基于单片机应用系统的串行通信设计 - 全文

1 引 言

　　在红外成像技术的电力设备状态检测系统中，基于AT89C51单片机的应用系统，采用美国雷态公司的型号为3iLRL3的非接触式红外测温仪。该测温仪采用的是RS232C串行通信标准接口，该接口在很多通信设备中通用，目前与PC机的直接串行通信也是RS 232C接口。尽管RS232C性能指标并非很好，但还是有广泛的市场支持。就可以方便的在2个数字设备之间进行信息的交换，实现全双工的传送数据，硬件成本低。而且通用性好。

　　2 串行通信的硬件设计

　　串行通信是指 使用一条数据线，将数据一位一位地依次传输，每一位数据占据一个固定的时间长度。其只需要少数几条线就可以在系统间交换信息，特别使用于计算机与计算机、计算机与外设之间的远距离通信。

　　在所开发的系统中。红外测温仪将检测电力没备的工作和环境温度，通过RS 232C串口传给单片机，同时由单片机控制检测装置的在线工作组态，红外检测装置的工作组态的制订和选择是由上位PC机来完成的，这样，以单片机为核心组成的控制电路是数据的中转站，上位PC机下传红外测温仪的在线工作组态。在这里单片机与PC机的串行通信接口还是RS 232C的标准通信。AT89C51单片机仅有一个串口，这就要解决另一个串口外扩问题，系统利用的通用串行通信接口芯片8251A来扩展。该系统的串行通信的硬件电路如图1所示。

　　RS-232是EIA（Electronics Industries Association）电平。信号电平采用负逻辑，逻辑"1"=一12V，逻辑"0"=+12 V。这与单片机的TTL信号电平不兼容，所以RS232C与89C51单片机的串口RXD（串行接收口）和TXD（串行发送口）不能直接连接，需要跨接一个转换器在RS232C与TTL电路之间进行电平转换。输出RS 232C电平。MC1489是接收RS 232C电平，输出TTL电平，该电平转换接口的不便之处是需要±12 V工作电压，并且功耗较大。不适用于低功耗的系统。

　　在系统中，红外测温仪与PC机2个串行口，而89C51只有1个串口，利用可编程通用串行接口芯片8251A实现与上位Pc机通信，由于8251A串口芯片的片选端CS接到74LS138译码器的Y2.因此8251A的口地址为OA000H，RXCLK和TXCLK接收和发送时钟都连接51的T1口，利用T1作为波特率发生器[1]。

　　3 软件设计

　　AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

　　主要特性：

　　·与MCS-51 兼

　　128×8位内部RAM

　　·32可编程I/O线

　　·两个16位定时器/计数器

　　·5个中断源

　　·可编程串行通道

　　·低功耗的闲置和掉电模式

　　·片内振荡器和时钟电路

　　红外测温仪的串口通过MAX232直接与89C15连接，所以红外扫描传感头按给定的扫描策略扫描电力设备，读入温度扫描信号，做最大值、最小值、平均值及异常剔除处理，单片机记录扫描时间和温度值，等待PC机命令。向PC机发送数据，发送数据流程如图2所示。红外传感器通过Pc机下传的在线工作组态控制检测电力设备的状态，其接收数据的流程如图3所示。单片机与PC机之间的串行通信通过825lA，所以在通信程序中首先对825lA进行初始化编程，设置串口通信方式，确定通信协议。这些是通信程序设计的关键点。

 
 
 
 

　　（1）串口的工作方式设置

　　通过对单片机的串口控制寄存器（SCON）的设置来完成，由于采用一帧11位的数据格式，所以89C51的串口的工作方式只能设置成方式2和方式3，数据传输的波特率有定时器控制，本系统采用方式3，单片机的串行接收的l帧数据中，奇偶校验位由SCON的TB8和RB8（第9位数据）来完成校验功能。

　　（2）串口波特率的设定

 

　　通过此公式的计算可以进一步验证在设计系统选用的晶振的频率为11.0592 MHz时计算出来的T1初值没有误差。

　　（3）握手信号的规定

　　请求信号定为FFH、应答信号定为FEH、错误信号定为FDH、结束信号定为FCH。

　　（4）数据传送方式

　　利用RS 232C的2根传输线实现全双工的发送和接收数据。

　　（5）通信方式

　　异步通信方式，以字为单位传送数据，由于发送与接收双方使用各自的时钟，所以在异步通信中严格规定数据帧的格式。

　　（6）数据帧的格式

　　一帧数据为11位，包括起始位、数据位、奇偶检验位、停止位，数据格式如下[2]：

　　所以8251A初始化方式控制字为7DH。

 

　　PC机采用Visual basic编程，VB支持面向对象的程序设计，具有结构化的事件驱动编程模式并可以使用无限扩增的控件，而且可以十分简便地做出良好的人机界面。在标准的串口通信方面，在发送或接收数据的过程中触发onComm事件，通过编程访问CommEvent属性了解通信事件的类型，分别各自的处理。VB串行初始化通信软件如下[3]：

 

　　4 结 语

　　串行通信技术目前在很多测控系统中广泛被使用，而且远距离的通信使用的更为突出，本系统的RS 232C只是用于近距离的通信，在改进的系统中使用RS 485可以扩大传输距离，并是系统稳定性增强。