51單片機的串行口擴展方法設計

1 引言

在研究采場瓦斯積聚模擬試驗臺的過程中，筆者設計了主從式多機采控系統結構。主從式多機控制系統是實時控制系統中較為普遍的結構形式，它具有可靠性高，結構靈活等優點。當選用單串口51單片機構成這種主從式多機系統時，51單片機一方面可能要和主機Computer通信，一方面又要和下位機通信，這時就需要擴展串行通道。本文具體介紹了兩種串行通道的擴展方法。

2 串行口的擴展方法

常用的標準51單片機內部僅含有一個可編程的全雙工串行通信接口，具有UART的全部功能。該接口電路不僅能同時進行數據的發送和接收，也可作為一個同步移位寄存器使用。當以此類型單片機構成分布式多級應用系統時，器件本身的串口資源就不夠用了。筆者在實際開發中，查閱了有關資料，總結出如下兩種常用而有效的串行通道擴展方法。

2.1 基于SP2538的擴展方法

SP2538是專用低功耗串行口擴展芯片，該芯片主要是為解決當前基于UART串口通信的外圍智能模塊及器件較多，而單片機或DSP原有的UART串口又過少的問題而推出的。利用該器件可將現有單片機或DSP的單串口擴展至5個全雙工串口。使用方法簡單、高效。

在應用SP2538擴展串行通道時，母串口波特率K1=2880*Fosc_in，單位是MHz，且Fosc_in小于20.0MHz, 在SP2538輸入時鐘Fosc_in =20.0MHz時母串口可自適應上位機的56000bps和57600bps兩種標準波特率輸入。子串口波特率K2=480*Fosc_in。

母串口和所有子串口都是TTL電平接口，可直接匹配其他單片機或TTL數字電路，如需連接PC機則必須增加電平轉換芯片如MAX202 、MAX232 等。SP2538具有內置的上電復位電路和可關閉的看門狗監控電路。上位機寫命令字0x10可實現喂狗，寫命令字0x15關閉看門狗，初次上電后看門狗處于激活狀態或寫命令字0x20激活看門狗監控功能。上位機可通過芯片復位指令0x35在任何時候讓芯片進行指令復位，也可通過芯片睡眠指令0x55在任何時候讓芯片進入微功耗睡眠模式以降低系統功耗。初次上電后芯片不會自行進入睡眠模式，但只能由上位機通過母串口任意發送一個字節數據將其喚醒，其他子串口不具備這一功能。

圖(1)是AT89C52單片機與SP2538的電路連接，圖中，AT89C52的全雙工串口與SP2538的母串口5相連，該串口同時也作為命令/數據口。SP2538的ADRI0、ADRI1、ADRI2分別與AT89C52的P2.3、P2.4、P2.5口相連，可用于選擇發送數據是選擇相應的串口0~4；ADRO0、ADRO1、ADRO2與P2.0、P2.1、P2.2相連，用于判斷接收的數據來自哪一個串口。 SP2538的時鐘頻率選為20.0MHZ，此時母串口5的波特率為57600bps，串口0~4的波特率為9600bps。

下面是與上述硬件電路相關的接口程序，該程序用A51匯編語言編制，程序僅說明了中斷方式下對子串口0(TX0、RX0)的操作，其它子串口類似。
TBLOCK DATA 20H
RBLOCK DATA 30H
LENGTH DATA 14H
…
TXR_REV_SEND: CLR ES
JBC RI,RECEIVE
CLR TI
MOV A,@R0
CLR P2.0 ; 寫數據到SBUF前必須先置欲發送子串口的地址
CLR P2.1
CLR P2.2
MOV SBUF,A
DJNZ R2,NEXT
SJMP $
NEXT: INC R0
RETI
RECEIVE: MOV A,P2
AND A,#31H ;判斷是否為子串口0
JNZ ELSE
MOV A,SBUF
MOV @R1,A
INC R1
RETI

2.2 基于Intel8251的串行口擴展方法

上面基于SP2538的串口擴展方法可以說是一種串行的擴展方法，這里基于Intel8251的擴展方法則是一種并行的方法。Intel8251是一種通用的同步/異步發送器(USART)，它的工作方式可以通過編程設置。能夠以同步或異步串行通信方式工作，能自動完成幀格式。