充分利用串行口數據傳輸優勢實現單片機通信設計

1.引言

MCS51單片機標準構成只有一組全雙工UART串行口，P3.0-RXD收、P3.1-TXD發，如果要完成多路串口收發，一般使用外部擴展芯片，例如：GM8123/25，完成一擴多路串口，但是，由于增加擴展芯片，造成硬件成本增加，PCB板面增大，抗干擾性下降等不良因素，因此能盡量使用現有串口，利用分時切換技術，完成串行口不同類型，不同端口的數據傳送是優先選擇。

2.硬件功能簡述

本設計用于數據采集監控系統如圖1所示。采用485串行口完成數據采集，和232串口輸出打印功能，這樣使得接口連線簡單，可靠性高。

RS-485工作特征：發送端：邏輯“1″兩線間的電壓差為+2至6V表示;邏輯”0″以兩線間的電壓差為-2至6V表示。接收端：A比B高200mV以上即認為是邏輯“1″，A比B低200mV以上即認為是邏輯”0″。RS485總線因其硬件設計和通信協議簡單、控制方便、成本低廉、傳輸距離遠以及可掛接多個從設備等優點，便于對分布式的各個現場測控設備實現集中控制，485現場總線技術得到了廣泛的應用。本設計采用MAX485E芯片，它是一款用于RS485和RS422通信的低功耗總線收發器，具有±15kV靜電放電沖擊保護和限擺率驅動特性，減小了電磁干擾和終端電纜反射，允許高達250kbps速率的無差錯數據傳輸。該芯片只需用5V的單電源電壓供電即可正常工作，而且在一條總線上最多可以連接32個負載。利用該芯片可以極大地簡化單片機和RS485總線的接口電路設計。

RS232接口是使用異步UART串行接口，其高低電平信號為-12V~+12V,因此抗干擾性優于TTL電平，傳送距離可達10多米，單片機與打印機數據交換就使用此種通信設計，它具有用線少，接口簡單可靠等優點。單片機TTL-RS232電平轉換接口電路采用Maxim公司生產的MAX232電平轉換芯片設計。MAX232芯片只需用5V的單電源供電，外加4個電容，就可實現單片機TTL電平和RS232電平之間的轉換，并直接驅動RS232總線進行數據傳輸，使用十分方便，其最高傳輸速率可達20kbps。RS232/RS485在串口傳送中各有優缺點，在此做一簡單比較：

(1)從接線上，RS232是三線制(收、發、地)，RS485是兩線制(A、B);(2)從傳輸距離上，RS232只能傳輸15米左右，RS485最遠可以傳輸1200米;(3)從速率上，RS232是全雙工傳輸，RS485是半雙工傳輸;(4)從協議層上，RS232只支持點對點通訊(1:1)，RS485支持總線形式通訊(1:N)。在本設計中RS232被用于距離不遠的打印機點對點串口輸出；而數據采集則需要在多個端點設備上，且距離較遠的地方收集，于是采用了RS485總線技術來實現。單片機一組串口要完成兩組不同電平傳送，關鍵是需要分時切換串口模式，本設計采用模擬開關CD4053芯片，通過P1.5控制完成了485、232串口分離，利用完成軟件分時輸入、輸出處理功能。該電路實現簡單，硬件資源利用率高。

本設計打印機RS232通訊協議方式采用ASCII方式。默認數據格式為：1位起始位，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗，波特率為2400bps.RS485采用半雙工模式，由P1.3控制收/發功能，其串口分配電路如圖2所示。

3.軟件功能簡介

本系統根據不同功能，由幾十個子程序模塊組成，現將相關串口分配實現數據收發的程序進行簡要分析(匯編語言描述)。

4.結論

本設計通過模擬開關CD4053將一路單片機串行口收發信號，分時轉換成兩路串行口，然后使用不同的接口芯片，實現了RS232和485總線同在一個系統下分時完成了通信工作。該設計優點：充分利用了串行口數據傳輸線少的優勢，接口簡單，并節省了不必要的硬件開銷，增加了信息傳送的可靠性。