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          基于8250的多機(jī)通信設(shè)計(jì)

          作者: 時(shí)間:2012-01-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          實(shí)現(xiàn)的方法很多,例如可以根據(jù)通信協(xié)議的要求,用編寫程序的方法完成中數(shù)據(jù)字符的接收和發(fā)送,但這種方法比較麻煩;為了快速、簡便、有效的實(shí)現(xiàn),PC系列及其兼容機(jī)都可以采用一個(gè)可編程異步串行通信接口芯片來執(zhí)行異步串行通信協(xié)議。這種異步通信接口芯片的核心是一個(gè)大規(guī)模集成通信組件,稱為通用異步接收/發(fā)送器,或簡稱UART(Universal Asynchronous Receiver/Transmitter)。

          1﹒ 8051實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信原理

          8051串行通信相關(guān)的三個(gè)控制寄存器SCON(Serial Controller)、PCON(Power Controller)和IE(Interrupted Enhanced)分別用于設(shè)定四種不同的通信方式及定義。它的串行口工作方式3是可變的9位數(shù)據(jù)異步通信方式,發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為1l 位:1位起始位,8位數(shù)據(jù)位、1位附加的校驗(yàn)位和1位停止位。其中附加的第9位數(shù)據(jù)是可編程的,利用這一可控的第9位數(shù)據(jù),可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。

          2﹒ PC機(jī)與8051通信原理

          PC機(jī)的串行通信適配器,其核心為可編程異步收發(fā)器UART8250芯片,8250有10個(gè)可尋址寄存器供CPU讀/寫,以實(shí)現(xiàn)與外界的通信,并制定通信協(xié)議和提供通信狀態(tài)信息。

          8051的串行通道是一個(gè)全雙工的串行通信口,既可以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信,也可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。當(dāng)串行口工作在方式2或方式3時(shí),若串行控制寄存器SCON的多機(jī)通信控制位SM2由軟件設(shè)置為“1”,則為多機(jī)方式;若SM2為“0”,則為9位異步通信方式。

          在多機(jī)通信時(shí),8051發(fā)送的幀格式是11位,其中第9位是SCON中的發(fā)送數(shù)據(jù)位TB8,它是多機(jī)通信時(shí)發(fā)送地址(TB8=1)或發(fā)送數(shù)據(jù)(TB8=0)的標(biāo)志。串行發(fā)送時(shí)自動(dòng)裝入串行幀格式的相應(yīng)位。在接收端,一幀數(shù)據(jù)的第9位信息被裝入SCON的接受數(shù)據(jù)位RB8中,接收機(jī)根據(jù)RB8以及SM2的狀態(tài)確定是否產(chǎn)生串行中斷標(biāo)志,從而可以響應(yīng)或不響應(yīng)串行中斷,這樣就實(shí)現(xiàn)了串行中斷。

          PC機(jī)的串行通信由接口芯片8250完成。它是一種通用的異步接受/發(fā)送器,是專門為了適用于Intel公司的微處理機(jī)的數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的。它接受來自CPU的并行數(shù)據(jù),然后將其轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù),通過發(fā)送器的移位寄存器發(fā)送出去。雖然8250不具備多機(jī)通信功能也不能產(chǎn)生TB8或RB8,但可以靈活地使用8250,用軟件完成上述功能。8250可以發(fā)送多種字長,其中一幀最長為11位,與8250發(fā)送的幀格式相比,差別僅在第9位,即PC機(jī)的 8250發(fā)送的第9位是奇/偶校驗(yàn)位,而不是相應(yīng)的地址/數(shù)據(jù)位標(biāo)志,可以采用軟件編程的方法使8250的奇/偶校驗(yàn)位形成正確的地址/數(shù)據(jù)標(biāo)志。

          3﹒ PC機(jī)與8051的多機(jī)通信控制

          雖然8250本身并不具備8051系列的多機(jī)通信功能,但通過軟件的辦法,可使得8250滿足8051通信的要求。

          8250的端口地址范圍為3F8H~3FEH或2F8H~2FEH。其內(nèi)部寄存器的端口地址見表1。

          表1 8250內(nèi)部寄存器的端口地址

          序號

          名稱

          端口地址

          輸入/輸出形式

          1

          數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器

          3F8H

          輸出

          2

          數(shù)據(jù)接受寄存器

          3F8H

          輸入

          3

          因子寄存器(低位)

          3F8H

          輸出

          4

          波特率因子寄存器(高位)

          3F9H

          輸出

          5

          中斷控制寄存器

          3F9H

          輸出

          6

          中斷識別寄存器

          3FAH

          輸入

          7

          通信線路控制寄存器

          3FBH

          輸出

          8

          MODEM控制寄存器

          3FCH

          輸出

          9

          通信線路狀態(tài)寄存器

          3FDH

          輸入

          10

          MODEM狀態(tài)寄存器

          3FEH

          輸入

          8250可發(fā)送11位數(shù)據(jù)幀,這11位數(shù)據(jù)幀由1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位和1位停止位組成,其格式如下:

          起始位

          D0

          D1

          D2

          D3

          D4

          D5

          D6

          D7

          奇偶位

          停止位

          而8051單片機(jī)通信的典型數(shù)據(jù)格式為:

          起始位

          D0

          D1

          D2

          D3

          D4

          D5

          D6

          D7

          TB8

          停止位

          其中TB8是可編程位,通過使其為0或1而將數(shù)據(jù)幀和地址幀區(qū)別開來。

          比較上面兩種數(shù)據(jù)格式可知:它們的數(shù)據(jù)位長度相同,不同僅在于奇偶校驗(yàn)位和TB8。如果通過軟件的方法可以編程8250的奇偶校驗(yàn)位,使得在發(fā)送地址時(shí)為“1”,發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)為“0”,則8250的奇偶校驗(yàn)位完全模擬單片機(jī)多機(jī)通信的TB8位。方法是把8250的通信線控制寄存器寫入特定的控制字。

          仔細(xì)研究串行卡的通信線控制寄存器3FBH的DS位功能可發(fā)現(xiàn),在串行口初始化時(shí)設(shè)定3FB的D5=1,D3=1,而在發(fā)送地址時(shí)設(shè)置D4=0,在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)置D4=1,這樣實(shí)現(xiàn)了8051中TB8的功能,不必每次都進(jìn)行調(diào)整。這種方法不僅節(jié)省了軟件開支,而且提高了通信速度。

          通過對8250的線路控制寄存器(LCR)的設(shè)置,可使8250具有很大的靈活性。要使8250與8051實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信,關(guān)鍵在于控制它的線路狀態(tài),使它的數(shù)據(jù)傳輸格式與8051保持一致。根據(jù)8250線路控制寄存器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以在編程中作如下選擇:

          若要求8250發(fā)送幀的奇偶校驗(yàn)位為1,只需要執(zhí)行

          MOV DX,3FBH

          MOV AL,2BH

          OUT DX,AL

          這三條語句,此時(shí)幀格式為:

          起始位

          D0

          D1

          D2

          D3

          D4

          D5

          D6

          D7

          1

          停止位

          若要求8250的奇偶位為0,只需執(zhí)行

          MOV DX,3FBH

          MOV AL,3BH

          OUT DX,AL

          這三條語句,此時(shí)幀格式為:

          起始位

          D0

          D1

          D2

          D3

          D4

          D5

          D6

          D7

          0

          停止位

          顯然,前者可作為多機(jī)通信中的地址幀,而后者作為數(shù)據(jù)幀。

          4﹒ PC機(jī)非標(biāo)準(zhǔn)波特率的設(shè)置

          8051單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘絕大多數(shù)情況下都采用6MHz的石英晶體振蕩器,其串行口的波特率是由其內(nèi)部定時(shí)器TH1(8位)決定的,具體計(jì)算公式為:

          Baud=(fosc﹡2SMOD)/(32﹡12﹡(256-TH1))=(15625﹡2SMOD)/(256-TH1)

          式中SMOD可編程控制,TH1的不同值所確定的波特率不同。

          如果用BASIC或直接調(diào)用ROM BIOS INT14(串行口中斷),那么只能設(shè)置幾種標(biāo)準(zhǔn)的波特率。在這種標(biāo)準(zhǔn)波特率下,8051很難實(shí)現(xiàn),如4800的波特率,對使用6MHz晶振的單片機(jī)就無法實(shí)現(xiàn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中,不大可能只為滿足標(biāo)準(zhǔn)波特率要求而選擇晶振。另一方面,在保證可靠通信的前提下,總是希望通信速度盡可能的快。所以,可以通過直接對8250的除數(shù)鎖存器編程,以取得非標(biāo)準(zhǔn)波特率。

          假設(shè)多機(jī)通信波特率計(jì)算值為2400,由于單片機(jī)無法實(shí)現(xiàn),因此可設(shè)計(jì)為1953,在單片機(jī)上令TH1=248且SMOD=0,而在PC機(jī)上令除數(shù)等于59,這樣便可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。

          5﹒ 對8250的編程

          僅就8250而言,異步串行通信編程步驟如下:

          step1:設(shè)定通信的規(guī)程,如波特率、奇偶校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)字節(jié)長度等;

          step2:讀取通信線路(或MODEM)的狀態(tài),判斷是否可以進(jìn)行通信;

          step3:送出(或接收)一個(gè)字節(jié);

          step4:重復(fù)step2和step3直到通信完畢。

          當(dāng)允許中斷時(shí),CPU送出(或接收)一個(gè)字節(jié)后,并不需要不斷查詢控制器的狀態(tài),而可轉(zhuǎn)向執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)有中斷信號INT4發(fā)生并響應(yīng)后,再按上述step2、step3第三步處理即可。

          應(yīng)用8250進(jìn)行串行通信時(shí),首先要對其初始化,即設(shè)置波特率、通信采用的數(shù)據(jù)格式、是否使用中斷、是否自測試操作等。初始化后,則可采取程序查詢方式或中斷方式進(jìn)行通信。

          8250的初始化一般分三步:

          step1:設(shè)置波特率(假設(shè)為1200)

          MOV AL,80H

          MOV DX,3FBH

          OUT DX,,AL

          MOV AL,60H

          MOV DX,3FBH

          OUT DX,AL

          MOV AL,00H

          MOV DX,3F9H

          OUT DX,AL

          step2:設(shè)置通信數(shù)據(jù)格式(假設(shè)7個(gè)數(shù)據(jù)位,1個(gè)停止位,偶校驗(yàn))

          MOV AL,1AH

          MOV DX,3FBH

          OUT DX,AL

          step3:設(shè)置操作方式

          MOV AL,03H

          MOV DX,3FCH

          OUT DX,AL;不允許中斷輸出

          MOV DX,3FCH

          MOV AL,OBH

          OUT DX,AL;允許中斷輸出

          MOV AL,13H

          MOV DX,3FCH

          OUT DX,AL;自測試工作方式

          step4:設(shè)置中斷允許寄存器

          MOV AL,00H

          MOV DX,3F9H

          OUT DX,AL

          6﹒ 本文的創(chuàng)新點(diǎn)

          本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于:第一,利用可編程異步串行通信接口芯片執(zhí)行異步串行通信協(xié)議以實(shí)現(xiàn)通信;第二,通過直接對8250的除數(shù)鎖存器編程的方法,以取得非標(biāo)準(zhǔn)波特率。

          參考文獻(xiàn):

          [1] 洪家平. WINDOWS環(huán)境下PC機(jī)與單片機(jī)的通信.北京:《微計(jì)算機(jī)信息》2005年第三期第70~73頁

          [2] 李朝青.PC機(jī)及單片機(jī)數(shù)據(jù)通信技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.12

          [3] 姚志江等.一個(gè)8051MCU可綜合VHDL模型的完整實(shí)現(xiàn).北京:計(jì)算機(jī)應(yīng)用,2000(20)

          [4] 李廣第.單片機(jī)基礎(chǔ).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2002.12



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