基于單片機應用系統的串行通信設計

標簽：串行通信 紅外成像

1 引 言

在紅外成像技術的電力設備狀態檢測系統中，基于AT89C51單片機的應用系統，采用美國雷態公司的型號為3iLRL3的非接觸式紅外測溫儀。該測溫儀采用的是RS232C串行通信標準接口，該接口在很多通信設備中通用，目前與PC機的直接串行通信也是RS 232C接口。盡管RS232C性能指標并非很好，但還是有廣泛的市場支持。就可以方便的在2個數字設備之間進行信息的交換，實現全雙工的傳送數據，硬件成本低。而且通用性好。

2 串行通信的硬件設計

串行通信是指 使用一條數據線，將數據一位一位地依次傳輸，每一位數據占據一個固定的時間長度。其只需要少數幾條線就可以在系統間交換信息，特別使用于計算機與計算機、計算機與外設之間的遠距離通信。

在所開發的系統中。紅外測溫儀將檢測電力沒備的工作和環境溫度，通過RS 232C串口傳給單片機，同時由單片機控制檢測裝置的在線工作組態，紅外檢測裝置的工作組態的制訂和選擇是由上位PC機來完成的，這樣，以單片機為核心組成的控制電路是數據的中轉站，上位PC機下傳紅外測溫儀的在線工作組態。在這里單片機與PC機的串行通信接口還是RS 232C的標準通信。AT89C51單片機僅有一個串口，這就要解決另一個串口外擴問題，系統利用的通用串行通信接口芯片8251A來擴展。該系統的串行通信的硬件電路如圖1所示。

RS-232是EIA(Electronics Industries Association)電平。信號電平采用負邏輯，邏輯1=一12V，邏輯0=+12V。這與單片機的TTL信號電平不兼容，所以RS232C與89C51單片機的串口RXD(串行接收口)和TXD(串行發送口)不能直接連接，需要跨接一個轉換器在RS232C與TTL電路之間進行電平轉換。輸出RS 232C電平。MC1489是接收RS 232C電平，輸出TTL電平，該電平轉換接口的不便之處是需要±12V工作電壓，并且功耗較大。不適用于低功耗的系統。

在系統中，紅外測溫儀與PC機2個串行口，而89C51只有1個串口，利用可編程通用串行接口芯片8251A實現與上位Pc機通信，由于8251A串口芯片的片選端CS接到74LS138譯碼器的Y2。因此8251A的口地址為OA000H，RXCLK和TXCLK接收和發送時鐘都連接51的T1口，利用T1作為波特率發生器[1]。

3 軟件設計

AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器(FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory)的低電壓、高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。AT89C2051是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制造技術制造，與工業標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價廉的方案。

主要特性：

·與MCS-51 兼

128×8位內部RAM

·32可編程I/O線

·兩個16位定時器/計數器

·5個中斷源

·可編程串行通道

·低功耗的閑置和掉電模式

·片內振蕩器和時鐘電路

紅外測溫儀的串口通過MAX232直接與89C15連接，所以紅外掃描傳感頭按給定的掃描策略掃描電力設備，讀入溫度掃描信號，做最大值、最小值、平均值及異常剔除處理，單片機記錄掃描時間和溫度值，等待PC機命令。向PC機發送數據，發送數據流程如圖2所示。紅外傳感器通過Pc機下傳的在線工作組態控制檢測電力設備的狀態，其接收數據的流程如圖3所示。單片機與PC機之間的串行通信通過825lA，所以在通信程序中首先對825lA進行初始化編程，設置串口通信方式，確定通信協議。這些是通信程序設計的關鍵點。

(1)串口的工作方式設置

通過對單片機的串口控制寄存器(SCON)的設置來完成，由于采用一幀11位的數據格式，所以89C51的串口的工作方式只能設置成方式2和方式3，數據傳輸的波特率有定時器控制，本系統采用方式3，單片機的串行接收的l幀數據中，奇偶校驗位由SCON的TB8和RB8(第9位數據)來完成校驗功能。

(2)串口波特率的設定

通過此公式的計算可以進一步驗證在設計系統選用的晶振的頻率為11.0592MHz時計算出來的T1初值沒有誤差。

(3)握手信號的規定

請求信號定為FFH、應答信號定為FEH、錯誤信號定為FDH、結束信號定為FCH。

(4)數據傳送方式

利用RS 232C的2根傳輸線實現全雙工的發送和接收數據。

(5)通信方式

異步通信方式，以字為單位傳送數據，由于發送與接收雙方使用各自的時鐘，所以在異步通信中嚴格規定數據幀的格式。

(6)數據幀的格式

一幀數據為11位，包括起始位、數據位、奇偶檢驗位、停止位，數據格式如下[2]：

所以8251A初始化方式控制字為7DH。

PC機采用Visual basic編程，VB支持面向對象的程序設計，具有結構化的事件驅動編程模式并可以使用無限擴增的控件，而且可以十分簡便地做出良好的人機界面。在標準的串口通信方面，在發送或接收數據的過程中觸發onComm事件，通過編程訪問CommEvent屬性了解通信事件的類型，分別各自的處理。VB串行初始化通信軟件如下[3]：