基于雙向透明串口擴展技術的多參數監護儀設計方案

　　1.2硬件設計方案

　　串口擴展模塊主要由2部分組成：單片機AT89C2051及模擬開關CD4052、雙4通道模擬開關。

　　串口擴展模塊拓撲結構圖如圖2所示，其中虛線框內為串口擴展模塊的主要部分。

2 通信協議設計

　　2.1數據由用戶設備發送到HOST端

　　由于各模塊是分時復用的，為了避免用戶設備之間發生競爭，需要AT89C2051對4個用戶設備通道進行仲裁，本文采用以下方案。

　　4個用戶設備各用一根I/O口線分別與AT89C2051的P1.0～P1.3引腳相連，同時還與一個4輸入或非門相連，將某根或某幾根I/O口線置高電平并經過該4輸入或非門來觸發中斷，通知AT89C2051有用戶設備請求向HOST終端發送數據，同時AT89C2051進行用戶設備號查詢。AT89C2051收到請求信號后，首先判斷 HOST端與其他用戶設備之間的數據發送是否結束，若結束，則根據仲裁機制通過與各用戶設備相連的P1.4～P1.7引腳置高給出應答響應信號，同時 AT89C2051根據中斷查詢到的用戶設備號對P3.4和P3.5引腳進行設置來控制CD4052模擬開關選通對應通道，用戶設備收到應答響應信號后就開始發送數據；若未結束，則屏蔽此次中斷，直到數據發送結束才開中斷。用戶設備數據發送結束時則將通過一個4輸入或非門來觸發中斷，通知AT89C2051此次數據發送結束。在響應數據發送請求時會涉及到多個用戶設備請求，從而需要AT89C2051進行仲裁。仲裁機制如下：心電和血氧模塊是50 ms定時發送數據，而血壓模塊需要HOST端發來啟動測量命令后才向HOST端發送血壓數據，因此需要將血壓模塊發送數據的請求設置為較高優先級，才能保證血壓數據正確及時地發送到HOST端，而心電和血氧模塊設置為低優先級輪流發送。

　　2.2數據由HOST端發送到用戶設備

　　為了使HOST端的數據能夠及時準確地發送到各個用戶設備，就需要和AT89C2051之間定義好通信協議。其協議如下。

　　AT89C2051始終監視HOST終端發出的信息，一旦收到HOST終端發出的串口選擇命令，如表1所示，立即對P3.4和P3.5引腳進行設置來控制 CD4052模擬開關選通對應通道并控制相應的LED燈以作指示。串口選擇后， HOST終端需要根據AT89C2051指令執行和模擬開關切換時間延遲一定時間后再開始向對應用戶設備發送數據/命令。HOST端數據發送結束則由接收端的用戶設備向AT89C2051發送中斷結束信號，其結束處理與數據由用戶設備發送到HOST端的結束處理相同。如果同時有用戶設備向 AT89C2051請求發送數據到HOST端，則優先響應HOST端的發送數據/命令請求，即HOST端的發送數據/命令請求的優先級最高。