MB89P475的UART/SIO結(jié)構(gòu)與應(yīng)用

摘要：MB89P475是富士通公司生產(chǎn)的八位單片機。該單片機具有豐富的軟、硬件資源和良好的EMC性能，可廣泛應(yīng)用于家電控制等產(chǎn)品中。該器件內(nèi)含兩路UART/SIO接口，非常適用于計算機集中控制和管理的多級通信控制系統(tǒng)中。文中介紹了該單片機的特點和UART/SIO結(jié)構(gòu)，給出了 MB89P475在LSP300型中央空調(diào)的計算機集控系統(tǒng)中的設(shè)計應(yīng)用方法。 關(guān)鍵詞：MB89P475;單片機;中央空調(diào);計算機集控系統(tǒng) MB89P475是富士通公司生產(chǎn)的F2MC-8L MB89470單片機系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有豐富的軟、硬件資源和良好的EMC性能，

而且其程序空間(16k%26;#215;8bits PROM)和數(shù)據(jù)空間(512%26;#215;8bits RAM)大小適中,定時器資源和中斷資源豐富。雙路UART/SIO接口的設(shè)置是該產(chǎn)品的一大特點。在指令設(shè)計方面，利用該單片機可以直接進(jìn)行16位數(shù)據(jù)的比較和算術(shù)運算。MB89P475的高性價比和合理的資源配置，使其可以廣泛應(yīng)用于家用電器控制和工業(yè)控制等應(yīng)用領(lǐng)域。此外，在多級數(shù)據(jù)通信控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計中，MB89P475也是一款不可多得的單片機產(chǎn)品。 1　MB89P475簡介 1.1 引腳功能 MB89P475(OTP型號)相應(yīng)的掩膜(MASK)產(chǎn)品型號為MB89475，它具有兩種封裝形式，分別是48-pin Plastic SH-DIP和48-pin Plastic QFP封裝。本文以SH-DIP封裝形式為例來介紹其引腳定義，圖1所示是該封裝的引腳排列圖，現(xiàn)將各引腳的功能說明如下： X0，X1：振蕩器輸入、輸出; MODE：模式設(shè)定引腳，使用時，該引腳通常直接接地; RST：復(fù)位腳，低電平復(fù)位; P00/AN0～P07/AN7：通用I/O口或A/D輸入口; P10～P13：通用I/O口或沿觸發(fā)中斷輸入口; P14～P17：通用I/O口或定時器輸入(EC)、輸出口(TO); P20～P22：通用I/O口或UART/SIO1的時鐘輸入、數(shù)據(jù)輸出和輸入口; P23：通用I/O口或PWC(脈寬測量)輸入口; P24：通用I/O口或PWM(脈寬調(diào)制)輸出口; P25～P27：通用I/O口或UART/SIO2的數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、時鐘輸入口; P30*～P36*：大電流驅(qū)動輸出口，其中，P30/BUZ*可作蜂鳴器驅(qū)動口;

P40～P41：在MB89P475(102)(單時鐘系統(tǒng))中為通用輸入口，在MB89P475(202)(雙時鐘系統(tǒng))中為副時鐘連接引腳; P42：通用輸入口; P50～P54：通用I/O口或電平觸發(fā)中斷輸入口(低電平中斷); C：接0.1μF電容到地; Vcc、Vss：電源(+5V)和接地(GND)引腳; Avcc、Avss：A/D電路的參考電源和地。 1.2 主要特點 MB89P475內(nèi)含六個定時器，分別為：PWC(脈寬測量)定時器(可用作時間間隔定時器)、PWM(脈寬調(diào)制)定時器(可用作時間間隔定時器)、2個8/16bit 定時/計數(shù)器、一個21-bit時間基準(zhǔn)定時器和一個Watch比例器。此外，MB89P475還具有如下特點： ●帶有蜂鳴器驅(qū)動，可由程序選擇7種驅(qū)動信號頻率; ●可外部中斷，包括4個沿觸發(fā)中斷通道和5個電平觸發(fā)中斷通道; ●內(nèi)含8通道10位A/D轉(zhuǎn)換器; 圖3 ●內(nèi)含UART/SIO 異步/同步數(shù)據(jù)接收/發(fā)射器; ●可低功耗工作，具有Stop模式、Sleep模式、副時鐘模式、Watch模式等多種工作模式; ●帶有Watchdog 定時復(fù)位功能; ●最大可用39路I/O口。 2　MB89P475的UART/SIO結(jié)構(gòu) MB89P475的最大特點就是內(nèi)部集成了一個UART/SIO通用串行數(shù)據(jù)通信接口，可通過片內(nèi)雙緩沖器實現(xiàn)全雙工雙向通信同時UART/SIO可編程配置為異步或同步通信模式;其內(nèi)部波特率發(fā)生器既可以選擇14種不同的波特率也可由外部時鐘設(shè)置波特率其數(shù)據(jù)傳輸格式見表1所列。該數(shù)據(jù)傳輸格式基于NRZ(不歸零)系統(tǒng)。 表1 UART/SIO數(shù)據(jù)格式 模 式數(shù)據(jù)長度(Bit)通信模式停止位長度 無校驗有校驗 0 7 8 異步 1bit或2bits 8 9 1 8 同步 -- MB89P475內(nèi)含六個寄存器，分述如下： Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 MD PEN TDP SBL CL CLK2 CLK1 CLK0 (1) SMC11/21：模式控制寄存器1(地址：0026H/002BH，初始化值：00000000H)的格式如下： 其中，MD為通信模式控制位，該位為0為異步通信(UART)，為1時同步通信(SIO); PEN為校驗控制位，該位為0表示無校驗，為1表示有校驗(由Bit5選擇奇、偶校驗); TDP為奇、偶校驗位，0為偶校驗，1為奇校驗; SBL是停止位長度控制位，0 為選擇1Bit停止位，1為選擇2 Bit停止位; CL為字符長度控制位，0 為選擇7 Bit數(shù)據(jù)長度，1為選擇8 Bit數(shù)據(jù)長度; CLK2～CLK0：通信時鐘選擇位，具體操作見表2所列。 表2 時鐘選擇 CLK2 CLK1 CLK0 選 擇 時 鐘 0 0 0 2個指令周期 0 0 1 8個指令周期 0 1 0 32個指令周期 0 1 1 波特率發(fā)生器控制 1 0 0 外部時鐘(2)SMC12/22：模式控制寄存器2(地址：0027H/002CH，初始化值：00000000H)的格式如下： Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 RERC RXE TXE BRGE TXOE SCKE RIE TIE 其中，RERC：各接收標(biāo)志清除位。置0時，清除所有錯誤標(biāo)志，置1無效; RXE：數(shù)據(jù)接收允許位，置0時禁止接收，置1時允許接收; TXE：數(shù)據(jù)發(fā)射允許位，置0時禁止發(fā)射，置1時允許發(fā)射; BRGE：波特率發(fā)生器啟動位，0為停止，1為啟動; TXOE：串行數(shù)據(jù)輸出允許位，置0時，P21/SO1、P26/SO2為通用I/O口，置1時，P21/SO1、P26/SO2為串行數(shù)據(jù)輸出口; SCKE：串行時鐘輸出允許位，置0時，P20/SCK1、P27/SCK2為通用I/O口或串行時鐘輸入口，置1時，P20/SCK1、P27/SCK2為串行時鐘輸出口; RIE：接收中斷允許位，置0時，接收中斷禁止，置1時，接收中斷允許; TIE：發(fā)射中斷允許位，置0時，發(fā)射中斷禁止，置1時，發(fā)射中斷允許。 (3) SSD1/2：狀態(tài)與數(shù)據(jù)寄存器(地址：0028H/002DH，初始化值：00001---H)，格式如下： Bit7 Bit6 Bit5 BIT4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 PRE OVE FER RDRF TDRE -- -- -- 其中，PRE：為校驗錯誤標(biāo)志，0為無校驗錯誤，1為校驗錯誤; OVE：溢出錯誤標(biāo)志，0為無溢出錯誤，1為溢出錯誤; FER：幀錯誤標(biāo)志，0為無幀錯誤，1為幀錯誤; RDRF：接收數(shù)據(jù)寄存器滿標(biāo)志，0為寄存器空，1為接收數(shù)據(jù)滿; TDRE：發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器空標(biāo)志，0為發(fā)射數(shù)據(jù)滿，1為寄存器空。

這里，SSD1/2是只讀寄存器。若接收中斷允許(RIE=1)，那么任何錯誤標(biāo)志置“1”都將產(chǎn)生接收中斷。因此，在程序中將RERC(SMC12/22中的Bit7)置“1”，可將各錯誤標(biāo)志清零。 (4)SRC1/2：波特率控制寄存器(地址：002AH/002FH，初始化值：xxxxxxxxH) 當(dāng)SMC11/SMC21寄存器中的CLK2 ～ CLK0設(shè)為“011”時，由于選擇的是波特率發(fā)生器作為串行時鐘(異步通信方式使用)，因此，只有在UART/SIO停止工作時，寫入SRC1/2的數(shù)據(jù)才有效。此時，波特率計算方法如下(CLK2～CLK0設(shè)為“011”)： 波特率=1/(16nTint) 式中，n為寫入SRC1/2的數(shù)值，Tint為指令周期，其值可通過對相關(guān)寄存器編程設(shè)定為4/fch、8/fch、16/fch、64/fch(其中fch為系統(tǒng)時鐘振蕩器頻率)。 (5) SIDR1/2： 輸入數(shù)據(jù)寄存器(地址：0029H/002EH，初始化值：xxxxxxxxH) 該寄存器用于存放接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成時，RSRF位(SSD1/2中的Bit4)被置“1”，此時若接收中斷允許，將產(chǎn)生接收中斷請求。讀出接收數(shù)據(jù)后，RSRF位自動清“0”。 系統(tǒng)檢測到接收中斷請求后，應(yīng)檢查RSRF位是否為“1”，若為“0”，說明該中斷是由于接收錯誤產(chǎn)生的，SIDR1/2并未接收到數(shù)據(jù)，此時應(yīng)在相應(yīng)的程序中作相應(yīng)處理。 (6) SODR1/2：輸出數(shù)據(jù)寄存器(地址：0029H/002EH，初始化值：xxxxxxxxH) SODR1/2與SIDR1/2具有相同的地址。發(fā)射允許時，將發(fā)射數(shù)據(jù)寫入該寄存器即可直接轉(zhuǎn)送到發(fā)射寄存器，并通過發(fā)射移位寄存器發(fā)送到串行數(shù)據(jù)輸出口(SO1/2)。 圖5 發(fā)射數(shù)據(jù)寫入SODR1/2寄存器時，發(fā)射數(shù)據(jù)標(biāo)志位TDRE同時被清“0”，發(fā)射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到發(fā)射移位寄存器后，TDRE被置“1”，意味著SODR1/2寄存器可以寫入下一個發(fā)射數(shù)據(jù)，同時，若發(fā)射中斷允許，將產(chǎn)生發(fā)射中斷請求。 若將發(fā)射數(shù)據(jù)長度設(shè)為7 Bits，則數(shù)據(jù)的第7位(最高位)無效。 3　LSR300型集控系統(tǒng)的構(gòu)成 圖2所示為LSR300型中央空調(diào)計算機集控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)采用RS-485總線結(jié)構(gòu)方式，由計算機控制管理平臺、RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊、14個控制終端(包括通信板和主控系統(tǒng)，其控制終端數(shù)量可以根據(jù)實際要求增加或減少)組成。其中計算機控制管理平臺主要用于數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)檢測、功能設(shè)定和控制以及查詢等管理工作。 系統(tǒng)中的RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換模塊由MAX-IM公司生產(chǎn)的MAX491E、MAX232A組成，該模塊的電路連接如圖3所示。 通信板由MB89P475為核心組成，其結(jié)構(gòu)如圖4所示。圖中的RS-485接口由MAX491E完成，接收器處于常通狀態(tài)(RE接地)，發(fā)射器的選通(DE端)由MB89P475的P2.7口控制(高電平選通)。通信板主要完成以下功能： (1) 用撥碼開關(guān)實現(xiàn)各控制終端的地址編碼; (2) 機組的本地操作控制與顯示(包括本地查詢、設(shè)置和控制); (3) 分別與計算機和主控系統(tǒng)通信，實現(xiàn)主控系統(tǒng)與計算機之間的數(shù)據(jù)傳送。其中，與計算機之間采用RS-485總線方式進(jìn)行連接，而與主控系統(tǒng)之間則采用電流環(huán)方式連接; (4) 記憶機組的設(shè)定信息、故障信息和累計運行時間。 此外，系統(tǒng)中的主控系統(tǒng)也可采用LSR300中央空調(diào)單機組控制系統(tǒng)實現(xiàn)(詳見參考資料1)。

4　MB89P475的通信軟件設(shè)計 4.1 通信板與計算機通信 (1)通信協(xié)議 通信板與計算機的通信采用RS-485總線方式連接，通信過程由計算機主控，通信數(shù)據(jù)采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式[2]。 當(dāng)通信板接收到正確的同步碼和地址碼時，表示該通信板可以與計算機通信。此時可選擇MB89P475的UART/SIO2為UART(兩線異步)通信模式，通信數(shù)據(jù)格式定義為1位起始位，8位數(shù)據(jù)長度和1位停止位，無校驗位。 (2)軟件設(shè)計 UART/SIO2相關(guān)寄存器初始化如下： MOV SCR2，#104 ;設(shè)定波特率=1200bps(系統(tǒng)時鐘Fch=8.000MHz) MOV SMC21，#00001011B ;選擇UART模式，1Bit停止位，8Bits數(shù)據(jù)長度，無校驗位 MOV SMC22，#01111010B ;允許接收中斷，禁止發(fā)射中斷，發(fā)射允許，接收允許 數(shù)據(jù)發(fā)射采用查詢方式進(jìn)行，即發(fā)射子程序置于主程序循環(huán)中，可通過查詢發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器空標(biāo)志位TDRE決定是否寫入下一個發(fā)射數(shù)據(jù)。發(fā)射子程序流程圖如圖5所示。 數(shù)據(jù)接收采用中斷方式進(jìn)行。程序進(jìn)入接收中斷服務(wù)程序時，應(yīng)首先根據(jù)接收數(shù)據(jù)滿標(biāo)志位RDRF的狀態(tài)來判斷中斷請求是否是由于接收錯誤產(chǎn)生的(產(chǎn)生中斷時，接收數(shù)據(jù)滿標(biāo)志位RDRF=0)，然后由判斷結(jié)果決定是接收數(shù)據(jù)還是進(jìn)行出錯處理。中斷服務(wù)程序的流程圖如圖6所示。 4.2 通信板與主控系統(tǒng)通信 (1)通信協(xié)議 通信板與主控系統(tǒng)的通信采用電流環(huán)方式實現(xiàn)，這樣可以增強通信的可靠性。通信過程由通信板主控，通信數(shù)據(jù)采用RS-232標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式[2]。 可選擇MB89P475的UART/SIO1為UART(兩線異步)通信模式，通信數(shù)據(jù)格式定義為1位起始位，8位數(shù)據(jù)長度和1位停止位，無校驗位。 (2)軟件設(shè)計 相關(guān)寄存器初始化如下： MOV SCR1，#52 ;設(shè)定波特率=2400bps(系統(tǒng)時鐘Fch=8.000MHz) MOV SMC11，#00001011B ;選擇UART模式，1Bit停止位，8Bits數(shù)據(jù)長度，無校驗位 MOV SMC12，#01111010B ;允許接收中斷，禁止發(fā)射中斷，發(fā)射允許，接收允許 具體的編程方法與通信板和計算機的通信編程方法相同。 5　結(jié)語 雖然MB89P475的雙路UART/SIO結(jié)構(gòu)具有靈活、安全的特點，但合理的程序設(shè)計也至關(guān)重要。在LSR300中央空調(diào)計算機集控系統(tǒng)中，以MB89P475為核心設(shè)計的通信板，充分合理地利用了MB89P475的雙路UART/SIO資源。它可以作為各控制終端與計算機交換數(shù)據(jù)的樞紐，同時還避免了主控系統(tǒng)的重復(fù)開發(fā)。目前該系統(tǒng)已投入使用，其方便、靈活的操作模式和安全可靠的運行已得到了用戶的肯定。