基于8250的多機(jī)通信設(shè)計(jì)

實(shí)現(xiàn)串行通信的方法很多，例如可以根據(jù)通信協(xié)議的要求，用編寫(xiě)程序的方法完成串行通信中數(shù)據(jù)字符的接收和發(fā)送，但這種方法比較麻煩；為了快速、簡(jiǎn)便、有效的實(shí)現(xiàn)串行通信，PC系列及其兼容機(jī)都可以采用一個(gè)可編程異步串行通信接口芯片來(lái)執(zhí)行異步串行通信協(xié)議。這種異步通信接口芯片的核心是一個(gè)大規(guī)模集成通信組件，稱(chēng)為通用異步接收/發(fā)送器，或簡(jiǎn)稱(chēng)UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。

1﹒ 8051實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信原理

8051串行通信相關(guān)的三個(gè)控制寄存器SCON（Serial Controller）、PCON（Power Controller）和IE（Interrupted Enhanced）分別用于設(shè)定四種不同的通信方式及定義波特率。它的串行口工作方式3是可變波特率的9位數(shù)據(jù)異步通信方式，發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為1l 位：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位、1位附加的校驗(yàn)位和1位停止位。其中附加的第9位數(shù)據(jù)是可編程的，利用這一可控的第9位數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。

2﹒ PC機(jī)與8051通信原理

PC機(jī)的串行通信適配器，其核心為可編程異步收發(fā)器UART8250芯片，8250有10個(gè)可尋址寄存器供CPU讀/寫(xiě)，以實(shí)現(xiàn)與外界的通信，并制定通信協(xié)議和提供通信狀態(tài)信息。

8051單片機(jī)的串行通道是一個(gè)全雙工的串行通信口，既可以實(shí)現(xiàn)雙機(jī)通信，也可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。當(dāng)串行口工作在方式2或方式3時(shí)，若串行控制寄存器SCON的多機(jī)通信控制位SM2由軟件設(shè)置為“1”，則為多機(jī)方式；若SM2為“0”，則為9位異步通信方式。

在多機(jī)通信時(shí)，8051發(fā)送的幀格式是11位，其中第9位是SCON中的發(fā)送數(shù)據(jù)位TB8,它是多機(jī)通信時(shí)發(fā)送地址（TB8=1）或發(fā)送數(shù)據(jù)（TB8=0）的標(biāo)志。串行發(fā)送時(shí)自動(dòng)裝入串行幀格式的相應(yīng)位。在接收端，一幀數(shù)據(jù)的第9位信息被裝入SCON的接受數(shù)據(jù)位RB8中，接收機(jī)根據(jù)RB8以及SM2的狀態(tài)確定是否產(chǎn)生串行中斷標(biāo)志，從而可以響應(yīng)或不響應(yīng)串行中斷，這樣就實(shí)現(xiàn)了串行中斷。

PC機(jī)的串行通信由接口芯片8250完成。它是一種通用的異步接受/發(fā)送器，是專(zhuān)門(mén)為了適用于Intel公司的微處理機(jī)的數(shù)據(jù)通信而設(shè)計(jì)的。它接受來(lái)自CPU的并行數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)，通過(guò)發(fā)送器的移位寄存器發(fā)送出去。雖然8250不具備多機(jī)通信功能也不能產(chǎn)生TB8或RB8，但可以靈活地使用8250，用軟件完成上述功能。8250可以發(fā)送多種字長(zhǎng)，其中一幀最長(zhǎng)為11位，與8250發(fā)送的幀格式相比，差別僅在第9位，即PC機(jī)的 8250發(fā)送的第9位是奇/偶校驗(yàn)位，而不是相應(yīng)的地址/數(shù)據(jù)位標(biāo)志，可以采用軟件編程的方法使8250的奇/偶校驗(yàn)位形成正確的地址/數(shù)據(jù)標(biāo)志。

3﹒ PC機(jī)與8051的多機(jī)通信控制

雖然8250本身并不具備8051系列單片機(jī)的多機(jī)通信功能，但通過(guò)軟件的辦法，可使得8250滿(mǎn)足8051單片機(jī)通信的要求。

8250的端口地址范圍為3F8H~3FEH或2F8H~2FEH。其內(nèi)部寄存器的端口地址見(jiàn)表1。

表1 8250內(nèi)部寄存器的端口地址

8250可發(fā)送11位數(shù)據(jù)幀，這11位數(shù)據(jù)幀由1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗(yàn)位和1位停止位組成，其格式如下：

而8051單片機(jī)通信的典型數(shù)據(jù)格式為：

其中TB8是可編程位，通過(guò)使其為0或1而將數(shù)據(jù)幀和地址幀區(qū)別開(kāi)來(lái)。

比較上面兩種數(shù)據(jù)格式可知：它們的數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度相同，不同僅在于奇偶校驗(yàn)位和TB8。如果通過(guò)軟件的方法可以編程8250的奇偶校驗(yàn)位，使得在發(fā)送地址時(shí)為“1”，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)為“0”，則8250的奇偶校驗(yàn)位完全模擬單片機(jī)多機(jī)通信的TB8位。方法是把8250的通信線(xiàn)控制寄存器寫(xiě)入特定的控制字。

仔細(xì)研究串行卡的通信線(xiàn)控制寄存器3FBH的DS位功能可發(fā)現(xiàn)，在串行口初始化時(shí)設(shè)定3FB的D5=1，D3=1，而在發(fā)送地址時(shí)設(shè)置D4=0，在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)設(shè)置D4=1，這樣實(shí)現(xiàn)了8051中TB8的功能，不必每次都進(jìn)行調(diào)整。這種方法不僅節(jié)省了軟件開(kāi)支，而且提高了通信速度。

通過(guò)對(duì)8250的線(xiàn)路控制寄存器（LCR）的設(shè)置，可使8250具有很大的靈活性。要使8250與8051實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信，關(guān)鍵在于控制它的線(xiàn)路狀態(tài)，使它的數(shù)據(jù)傳輸格式與8051保持一致。根據(jù)8250線(xiàn)路控制寄存器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，可以在編程中作如下選擇：

若要求8250發(fā)送幀的奇偶校驗(yàn)位為1，只需要執(zhí)行

MOV DX，3FBH

MOV AL，2BH

OUT DX，AL

這三條語(yǔ)句，此時(shí)幀格式為：

若要求8250的奇偶位為0，只需執(zhí)行

MOV DX，3FBH

MOV AL，3BH

OUT DX，AL

這三條語(yǔ)句，此時(shí)幀格式為：

顯然，前者可作為多機(jī)通信中的地址幀，而后者作為數(shù)據(jù)幀。

4﹒ PC機(jī)非標(biāo)準(zhǔn)波特率的設(shè)置

8051單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)鐘絕大多數(shù)情況下都采用6MHz的石英晶體振蕩器，其串行口的波特率是由其內(nèi)部定時(shí)器TH1（8位）決定的，具體計(jì)算公式為：

Baud=（fosc﹡2SMOD）/（32﹡12﹡（256-TH1））=（15625﹡2SMOD）/（256-TH1）

式中SMOD可編程控制，TH1的不同值所確定的波特率不同。

如果用BASIC或直接調(diào)用ROM BIOS INT14（串行口中斷），那么只能設(shè)置幾種標(biāo)準(zhǔn)的波特率。在這種標(biāo)準(zhǔn)波特率下，8051很難實(shí)現(xiàn)，如4800的波特率，對(duì)使用6MHz晶振的單片機(jī)就無(wú)法實(shí)現(xiàn)。然而在實(shí)際應(yīng)用中，不大可能只為滿(mǎn)足標(biāo)準(zhǔn)波特率要求而選擇晶振。另一方面，在保證可靠通信的前提下，總是希望通信速度盡可能的快。所以，可以通過(guò)直接對(duì)8250的除數(shù)鎖存器編程，以取得非標(biāo)準(zhǔn)波特率。

假設(shè)多機(jī)通信波特率計(jì)算值為2400，由于單片機(jī)無(wú)法實(shí)現(xiàn)，因此可設(shè)計(jì)為1953，在單片機(jī)上令TH1=248且SMOD=0，而在PC機(jī)上令除數(shù)等于59，這樣便可以實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信。

5﹒ 對(duì)8250的編程

僅就8250而言，異步串行通信編程步驟如下：

step1：設(shè)定通信的規(guī)程，如波特率、奇偶校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度等；

step2：讀取通信線(xiàn)路(或MODEM)的狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行通信；

step3：送出（或接收）一個(gè)字節(jié)；

step4：重復(fù)step2和step3直到通信完畢。

當(dāng)允許中斷時(shí)，CPU送出（或接收）一個(gè)字節(jié)后，并不需要不斷查詢(xún)控制器的狀態(tài)，而可轉(zhuǎn)向執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)有中斷信號(hào)INT4發(fā)生并響應(yīng)后，再按上述step2、step3第三步處理即可。

應(yīng)用8250進(jìn)行串行通信時(shí)，首先要對(duì)其初始化，即設(shè)置波特率、通信采用的數(shù)據(jù)格式、是否使用中斷、是否自測(cè)試操作等。初始化后，則可采取程序查詢(xún)方式或中斷方式進(jìn)行通信。

8250的初始化一般分三步：

step1：設(shè)置波特率（假設(shè)為1200）

MOV AL，80H

MOV DX，3FBH

OUT DX,，AL

MOV AL，60H

MOV DX，3FBH

OUT DX，AL

MOV AL，00H

MOV DX，3F9H

OUT DX，AL

step2：設(shè)置通信數(shù)據(jù)格式（假設(shè)7個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位，偶校驗(yàn)）

MOV AL，1AH

MOV DX，3FBH

OUT DX，AL

step3：設(shè)置操作方式

MOV AL，03H

MOV DX，3FCH

OUT DX，AL；不允許中斷輸出

MOV DX，3FCH

MOV AL，OBH

OUT DX，AL；允許中斷輸出

MOV AL，13H

MOV DX，3FCH

OUT DX，AL；自測(cè)試工作方式

step4：設(shè)置中斷允許寄存器

MOV AL，00H

MOV DX，3F9H

OUT DX，AL

6﹒ 本文的創(chuàng)新點(diǎn)

本文的創(chuàng)新點(diǎn)在于：第一，利用可編程異步串行通信接口芯片執(zhí)行異步串行通信協(xié)議以實(shí)現(xiàn)通信；第二，通過(guò)直接對(duì)8250的除數(shù)鎖存器編程的方法，以取得非標(biāo)準(zhǔn)波特率。

參考文獻(xiàn)：

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