MCS-51 單片機多串口通訊應用初探

王 敏

（東南大學吳健雄學院2011 級,南京,211189）

0 引言

單片機屬于計算機的一個分支，是指一個集成在一塊芯片上的小而完善的微型計算機系統(tǒng)，自產生之日起，就憑借小體積、多功能、低功耗、高性價比等優(yōu)點在工業(yè)控制領域得到大量應用。隨著電子技術的長足進步，單片機的應用領域日益拓寬，幾乎所有電子產品中都會覓到它的“倩影”。單片機主要有專用和通用兩類,通用類單片機能夠符合多數(shù)系統(tǒng)的功能要求，如有需要，其功能還可以拓展，以滿足特殊需要。MCS-51 單片機屬于通用型，在現(xiàn)代通訊行業(yè)應用廣泛。

1 實現(xiàn)單片機多串口通訊的途徑

單機片與外界設備相連時，通常只有一個串行通訊接口，而工程任務日益復雜，常會遇到特殊需要，一個串行通訊接口難以滿足要求，需要實現(xiàn)多串口通訊。其方法多種多樣，以下幾種較為常用：

1.1 多路模擬開關

該設計較為合理，技術要求低，操作簡單，只需用相應軟件對多路模擬開關進行控制，通過多路模擬開關和各路通訊線路分別建立連接，在多路通訊分時進行時較為適用，不會出現(xiàn)交叉的狀況。

1.2 采用多串口單片機

隨著技術的發(fā)展進步，具有多個串口的單片機已不罕見，當前常用的有68HC11P 和80C320 等。對于和MCS-51 單片機互相融合的單片機，新增串口和原來的串口在使用方法上有很大的相似性。在通訊方式上，多串口單片機不需要依賴于其他軟件的支持，是當前自動控制領域很好的選擇，但價格較貴。

1.3 多片機的協(xié)同工作

如果將多個單串口的單片機組合在一起，來完成多路通訊工作，與多串口單片機相比，價格要低，且技術上也容易實現(xiàn)。此方法多用于協(xié)議轉換類工作，且每一個單片機只需處理一種協(xié)議數(shù)據(jù)，為軟件編程提供了有利條件。單片機之間的數(shù)據(jù)交換必須通過一些特殊技術完成。對于雙單片機系統(tǒng)，可利用并行口完成數(shù)據(jù)交換的工作，以MCS-51 單片機為例，兩個該類單片機可借助P1 口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。

1.4 擴展串行通訊接口

實現(xiàn)多串口通訊還有一種可行的方法，就是對串行通訊接口進行擴展。從當前狀況來看，MCS-51 單片機只有兩類接口芯片可用，一是Intel8250，為DIP40 封裝；二是Intel8251,屬于DIP28 封裝。該方法缺點是系統(tǒng)更為復雜，且擴展之后，芯片的體積有所增大。

2 MCS-51 單片機多串口通訊

2.1 通訊原理

在MCS-51 單片機工作時，每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)為11 位，包括1位起始位、1 位停止位、8 位數(shù)據(jù)位，還有一個附加的第9 位數(shù)據(jù)（常以奇偶校驗位的形式出現(xiàn)于非多機系統(tǒng)中）。為了避免通訊中出現(xiàn)差錯，常會將“0”或“1”設置為區(qū)分數(shù)據(jù)幀（標志0）和地址幀（標志1）的標識。在主從式多級通信中，有以下幾項需要注意：為保證準確地接收來自主機的信息，從機在其發(fā)送信息時一直保持在聽命狀態(tài)，假如接收到的信息為“1”，說明來自主機的信息屬于地址信息，所有的從機此時都接收中斷，反之則中斷屏蔽。單個從機一旦出現(xiàn)中斷，系統(tǒng)便會將本機地址和所接受地址進行比較，若兩者相符，則發(fā)送本機地址作為對主機的回答，同時聯(lián)通主機準備接收其他信息。若兩者不符，從機則自動返回到中斷服務程序。這樣通過從機對主機地址幀數(shù)據(jù)和其他信息的隔離，信息更安全。

2.2 MCS-51 單片機多串口通訊現(xiàn)狀

只有保證在MCS-51 單片機和PC 機間建立的串行接口對接的有效可行性，才能完成兩者間良好的串行通信。由于RS-232使用的是EIA 電平，而MCS-51 單片機使用的是TTL 電平，為安全有效地完成數(shù)據(jù)傳送工作，必須在兩者間安裝電平轉換芯片。MAX232 芯片采用單電源供電，功耗較低，其自身帶有電壓電源變換器，能夠和RS-232 輸出的電壓相轉換，能滿足其技術要求，所以，無論是從功能上考慮還是從經(jīng)濟上考慮，都比較適宜。

3 單片機之間的通信協(xié)議

3.1 單片機雙機通信協(xié)議

在單片機通信中，雙機通信是最為簡單的一種通信模式，可直接和串口進行連接，操作起來方便簡單，但兩機之間的距離不能太遠。使用RS-422 可延長通信距離，選擇光電隔離方法，可相應地減輕干擾。在軟件編程這一方面，需要建立相應的協(xié)議，用來對相同的晶振頻率以及波特率做出相關規(guī)定，通過該協(xié)議，就可利用編程實現(xiàn)通信了。一般情況下，雙機通信有查詢和中斷兩種方法。

3.2 單片機多機通信協(xié)議

分布式集散控制系統(tǒng)應用范圍較廣，此系統(tǒng)的下位機需進行信號收集，常用多個單片機來代替，以方便對現(xiàn)場的有效控制。此時，控制整個系統(tǒng)運行的主機多是單片機，而從機則是多個單片機，主要負責對現(xiàn)場信號進行收集，并對局部加以控制。主機和從機依靠總線進行連接。由主機TXD 端口發(fā)出的信號，所有從機都可以接收；而由從機發(fā)出的信號，只有主機能對其接收。所以，每個從機都可以自由和主機通信，但從機與從機通信，一定要經(jīng)過主機。在多機進行通信時，為使通信更加可靠，可引入尋址技術，由主機向各從機發(fā)送一個地址信息，用來驗證身份。各從機接收后，與自身地址相比，如果一樣，則可與主機通信；如果不一樣，則可以不理會主機發(fā)來的數(shù)據(jù)。

用戶判斷收到的信息是數(shù)據(jù)幀還是地址幀，可通過改變TBB來實現(xiàn)，如此一來，當主機在發(fā)送尋址時，TBB 值設為一條；當發(fā)送的是數(shù)據(jù)時，需將TBB 清零。從機的識別主要依靠控制位SM2完成，該控制位位于串口控制寄存器中。從機接收到信息且是地址幀后，如果SM2 為1，則將數(shù)據(jù)進行保存，并將中斷標志R 設為1,向CPU 發(fā)送中斷信息；如果接受的不是地址幀，而是數(shù)據(jù)幀，則放棄信息，也不中斷；但如果從機的SM2 為0，則不管是數(shù)據(jù)幀還是地址幀，都應將其數(shù)據(jù)進行保存，并將中斷標志R 設置為1。

和雙機通信相同，在通信軟件開始編寫之前，必須有相關協(xié)議，大致有以下規(guī)定：系統(tǒng)最多能夠接入255 臺從機；當主機傳輸0FFH 的地址時，每個從機都應恢復到SM2 值為1 的狀態(tài)，做好再次接收地址的準備；主從機通信的程序大致為，主機將地址信息傳輸給各從機，各從機接收后將主機地址發(fā)送至主機，主機對其進行判斷，若相同則發(fā)送控制命令，各從機據(jù)此將本身狀態(tài)返回給主機；主機在要求各從機接收所發(fā)數(shù)據(jù)塊時，需將控制命令00 發(fā)送到各從機；要求各從機發(fā)送自己所需的數(shù)據(jù)塊時，需將控制命令FF 發(fā)送至各從機，其他一切命令都不可通。

另外，必須注意的是設計通信接口，要依據(jù)一定的標準進行設計。目前，有3 種通信接口應用比較廣泛：一是RS-422，RS-449，RS-485，此類接口成本較高，但通信距離遠，具有較快的傳輸速度；二是RS-232C，在距離較短的通信中比較常見；三是20mA的電流環(huán)，此類接口結構簡單，具有較強的抗干擾能力。

4 結束語

MCS-51 單片機價格低，性能優(yōu)越，在自動控制領域應用廣泛。上述兩種通信協(xié)議有利于對較為復雜的信號的有效控制和處理。對MCS-51 單片機多串口通訊技術的研究和探討在提高自控效能的同時還能降低成本，使MCS-51 單片機得到進一步的革新和應用。

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