一起开发的一种标准通信协议，现在它在终端、外设与计算机中被广泛采用。该标准规定了21个信号和25个引脚，但在智能仪器与计算机之间的通信中常用2个信号及3个引脚（2脚数据输入，3脚数据输出，7脚信号地）。它采用双极性的负逻辑信号，0逻辑信号为＋3v至12v，1逻辑信号为－3v至－12v，它的传输速率最大为20kbit／s，传输距离仅为15m。由于rs－232主要是完成电平移位、转换和信号反相等，所以它有自己的电平转换与驱动芯片，如mc1488（发送）与mc1489（接受）。ibm－pc机有两个标准的rs－232串行口，其电平采用的是eia电平，而mcs－51单片机的串行通信是由txd（发送数据）和rxd（接收数据）来进行全双工通信的，它们的电平是ttl电平，为了pc机与mcs－51机之间能可靠地进行串行通信，需要用电平转换芯片。由于mc1488和mc1489需要±12v、＋5v电源供电，故采用maxim公司生产的低功耗、单电源的max232芯片，因为它自身带有电源电压变换器，可以把＋5v电源变换成rs－232输出电平所需的±10v电压，能实现rs－232的技术指标，并只需要＋5v的电源，为串行通信带来了较好的性能和低廉的价格。max232的接口电路图如图2所示。
pc机采用可编程串行异步通信控制器8251a来实现，通过对ins8251a初始化可以控制串行数据传送格式和速度及其工作方式，使得它与单片机的通信方式一致，从而实现pc机与单片机之间的通信。mcs－51和8251a的连接图见图3。
由于远距离数据传输，在系统中用了两片max485芯片进行数据传送，还采用了两级光电隔离来提高系统的抗干扰能力。单片机和pc机之间的rs－232通信硬件接口电路框图如图4所示。
3 串行通信的软件程序设计
3．1 主从式多机通信原理
mcs－51用于多机通信时必须工作在方式2或方式3。以方式3为例，每发送一帧数据为11位：1位起始位（0），8位数据位和1位停止位（1），附加的第9位数据在非多机系统中为奇偶校验位，在发送端有scon的tb8产生，在接收端传送到scon的rb8。它还可设定为“0”或“1”作为在多机通信中区分数据帧（0标志）还是地址帧（1标志）的标志。在mcs－51多机系统中有以下协议：所有的各从机均处于听命状态，即sm2＝1，以便接收主机发来的地址，当接收到一帧信息的rb8为“1”时，表示主机发送来的是地址信息，所有的从机均发生接收中断，否则中断屏蔽。当一从机进入相应的中断服务程序，把接收到的地址和本机的地址比较，如果相符合就令其sm2＝0，并向主机发回本机地址以作应答，该从机就与主机联通，准备接收主机发来的命令或数据信息，而其他的未被寻址从机保持sm2＝1并退出各自的中断服务程序。这样，只有sm2＝0的从机才能接收到主机发送来的数据信息，顺利实现地址帧和数据帧的分离。被寻址从机在通信完成后重新使sm2＝1，并退出中断服务程序，等待下次通信。
3．2 多机通信协议
要实现单片机和pc机的正常通信，必须正确设定它们两者之间的通信方式，保证双方都用相同的波特率、起始位、停止位、奇偶校验位，并且要建立双方通信的应答信号。
单片机既可工作在同步移位寄存器方式下也可工作在uart（通用异步收发器）下。串行口的通信方式是由特殊功能寄存器scon来控制的。其各控制定义如下：
sm0，sm1：工作模式设定位；sm2：允许使用方法2、3多机通信控制位；rb8：接收数据第9位；tb8：发送数据第9位；ti：发送中断标志；ri：接收中断标志。本文中工作方式为3，即9位uart定时器t1作为波特率发生器，工作在方式2，若选定波特率为1200bps，则计数初值为0e8h（smod＝0，时钟频率fosc为11．059mhz）。
pc机的异步通信接口为intel8251a，它可设定1位、1．5位或2位停止位，数据可在5～8位之间选择，通信频率为0～9．6kbps，有奇偶校验、帧校验、溢出校验三种方式。可通过对它写入一定的方式控制字、命令控制字从而进行初始化。它与mcs－51的连接如前面所示，则它的数据口地址为0f0h，控制口地址为0f1h。它的工作状态寄存于其状态字寄存器中，可由mcs－51的cpu读取。通信协议如下：（1）串行通信波特率为1200bps；（2）帧格式为8位数据位，一位起始位，一位可编程的第9位（即发送和接收的地址／数据位的标志位），一位停止位；（3）主机和从机遵循主从原则，主机用呼叫方式选择从机，数据在主机和从机之间双向传递，各从机之间的相互通信需通过主机作为中介；（4）主从机之间还应传送一些供它们识别的命令和状态字，如以00h表示主机发送从机接收命令，以01h表示从机发送主机接收命令等。
3．3 通信程序设计思路及其实现
程序主要包括主机程序（由主机主程序和通信子程序组成）、从机主程序和其中断服务程序组成。主机程序主要完成对8251a的初始化以及主机与从机之间的通信，主机程序框图见图5。而从机主程序主要完成对串行口的初始化、波特率的设置（应与8251a的波特率一致），它的中断程序主要用来完成mcs－51单片机与pc机的数据通信。从机中断服务程序框图见图6。
这里简单介绍8251a的初始化程序，设8251a工作于异步通信方式，波特率系数×1，字符长度为8位，偶校验，所以方式字为7dh，又设8251a为全双工方式，出错标志复位，故其命令控制字为27h，其相应的初始化程序如下：
mov r0，＃0f0h
4 结束语
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参考文献
1 何立民．单片机应用文集（2）．北京：北京航空航天大学出版社，1993
2 何立民．单片机高级教程．北京：北京航空航天大学出版社，2000
3 胡汉才．单片机原理及其接口技术．北京：清华大学出版社，1996
4 陈荣保，肖本贤，李钢．基于modem和单片机的远程通讯系统设计与实现．微电子学与计算机，1999（1）5 何飞跃。基于mcs－51单片机的lcu与上位机的通信．微计算机信息，1999（1）
开关电源谐波电流的危害
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国内巨头双摄业务纷纷看涨，也为新思考缔造强大扩产阵容带来动力
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普渡大学与格芯合作，加强研发和半导体教育
关于配电箱安装的注意事项
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