单片机串行口扩展设计.doc

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1、文献检索综合大作业论文题目：单片机串行口扩展设计学 院： 班 级： 学 号： 姓 名： 二0一二年 12月单片机串行口扩展设计摘要:在以单片机为核心的系统当中,串行通讯是经常用到的通讯方式, MCS-51系列单片机的串行通信口只有一个,若实现与多个外围设备串行的连接,必须对其串行口进行扩展。本设计使用串行口扩展芯片GM8125将AT89C52的串行口扩展成5个子串行口,并在单通道和多通道模式下实现了它们之间的通讯1。关键词:单片机;串行口;扩展; GM8125Single chip serial port expansion designAbstract:In a system which t

2、akes single-chip computer as the croe, the serial communication is a common-used man-ner. MCS-51 series single-chip computers have only one serial port. In order to realize the connection with many pe-ripheral equipments, we must expand the sigle-chip computers serial port. By using serial ports exp

3、ansion chipGM8125, the design expands single-chip computer AT89C52s serial port into five subserial ports and achieves theircommunication in the form of single passage and multipassageKey words:Single-chip computer; Serial port; Expansion; GM8125引言：随着单片机技术的发展,主从式多机控制系统得到了越来越多的应用。以单片机为心的系统当中,串行通讯是经常用

4、到的通讯方式, MCS-51系列单片机的串行通信口较少,若实现与多个外围设备串行的连接,必须对其串行口进行扩展。目前常用到的CPU与外界信息交换的方式有两种,一种是并行通信,其数据的多位信息可同时传送,这种方式通信速度快、效率高,缺点是多位数据同时传送需要多根数据线,只适用于近距离通信;另一种是串行通信,其数据一位接一位顺序传送,这种方式用一根数据线就可以传送多位信息,用于远距离通信,可大大节省硬件投资2。1软件串行口的工作原理1.1串口通信简介串行通信有异步和同步2种基本方式,通常都采用异步的通信方式3。在异步传送中每个字符要用起始位和停止位作为字符起始和结束的标志,它是以字符为单位一个个地

5、发送和接收,其字符格式如图1所示。数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束的标志。在异步通信中,起始位占用1位(低电平),用来表示字符开始;其后为7位或8位的数据编码,用来表示字符开始;第8位通常作为奇偶校验位,共有3种可能,即奇校验、偶校验和无校验,可根据需要选定;最后为停止位(高电平),用来表示字符传送结束。上述字符格式通常作为1个串行帧,若无奇偶校验位,即为常见的N. 8. 1格式。在做模拟串口时,有一个很重要的概念就是波特率。波特率是指在串行通信中,在基本波传输的情况下,每秒传送的二进制脉冲数。那么每传送1位的时间为1/波特率,例如本例中波特率设为9600 bit/s,则传送每个

6、字符中的1位需要的时间为1/9600=0. 104ms。显然,如果用定时器方式来实现9600波特率,就相当于用定时器每1/9600s溢出次发送或者接收位数据1.2软件串行口接收和发送的工作原理单片机复位后,执行初始化程序时,定义某引脚为位控方式,假设为PC口,其中PC1定义为输入,PC0定义为输出,并使其输出为“1”;定义INT0为边沿触发方式,允许中断且定义成高优先级。然后打开中断,单片机随时可进入软件串行通信的正常工作状态。单片机不进行通信时,接收、发送端均为“1”(停止位)。一旦需要与上位机或下位机通信,例如需把刚才获得的1组数据按事先约定的波特率、参数顺序、数据结构、用于校验的累加和,

7、 1个字节、1个字节地传送给上位机或下位机时,就要先计算出这组要发送的数据长度(用1个字节表示,还是用2个字节表示,视各应用系统的需要确定),再计算出它们的累加和。发送时按“发送长度字(节)”,“排好序的数据(组)”、“累加和”的顺序,以约定的波特率(假定为9600bit/s)按图2的帧格式通过PC0引脚发送。发送和接收1个字的过程4如下:发送数据时首先发送起始位(“0”电平),作为通信开始的标志,然后持续1个位的时间后,再发送数据位的第1个位,是高电平,置发送引脚为1,低电平则置发送引脚为0。依次循环8次,将数据位发送完毕。接收数据时,有一个外部中断来触发接收过程,根据实际选定的波特率和单片

8、机晶振,设定定时器确定时间,在发送数据位中间处进行采样,获取接收引脚的电平值。若为低电平,则此位数据为0,若为高电平,则置此位为1,依次获得各数据位的状态,最后生成个字节送有关单元之后中断返回。2硬件电路设计本设计主要采用MCS-51系列AT89C52、串行口扩展芯片GM8125和用于扩展AT89C52的总线扩展芯片。下面将就各个芯片的功能和引脚连接作简单介绍。21单片机AT89C52AT89C52是一个低功耗,高性能CMOS 8位单片机,片内含8k Bytes ISP (In-system pro-grammable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器,器件采用ATMEL公司的

9、高密度、非易失性存储技术制造,兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构,芯片内集成了通用8位中央处理器和ISP Flash存储单元,功能强大的微型计算机的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C52具有如下特点: 40个引脚, 8kBytes Flash片内程序存储器, 256 bytes的随机存取数据存储器(RAM), 32个外部双向输入/输出(I/O)口, 5个中断优先级2层中断嵌套中断, 2个16位可编程定时计数器, 2个全双工串行通信口,看门狗(WDT)电路,片内时钟振荡器。22串行口扩展芯片GM8125串行口扩展芯片采用GM8125, GM8

10、125可以将一个全双工的标准串口扩展成5个标准串口,并能通过外部引脚控制串口扩展模式:单通道工作模式和多通道工作模式,即可以指定一个子串口和母串口以相同的波特率单一的工作,也可以让所有子串口在母串口波特率基础上分频同时工作。该芯片工作在多通道模式下时,子串口能主动响应从机发送的数据,并由母串口发送给主机,同时返回子串口地址。该模式使每个从机的发送要求都能被及时地响应,即使所有从机同时有发送要求,数据也不会丢失,基本实现了主控单元和外设通讯的实时性。该芯片母串口和子串口的工作波特率可由软件调节,而不需要修改外部电路和晶振频率。该芯片的外部控制少,应用灵活,编程使用简单,适用于大多数有串口扩展需求

11、的系统。23GM8125与AT89C52的连接5GM8125是5串口扩展芯片,它与AT89C52的连接有六个地址引脚、两个母串口引脚、MS和RST引脚。其中8125的STADD0-STADD2与AT89C52的P10-P12相连, 8125的SRADD0-SRADD2与AT89C52的P14-P16相连, MS连AT89C52的P34, RST连AT89C52的P35, 8125的RXD0连AT89C52的TXD, 8125的TXD0连AT89C52的RXD。8125子串口RXD1-RXD5和TXD1-TXD5与需要串行通的外部设备连接,这里是与其它AT89C52相连,也可以接串行口接口。连接

12、时必须有地线,也就是说必须共地,否则由于基准电压不同,可能导致误码率太高,而无法正常传输。8125的晶振的两端OSCI、OSCO要连接12MHz的晶振,还要连两个15-50F的瓷片电容并接地。母串口AT89C52的晶振选用110592MHz或与它成比例的晶振,因为在多通道模式下,子串口为常用波特率,母串口为子串口的6倍,在母串口波特率设计时用这样的晶振更精确,传输的准确率高。GM8125与单片机的硬件接口框图6。连接图如图1。3 扩展串行口31利用并口转串口扩展串行口基于Intel8251的串行口扩展Intel8251是一种通用的同步/异步发送器(USART)，它的工作方式可以通过编程设置，并

13、具有独立的接收/发送器。能以同步或异步串行通信方式工作，自动完成帧格式，具有奇、偶校验和错误检测电路。基于TL16C554的串行口扩展TL16C554是TI公司生产的4通道异步收发器集成芯片。对TL16C554串行通道的控制，是通过对控制寄存器LCR、IER、DLL、DLM、MCR和FCR编程来实现的。这些控制字决定字符长度、停止位的个数、奇偶校验、波特率以及制解调器接口。控制寄存器可以任意顺序写但是IER必须最后一个写入，因为它控制中断使能。串行通道内的波特率发生器(BRG)允许时钟除以1至65535之间的任意数，BRG根据其不同的三种通用频率中的一种来决定标准波特率。1 6 C 5 5 x

14、系列芯片还包括16C550、16C552，分别可以扩展1个和2个串行口7。32利用串行口扩展串行口基于GM8123/25系列芯片的串行口扩展GM8123/25系列串口扩展芯片可以全硬件实现串口扩展，通讯格式可设置，并与标准串口通讯格式兼容。GM8125可扩展5个标准串口，通过外部引脚选择串口扩展模式：单通道工作模式和多通道工作模式。单通道模式下，无需设置芯片的通讯格式，子串口和母串口以相同的波特率工作，同一时刻只允许一组子串口和母串口通讯，工作子串口由地址线选择。单通道工作模式适用于所有从机不需要同时通利串行口扩展串行口基于GM8123/25系列芯片的串行口扩展GM8123/25系列串口扩展芯

15、片可以全硬件实现串口扩展，通讯格式可设置，并与标准串口通讯格式兼容。GM8125可扩展5个标准串口，通过外部引脚选择串口扩展模式：单通道工作模式和多通道工作模式。单通道模式下，无需设置芯片的通讯格式，子串口和母串口以相同的波特率工作，同一时刻只允许一组子串口和母串口通讯，工作子串口由地址线选择。单通道工作模式适用于所有从机不需要同时通8。4结论本设计主要对单片机串行通讯时,一个串行通讯端口需要连接多个串行设备的问题做了研究。它工作稳定性好,波特率能满足一般要求,占用系统资源少,使用方法简单,通讯格式可设置,与标准串行口通讯格式兼容,性价比较高。本研究主要完成了用GM8125对AT89C52的串

16、行口扩展,扩展成5个子串行口,并在单通道和多通道模式下实现了它们之间的通讯。由GM8125完成对单片机串行口的扩展,具有硬件成本低,性价比高,工作速度快,波特率设置简单的特点,是多串口应用系统的良好解决方案,具有较高的应用价值。参考文献1吴锴,郝称意,郭海霞. 单片机串行口的扩展研究J，.山西农业大学学报, 2008, 28(1): 93- 952 Bondy J A, Murty U S R. Graph Theory with Application M, New York: American Elsevier, 1979: 259-267.3张为公,秦文虎,周建华.由普通I/O线构成软件

17、串行口的方法及实用程序J.测控技术,1998, 17(2): 36-384王富东,邵光庆.单片机多串口通讯技术及其应用J.仪器仪表学, 2002, 23(3): 262-2645刘亚平，邢济收，刘相权. AVR单片机串行口的软件扩展技术. M 北京信息科技大学学报.20106 Bocchi T and Lewinter M. Maximal planar Eulerian Graphs J. Graph Theory Notes of New York. 1993, 24: 47-50.7马家辰等编. MCS-51单片机原理及接口技术. 哈尔滨市：哈尔滨工业大学出版社, 1997.8张俊刚,孙克怡. 嵌入式系统中扩展串行口的几种方法M 电子设计应用.2006