基于單片機的多串口通信轉(zhuǎn)換器的研究

張顯磊 彭永耀

【摘要】 本設計以C8051F320單片機為主控，集成USB、RS-232和RS-485多重數(shù)據(jù)傳輸功能于一體，最終實現(xiàn)將USB口數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)以及RS-485數(shù)據(jù)，同時RS232數(shù)據(jù)與RS485數(shù)據(jù)之間也可以實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換，可以任意選擇它們之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式。

【關鍵字】 串口 USB 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

隨著現(xiàn)代科技的飛速發(fā)展，筆記本、平板電腦迅速風靡，但傳統(tǒng)的串行數(shù)據(jù)口卻在新一代的電子產(chǎn)品中逐漸被淘汰，在企業(yè)、學校和其他從事電氣技術工作或?qū)W習的地方，總是需要使用RS232、RS485接口，如工業(yè)控制儀器、PLC、變頻器等，然而現(xiàn)在無論是筆記本電腦還是平板電腦，甚至臺式電腦都很難找到RS232和RS485的串口，幾乎都是USB的接口，所以給我們造成很多不便，嚴重影響了應用程序的開發(fā)和使用。由此可見，單片機多串口轉(zhuǎn)換器的研究顯得極其重要。

本設計通過使用C8051F320單片機為核心主控，將RS-485、USB以及RS-232集成于一起，最終在RS-232數(shù)據(jù)、RS-485數(shù)據(jù)還有USB口數(shù)據(jù)之間實現(xiàn)相互轉(zhuǎn)換。

一、系統(tǒng)硬件設計

本設計是一個具有USB、RS232與RS485串口之間可以相互轉(zhuǎn)換的轉(zhuǎn)換器。由單片機核心控制模塊、單片機復位模塊、電源模塊、穩(wěn)壓模塊、RS232模塊、RS485模塊、USB模塊、C2接口模塊八部分組成。其硬件連接如圖1所示。

圖1系統(tǒng)設計框圖

1.1 C8051F320單片機模塊

C8051F320單片機內(nèi)部有一個可編程的時鐘振蕩器，它可以提供2、4、8和16 MHz時鐘的編程設定，無需外部插件，而且在程序運行時，可實現(xiàn)內(nèi)外時鐘的動態(tài)切換。單片機內(nèi)部有調(diào)試電路，它可以進行全速和非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試，而且不需要仿真器；存儲器和寄存器支持單步和斷點，而且還可以進行對其觀察和修改。指令的結(jié)構呈流水線型；大部分的指令需要一個或兩個時鐘周期執(zhí)行就能執(zhí)行完。當微控制器的時鐘頻率為25MHZ時，最高可以達到25MIPS。

1.2 RS232模塊

一直以來，RS-232在計算機與外設或終端的近距離通信傳輸中應用最為普遍，屬于串行數(shù)據(jù)通信的標準接口。

1.3 RS485模塊

為確保高效傳輸速率，進一步提高傳輸距離，更遠、傳輸是EIA在RS232的基礎上，設計提出RS485接口，為了實現(xiàn)更遠距離及更快速度的直接連接，制定的更高性能的接口標準。

1.4 USB模塊

USB（Universal Serial Bus）是現(xiàn)今電子數(shù)碼產(chǎn)品最常用的數(shù)據(jù)接口技術，在本設計中單片機（C8051F320）自身具備全速和低速的USB功能控制器功能（USB0），可直接控制USB外設，無需要外部元件。

二、系統(tǒng)軟件的設計

2.1系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)提供了USB、 RS232與RS485可以互相轉(zhuǎn)換的功能。這個轉(zhuǎn)換器是基于TTL電平層面的，系統(tǒng)中的USB、RS232、RS485之間的數(shù)據(jù)通過TTL電平的橋梁進行傳輸。

2.2 USB0的端點地址

共有8個端點管道。端點0一直是作為雙向IN/OUT，端點0是控制端點。其他端點被當做是三對IN/OUT端點管道。

2.3 USB收發(fā)器以及寄存器的訪問

USB收發(fā)器的配置是通過USB0（收發(fā)器控制寄存器）來實現(xiàn)的。配置內(nèi)容包括收發(fā)器使能/禁止、內(nèi)部上拉電阻使能/禁止及器件速度選擇（全速或低速）。在SPEED為“1”時，USB0工作狀態(tài)為全速模式；當位SPEED為“0”時，USB0工作狀態(tài)為低速模式。USB0中間接地址寄存器中的BUSY位則是USB0寄存器讀忙的標志，可以通過軟件對該位進行拉高拉動來實現(xiàn)啟動對USB0寄存器進行讀的操作，目標USB0寄存器的地址則由USB0ADR位（5—0）給出。USB0DAT用于間接寫、讀USB0寄存器。

2.4 USB中斷

主程序開始初始化所有的子程序，然后進入一個無限循環(huán)的狀態(tài)，這個過程是不停的從檢測USB狀態(tài)所獲得的信息包來更新輸出數(shù)據(jù)包。中斷寄存器的讀取和復位的程序及串口的數(shù)據(jù)傳送給USB接口的程序。通過開關切換來實現(xiàn)兩種串口與USB的通信。

參 考 文 獻

[1] 蕭世文，宋延清. USB2.0硬件設計[M].北京： 清華大學出版社，2006：39～54.

[2] Jobn Catsoulis.Designing Embedded hardware[M].OReilly Media，Inc. ，2005：203～211.