基于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的串行通信設(shè)計(jì)

標(biāo)簽：串行通信 紅外成像

1 引 言

在紅外成像技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)中，基于AT89C51單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)，采用美國(guó)雷態(tài)公司的型號(hào)為3iLRL3的非接觸式紅外測(cè)溫儀。該測(cè)溫儀采用的是RS232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口在很多通信設(shè)備中通用，目前與PC機(jī)的直接串行通信也是RS 232C接口。盡管RS232C性能指標(biāo)并非很好，但還是有廣泛的市場(chǎng)支持。就可以方便的在2個(gè)數(shù)字設(shè)備之間進(jìn)行信息的交換，實(shí)現(xiàn)全雙工的傳送數(shù)據(jù)，硬件成本低。而且通用性好。

2 串行通信的硬件設(shè)計(jì)

串行通信是指 使用一條數(shù)據(jù)線，將數(shù)據(jù)一位一位地依次傳輸，每一位數(shù)據(jù)占據(jù)一個(gè)固定的時(shí)間長(zhǎng)度。其只需要少數(shù)幾條線就可以在系統(tǒng)間交換信息，特別使用于計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)、計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的遠(yuǎn)距離通信。

在所開發(fā)的系統(tǒng)中。紅外測(cè)溫儀將檢測(cè)電力沒備的工作和環(huán)境溫度，通過RS 232C串口傳給單片機(jī)，同時(shí)由單片機(jī)控制檢測(cè)裝置的在線工作組態(tài)，紅外檢測(cè)裝置的工作組態(tài)的制訂和選擇是由上位PC機(jī)來完成的，這樣，以單片機(jī)為核心組成的控制電路是數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，上位PC機(jī)下傳紅外測(cè)溫儀的在線工作組態(tài)。在這里單片機(jī)與PC機(jī)的串行通信接口還是RS 232C的標(biāo)準(zhǔn)通信。AT89C51單片機(jī)僅有一個(gè)串口，這就要解決另一個(gè)串口外擴(kuò)問題，系統(tǒng)利用的通用串行通信接口芯片8251A來擴(kuò)展。該系統(tǒng)的串行通信的硬件電路如圖1所示。

RS-232是EIA(Electronics Industries Association)電平。信號(hào)電平采用負(fù)邏輯，邏輯1=一12V，邏輯0=+12V。這與單片機(jī)的TTL信號(hào)電平不兼容，所以RS232C與89C51單片機(jī)的串口RXD(串行接收口)和TXD(串行發(fā)送口)不能直接連接，需要跨接一個(gè)轉(zhuǎn)換器在RS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。輸出RS 232C電平。MC1489是接收RS 232C電平，輸出TTL電平，該電平轉(zhuǎn)換接口的不便之處是需要±12V工作電壓，并且功耗較大。不適用于低功耗的系統(tǒng)。

在系統(tǒng)中，紅外測(cè)溫儀與PC機(jī)2個(gè)串行口，而89C51只有1個(gè)串口，利用可編程通用串行接口芯片8251A實(shí)現(xiàn)與上位Pc機(jī)通信，由于8251A串口芯片的片選端CS接到74LS138譯碼器的Y2。因此8251A的口地址為OA000H，RXCLK和TXCLK接收和發(fā)送時(shí)鐘都連接51的T1口，利用T1作為波特率發(fā)生器[1]。

3 軟件設(shè)計(jì)

AT89C51是一種帶4K字節(jié)FLASH存儲(chǔ)器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機(jī)。AT89C2051是一種帶2K字節(jié)閃存可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器的單片機(jī)。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。

主要特性：

·與MCS-51 兼

128×8位內(nèi)部RAM

·32可編程I/O線

·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

·5個(gè)中斷源

·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式

·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路

紅外測(cè)溫儀的串口通過MAX232直接與89C15連接，所以紅外掃描傳感頭按給定的掃描策略掃描電力設(shè)備，讀入溫度掃描信號(hào)，做最大值、最小值、平均值及異常剔除處理，單片機(jī)記錄掃描時(shí)間和溫度值，等待PC機(jī)命令。向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)流程如圖2所示。紅外傳感器通過Pc機(jī)下傳的在線工作組態(tài)控制檢測(cè)電力設(shè)備的狀態(tài)，其接收數(shù)據(jù)的流程如圖3所示。單片機(jī)與PC機(jī)之間的串行通信通過825lA，所以在通信程序中首先對(duì)825lA進(jìn)行初始化編程，設(shè)置串口通信方式，確定通信協(xié)議。這些是通信程序設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)。

(1)串口的工作方式設(shè)置

通過對(duì)單片機(jī)的串口控制寄存器(SCON)的設(shè)置來完成，由于采用一幀11位的數(shù)據(jù)格式，所以89C51的串口的工作方式只能設(shè)置成方式2和方式3，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈视卸〞r(shí)器控制，本系統(tǒng)采用方式3，單片機(jī)的串行接收的l幀數(shù)據(jù)中，奇偶校驗(yàn)位由SCON的TB8和RB8(第9位數(shù)據(jù))來完成校驗(yàn)功能。

(2)串口波特率的設(shè)定

通過此公式的計(jì)算可以進(jìn)一步驗(yàn)證在設(shè)計(jì)系統(tǒng)選用的晶振的頻率為11.0592MHz時(shí)計(jì)算出來的T1初值沒有誤差。

(3)握手信號(hào)的規(guī)定

請(qǐng)求信號(hào)定為FFH、應(yīng)答信號(hào)定為FEH、錯(cuò)誤信號(hào)定為FDH、結(jié)束信號(hào)定為FCH。

(4)數(shù)據(jù)傳送方式

利用RS 232C的2根傳輸線實(shí)現(xiàn)全雙工的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。

(5)通信方式

異步通信方式，以字為單位傳送數(shù)據(jù)，由于發(fā)送與接收雙方使用各自的時(shí)鐘，所以在異步通信中嚴(yán)格規(guī)定數(shù)據(jù)幀的格式。

(6)數(shù)據(jù)幀的格式

一幀數(shù)據(jù)為11位，包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶檢驗(yàn)位、停止位，數(shù)據(jù)格式如下[2]：

所以8251A初始化方式控制字為7DH。

PC機(jī)采用Visual basic編程，VB支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)，具有結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動(dòng)編程模式并可以使用無限擴(kuò)增的控件，而且可以十分簡(jiǎn)便地做出良好的人機(jī)界面。在標(biāo)準(zhǔn)的串口通信方面，在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的過程中觸發(fā)onComm事件，通過編程訪問CommEvent屬性了解通信事件的類型，分別各自的處理。VB串行初始化通信軟件如下[3]：