ＭＣＳ－９６單片機和ＰＣ計算機串行通訊技術(shù)的實現(xiàn)

摘要：文章論述了實現(xiàn)工業(yè)PC計算機(上位機)與MCS-96單片機(下住機)的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)實現(xiàn)要點，并對具體實現(xiàn)思路和實施過程進行了詳細說明。

關(guān)鍵詞：PC計算機；MCS-96單片機；串行通訊

中圖分類號：TP368文獻標識碼：A文章編號：1009-2374(2009)13-0006-02

在電氣自動化控制領(lǐng)域，集中分布式測控系統(tǒng)是以計算機技術(shù)為核心，與數(shù)據(jù)通訊技術(shù)相結(jié)合的集檢測、控制和管理為一體的計算機網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，例如，以單片機作為從機，負責現(xiàn)場控制和實時數(shù)據(jù)的采集；PC機作為主機，負責對各從機發(fā)來的數(shù)據(jù)進行分析、處理，并向各從機發(fā)布命令，以實現(xiàn)對工業(yè)現(xiàn)場的集中監(jiān)控與管理。由于主從機需不斷進行信息交流，因此數(shù)據(jù)通訊成為分布式測控系統(tǒng)重要而基本的功能，本文以MCS96系列單片機中的800196為例，論述了PC機和單片機串行通訊的實現(xiàn)過程。

一、串行通訊技術(shù)總體描述

串口通訊的物理標準，現(xiàn)在得到大家廣泛采用的是RS232C、RS422、RS485等。一般微機提供標準的RS232C接口，該接口采用負邏輯，與CMOS、TrL電路的連接需要專用集成電路進行電平轉(zhuǎn)換。一般應(yīng)用情況下，RS232C的最高傳輸速率為20kb／s，最大傳輸線長為30m。

在串行通訊的數(shù)據(jù)輸入過程中，數(shù)據(jù)一位一位的從下位單片機進入上位機串行接口的“接受移位寄存器”，當“接收移位寄存器”接受完一個字符的各位后，數(shù)據(jù)就從“接受移位寄存器”進入“數(shù)據(jù)輸入寄存器”，CPU從“數(shù)據(jù)輸入寄存器”中并行讀取到接收的字符?！敖邮找莆患拇嫫鳌钡囊莆凰俣扔伞敖邮諘r鐘”確定。

當上位計算機要向下位各檢測單元的單片機輸出數(shù)據(jù)時，上位CPU把要輸出的字符送人“數(shù)據(jù)輸出寄存器”，“數(shù)據(jù)輸出寄存器”的內(nèi)容傳輸?shù)健鞍l(fā)送移位寄存器”，然后，由“發(fā)送移位寄存器”移位，把數(shù)據(jù)一位一位的送到下位各檢測單元的單片微機，“發(fā)送移位寄存器”的移位速度由“發(fā)送時鐘”確定。

從理論上講，上位PC計算機和下位單片微機進行RS232C串口通訊的接線方法是：上位Pc計算機RS232接口的接收數(shù)據(jù)針腳RXD與下位單片微機串行口的發(fā)送數(shù)據(jù)針腳TXD相連，上位Pc計算機RS232接口的發(fā)送數(shù)據(jù)針腳TXD與下位單片微機串行接口的接收數(shù)據(jù)針腳RXD相連，兩者的信號地GND對應(yīng)相接。但是，在工程實踐中我們必須重視并解決上位Pc機與下位單片機RS232C串口間的邏輯電平是不一致的問題。

通過查閱有關(guān)技術(shù)標準我們不難發(fā)現(xiàn)上位Pc機的串行接口是符合EIARS-232C規(guī)范的外部總線標準接口。RS-232C采-用的是負邏輯，即邏輯“1”：5V至-15V；邏輯“O0”：+5V至+15V。而本系統(tǒng)中所使用的下位機80C196單片微機的電平為：邏輯“1”：4.99V，邏輯“0”：0.01V。

因此，在用RS-232C總線進行串行通訊時需外接電路實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。在發(fā)送端用驅(qū)動器將CMOS電平轉(zhuǎn)換為RS-232C電平，在接收端用接收器將RS-232C電平再轉(zhuǎn)換為CMOS電平。

二、串行通訊實現(xiàn)過程

(一)串行通訊的具體思路

在串行通訊之前，必須約定好收、發(fā)雙方的通訊協(xié)議，明確規(guī)定彼此的聯(lián)絡(luò)信號以及數(shù)據(jù)的傳送方式等項內(nèi)容，具體思路如下：

1在PC讀數(shù)據(jù)時遵循“讀命令－等數(shù)據(jù)－報告”即PC下達一命令、等待接收數(shù)據(jù)、再據(jù)所接收數(shù)據(jù)的正誤向應(yīng)用程序報告此命令的執(zhí)行情況。

2在PC寫數(shù)據(jù)時遵循“寫命令－等回應(yīng)－報告”，即PC下達一寫命令，此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中等待單片機發(fā)來的已正確接收的回應(yīng)信號，并向應(yīng)用程序報告此命令執(zhí)行完畢。

3如果在轉(zhuǎn)輸過程其間Pc或單片機所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯誤時，均會向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號的請求，如果連續(xù)三次轉(zhuǎn)輸失敗則退出通訊，并向應(yīng)用程序報告。

(二)下位單片機串口通訊偏程的幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)

串行通訊是上位PC計算機與下位單片計算機之間的數(shù)據(jù)交換。上面已經(jīng)對上位微機串行通訊的關(guān)鍵環(huán)節(jié)和相關(guān)實現(xiàn)思路進行了論述，下面再對與之相對應(yīng)的下位單片機串行通訊的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的實現(xiàn)加以說明，下位單片機串口通訊編程的實現(xiàn)要處理好以下幾個關(guān)鍵環(huán)節(jié)：

1首先對單片機串口進行正確的初始化設(shè)置。進行串行通訊時必須對下位的80C196單片機進行正確的設(shè)置，與串行通訊有關(guān)的寄存器有：

(1)IOCl控制寄存器：在串行應(yīng)用中，該寄存器用于選擇TXD/P2.0引腳端的復(fù)用功能，置1時，選中TXD功能。

(2)SP_CoN寄存器(1lH，只寫)和SP_STAT寄存器(11H，只讀)：該寄存器的低5位作控制寄存器，高3位作狀態(tài)寄存器。

(3)INT_MASK中斷屏蔽寄存器：INTMAS.6置1允許串行口中斷。

(4)BAUD_RATE寄存器(OEH，只寫)：是16位寄存器，對其設(shè)置串行通訊的波特率需分兩次連續(xù)向0EH進行寫操作，先送低位字節(jié)，后送高位節(jié)，80C196單片機CPU和其串行口之間通過SBUF_TX發(fā)送寄存器和sBUF_Rx接收寄存器進行數(shù)據(jù)傳輸，CPU將欲發(fā)送的數(shù)據(jù)寫入SBUVFX；從SBUFRX中讀取串行口接收到的數(shù)據(jù)。一旦一幀信息中最后一個數(shù)據(jù)位寫入緩沖器或從中讀出，即產(chǎn)生相應(yīng)的發(fā)送和接收中斷。

2選擇單片機串行口正確的工作方式。80C19彈片機的串口共有四種工作方式，簡述如下：

方式0：實質(zhì)是移位寄存器操作同步工作方式。接收和發(fā)送數(shù)據(jù)時，最低有效位DO在前，8位位1幀。

方式1：是標準異步通訊方式，全雙工操作。串行收發(fā)數(shù)據(jù)幀格式為：1位起始位(TTL低電平0)；8位數(shù)據(jù)(TTL高電平)，最低有效位在前，1位停止位(TTL高電平)。

方式2：方式2的串行幀格式約定為11位，一個起始位(TTL低電平O)，8個數(shù)據(jù)位(TTL電平)，1個可編程位(D8，TTL電平)，1個停止位(TTL高電平1)。由此可見，方式2與方式1的區(qū)別在于數(shù)據(jù)位D7后面多了一個可編程位D8，發(fā)送時可編程預(yù)先設(shè)置D8為1或0，接收時，若D8=1則接收1幀后引發(fā)串口中斷；若D8=0，則不中斷。方式2不允許奇偶校驗。

方式3：方式3的幀格式與方式2完全一致，所不同的是，接收時無論D8是1還是0均引發(fā)串行口中端，并且方式3允許實施奇偶校驗。

本系統(tǒng)中由于是上位Pc機(單機)對多個下位單片機(多機)的1機對多機的串行通訊方式。所以，必須選擇恰當?shù)拇锌诠ぷ鞣绞?，才能實現(xiàn)有關(guān)功能。仔細分析和考慮一主機和多從機分布式計算機工作系統(tǒng)的具體通訊特點和要求。采用上述方式2和方式3相結(jié)合的方式來實現(xiàn)多機數(shù)據(jù)通訊比較合理有效。

(三)具體編程思路

通訊開始，計算機工作于方式2，上位Pc機發(fā)送一條11位地址幀：1個起始位，8個數(shù)據(jù)位，1個可編程的的第9位，1個停止位，其中可編程的第9數(shù)據(jù)位為1。當工作于方式2的下位80C19彈片機接收到地址幀時，所有從機均發(fā)生接收中斷，并判斷上位機所發(fā)來的地址幀中8位數(shù)據(jù)所確定的地址碼(實際就是個從機的標示符，各從機可相應(yīng)編號為00、01、02……等)是否與自己的地址相符，如果相符立即將工作方式轉(zhuǎn)為方式3，則隨后無論上位機送來的第9位數(shù)據(jù)位是1還是0本從機均工作于中斷開放狀態(tài)。隨后當上位機送出地址幀之后，緊接著送出數(shù)據(jù)幀(第九位數(shù)據(jù)位為0)。仍按方式2工作的其他各從機不能接收這個數(shù)據(jù)幀，繼續(xù)處理自己的事項。

以上對工業(yè)Pc計算機(上位機)與MCS-96單片機(下位機)的數(shù)據(jù)通訊技術(shù)實現(xiàn)要點、關(guān)鍵環(huán)節(jié)、實現(xiàn)思路和實施過程進行了詳細論述，并且筆者在具體的工程項目中應(yīng)用以上技術(shù)順利實現(xiàn)了工業(yè)Pc計算機(上位機)與多個MeS-96單片機(下位機)構(gòu)成的集中分布式測控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通訊問題。為在電氣技術(shù)職業(yè)教育教學過程中實施相關(guān)技術(shù)的項目教學奠定了理論和實踐兩個層面的雙重基礎(chǔ)。

參考文獻

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[3]謝平，單片機多機串行通訊，甘肅科技，2006，(9)，

作者簡介：張曉軍，男，青島市高級技工學校教師，電氣工程師。