1、第31 卷 第6 期2005 年12 月东华大学学报 (自然科学版)J O U RN AL O F DON GHU A U N IV ERSI T YVol . 31 , No . 6Dec. 20055 1系列单片机多串口通讯任务的实现吴 佳1,钱伟康2(1.上海理工大学中德学院,上海,200093 ;2.上海理工大学电气工程学院,上海,200093 )51系列单片机系统应用日益广泛的今天,又是单片机的主要通讯方式,然而传统51单片机的串口已很难满足当今高速 、多串口通讯的应用要求,新的串口通讯方式就显得尤为重要了 。本文就如何利用51关键词:单片机,串口通讯,汇编语言中图分类号: TP 5
2、20在 单 片 机 系 统 的 应 用 中,串 口 通 讯 是 单 片 机 的主 要 通 讯 方 式,它 的 基 本 原 理 是 通 过 对 单 片 机 输 出T XD和R XD每 隔 一 定 时 间 输 出 高 电 平 或 低电 平 来 实 现 数 据 的 通 讯 。 因 此 单 片 机 的 串 口 受 到定 时 器T1的 影 响,往 往 传 送 速 度 会 受 到 很 大 限 制,当 波 特 率 大 于1 9 . 2 k时,传 统 串 口 就 很 难 实 现 了(表1所 示 为 常 用 串 口 通 讯 模 式) 。 此 外 现 今 的 单片 机 系 统 不 但 要 求 要 和 下 位 机
3、通 讯,而 且 还 要 同 时和 上 位 机 通 讯(一 般 为P C机)。 由 此 可 见,为 了 满足 现 今 单 片 机 系 统 的 多 级 通 讯 要 求,传 统 的 单 片 机串 口 在 功 能 和 应 用 上 已 经 显 得 捉 襟 见 肘 了,因 此 用软 件 来 模 拟 串 口 通 讯 就 有 了 很 大 的 应 用 价 值 。表1 常用波特率与其他参数设置串口工作方式波特率/(bits - 1)晶振频率/MHz定时器T1SMOD模式定时器初值62. 5 k12120FFH19. 2 k11. 059 2120FDH9. 6 k11. 059 2020FDH方式1和方式34.
4、8 k11. 0592020FAH2. 4 k11. 059 2020F4H1. 2 k11. 059 2020E8H137. 5 k11. 059 2021DH1 多串口通讯原理首先讨论串口通讯的工作原理(这里只讨论异步串行通讯)。8051通过引脚据接收端)TXD(P3. 1,外界进行通讯1器SBUF,他们占用同一地址收数据。发送缓冲器只能写入,冲器只能读出,不能写入。单片机用定时器T1器,T1 波特率。从图中可以看出一个字节被从接收缓冲器SBUF, 前一个字节CPU未读取时,SBUF的名义进行读或写的。当向令时即执行“MOVSBUF,A”,TXD送完便使发送中断标志位满足串口接收中断标志位
5、,数据并装载到接收缓冲器SBUF并申请中断。当执行“了一次读操作。由此可见,8051脚TXD和RXD以T1数据一位一位的发送或接收。因此摘要 在数据通讯是单片机实现自动化控制的主要方式之一 。而串口通讯因此寻找一种汇编语言来实现软件模拟串口进行分析和讨论 。引 脚RXD(P3. 0,串口数和引脚串口数据发送端 )与。其内部结构可简化为如图1所示。图中有两个物理上独立连接的接收、发送缓冲99H,可同时发送、接不能读出;接收缓串行发送与接收的速率与移位时钟同步。51作为串行通信的波特率发生溢出频率经二分频后又经过16分频作为串行发送或接收的移位脉冲。移位脉冲的速率即是,接收器是双缓冲结构,在前读出
6、之前,第二个字节即开始被接收但是在第二个字节接收完毕而会丢失前一个字节。串行口的发送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF发“ 写 ”命指令发送缓冲器SBUF自动装载并开始由引脚向外发送一帧数据,发TI(SCON. 1) =1。同理在 RI(SCON. 0) =0的条件下置允许接收位REN(SCON. 4) =1就会接收一帧中,同时使RI=1,MOVA,SBUF” 指令后便完成串口通讯是通过引经分频后作为波特率把一帧的,我们完全可以用6 期 吴 佳, 等: 51 系列单片机多串口通讯任务的实现图 1 串口内部结构示意图图 2 发送字节 5AH流程图63软 件 的 方 式 来 模 拟 一 个 串 口
7、 。这 里 我 们 假 设 使 用 的单 片 机 为 A T M EL 89 C51 R C2 2。具 体 做 法 为 : 使 用89 C51 R C2 自 带 的 定 时 器 T2为 波 特 率 发 生 器 , 利 用外 部 中 断 IN T0 作 为 中 断 源 , 通 过 引 脚 IN T0 ( P3 . 2 )和 IN T1 ( P3 . 3 ) 向 外 接 收 发 送 数 据 。其 原 理 由 图 2所 示 。图 2 中 我 们 可 以 看 出 一 个 字 节 的 发 送 完 全 是按 照 这 个 字 节 每 个 位 的 数 据 ( 0 或 1 )来 发 送 的 。例 如 5 A H
8、 这 个 字 节 的 二 进 制 为 0 1 0 1 1 0 1 0 B , 加 上起 始 位 为 低 电 平 , 停 止 位 为 高 电 平 , 一 共 十 位 , 按照 从 低 到 高 的 顺 序 一 位 一 位 地 发 送 。 另 外 用T2作 为 定 时 器 又 可 做 到 波 特 率 可 调 控 的 特 点 。当 波特 率 为 9 6 0 0 时 , 即 它 每 秒 能 传 送 9 6 0 0 bit 的 数据 , 所 以 他 传 送 一 个 bit 的 时 间 为 1 /9 6 0 0 =1 0 4 s 。为 了 确 保 数 据 采 样 的 准 确 率 , 我 们 取5 2 s为
9、一 个 单 位 时 间 , 这 样 就 能 保 证 是 在 高 电 平 或 低电 平 的 中 间 点 的 位 置 上 来 取 值 , 以 保 证 准 确 性 。图 3 所 示 为 数 据 采 样 示 意 图 。在 接 收 数 据 时 , 由于 起 始 位 为 电 平 0 信 号 , 这 样 正 好 能 触 发 外 部 中断 来 模 拟 串 行 口 中 断 。接 下 来 就 可 通 过 硬 件 和 软件 来 实 现 串 行 口 的 模 拟 。 图 3 数据采样示意图 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All
10、 rights reserved. http:/64 东华大学学报(自然科学版) 第 31 卷2 硬件设计参考按照MAXIM公司提供的设计参考,串口通讯电路由 89C521RC2 单片机芯片、串口芯片MAX232CPE和串行口 P1组成。外部中断INT0与芯片的R1OUT引脚相连,外部中断INT1与芯片的T1IN 引脚相连 ,相对于串行口的2脚和3脚,外接的5个25V/1F的电容具有滤波效应。图4所示3为串口通讯的基本设计电路。3 试验结果图 4 串口连接电路图ATMEL AT89C51RC2单片机自带的定时器T2的计算公式为:f out= f clk/ 12(0FFFFH-RCAP2H/RC
11、AP2L) (1)式(1) 中f out是定时器 T2的溢出频率,f clk是晶振频率,RCAP2和RCAP2L是定时器T2的初值寄存器,他们都是八位的寄存器,在计算时代入寄存C H1 通道的 每个格子 C H1 通道为上升器所存储的初值。若取 f clk= 11. 059 2 MHz;RCAP2H /RCAP2L=0FFCFH,则通过计算可得T2的时间周期 T=12 (0FFFFH- 0FFCFH) /11 059 20052s,其中 0FFFFH - 0FFCFH是十六进制的计算,然后再换算成十进制除以11059 200,结果为52s正好满足波特率的需求。图5所示为用示波器所测得的调试波形
12、图,图中横轴代表时间,每格为时间尺度400s,从曲线上可以看出,它传送3个数据位的时间为320s,因此它每传送一位的时间为106s,误码率约为1. 9%,完全在可接收范围中。而且从波形的质量来看完全满足串行传送的电平要求。触发电平为 5 V 代表 400s 沿触发 ,这里测到91 2 V 的电压值图 5 示波器所测的调试波形图在 程 序 设 计 方 面 , 需 特 别 注 意 程 序 的 时 序 问题 。这 里 要 强 调 的 是 位 与 位 之 间 的 时 间 间 隔 一定 要 精 确 ( 包 括 起 始 和 停 止 位 ) , 另 外 程 序 指 令 要精 炼 , 如 果 程 序 过 于
13、庞 大 , 就 会 造 成 位 与 位 之 间的 时 间 间 隔 过 长 , 从 而 形 成 时 间 上 的 误 差 累 积 ,使 得 整 个 程 序 接 收 或 发 送 的 时 序 误 差 加 大 。 本设 计 通 过 示 波 器 的 观 测 , 证 明 其 整 个 程 序 的 设 计是 正 确 的 。 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/6 期4 参考源代码吴 佳, 等: 51 系列单片机多串口通讯任务的实现 JNB TF2, 65发送子程序:UAR
14、T2SD:CLR TXD2 设置起始位JNB TF2, CLR TF2MOV R2, #08HJNB TF2, 等待一个方波周期CLR TF2CLR TF2 MOV C,RXD2MOV ACC. 7,CJNB TF2, CLR TF2 JNB RXD2, 等待停止位SETB RXD2 RETU2SDLP:RRC A发送循环 这里要说明的是在接收子程序中,采用了累加器ACC来代替 SBUF的功能,并用标志位C来存MOV TXD2,C 8BIT按照顺序一位一位发送JNB TF2, CLR TF2JNB TF2, CLR TF2DJNZ R2, U2SDLPSETB TXD2 RET接收子程序:UA
15、RT2RV:JB RXD2, 是否到起始位SETB TR2 启动定时器TR2JNB TF2, CLR TF2 BITJNB TF2, CLR TF2 JNB TF2, CLR TF2 BITMOV C,RXD2MOV ACC. 0,CJNB TF2, BITCLR TF2 重复刚才的程序储引脚INT0的数据。这样做就能够十分准确地把要接收的数据保存下来。5 结束语如今,越来越多的单片机系统需要用到两个或两个以上串口(与上位机和下位机)的通讯要求。与上位机通讯一般指的是与PC的串口异步通讯,它具有速度快、高精度和负载能力强的特点,常用于监控软件的通讯方式4。但是与下位机通讯往往就要求串行口拥有可
16、调节的特性,这是传统单片机附带的串口通讯所欠缺的。以上所讨论的方法不仅能弥补单片机只有一个串行口的不足,而且它还具有波特率可调的种种优势,这就有实际的应用价值。这一用单片机实现多串口通讯的技术已经成功地应用于“EDV3 中文控制系统”,它是利用单片机(ATMEL 8052系列 )来实现对一个整流系统中的各个模块的实时控制及相对应的状态参数的中文显示。参 考 文 献 1 李朝青. 8051串行口及串行通讯技术.北京: 北京航空航天大学出版社, 2003: 185 194 2 余永权.世界流行单片机技术手册美国系列.北京: 北京航空航天大学出版社,2004: 1 20 3 张琴,向先波. TMS3
17、20F24X与PC机串行通信接口设计及应用.今日电子, 2004 , (11) : 104 106 4 胡景春,庄海军. TMS320VC33 同步串行口和PC实现异步串行通信.电子产品世界, 2004 , (10上半月) : 110 114(下转第 80 页) 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/80 东华大学学报(自然科学版)A S t u d y o n t h e M e c h a n i s m o f P i l l i n g f o r
18、W o o lt h ep i l l i n gc o m m u n i c a t i o n .m u l t i p l es e r i e sP o l y e s t e rS i r o f i lY a r nT I A N Chun , Z H A N G Zhi2long , W A N G S han2y uan( College of Textiles , Donghua University , Shanghai ,200051)第 31 卷A b s t r a c t P i l l i n g f o r Si r o f i l y a r n h a s
19、 b e e n a d if f i c u l t p r o b l e m , e s p e c i a l l y si r o f i l y a r n w i t h P E T s t a p l e f i b r e .D u r i n g p i l l i n g , s o m e p r o b l e m s a r e c a u s e d t h a t f i b e r s a r e k i n k e d , c a u si n g t h e s h e d c l i n g i n g i n p r o c e s s o fw e
20、a vi n g a n d d e c r e a si n g w e a v i n g ef f i c i e n c y . A s a r e s u l t , t h e s u r f a c e o f w o v e n f a b r i c s i s c o v e r e d w i t h s o m ep i l l i n g w h i c h a f f e c t s u r f a c e q u a l i t y o f f a b r i c s . T h i s p a p e r a n a l y z e d t h e p r o
21、b l e m o f p i l l i n g f o r si r o f i l y a r n ,-8520e s p e c i a l l y si r o f i l y a r n w i t h P E T s t a p l e f i b r e .I to fP E Ts t a p l ef i b r eo nf o rsi r o f i le x p e r i m e n t a l c o m p a r i si o n .p i l l i n g f o r si r o f i l y a r n .Ke y wo r d s :w o o l2p
22、 o l y e s t e r y a r n , si r o f i l , p i l l i n g(上 接 第65页)AW a yt oA c c o m p l i s hC o m m u n i c a t i o no nW U J i a1A b s t r a c t w a y t oc o m p l e t et h eB u tt h eh i g h s p e e d a n dm u l t i p l e p o r tc o m m u n i c a t i o n .a c c o m p l i s h t h et a s ko fp o r
23、tl a n g u a g e .Ke y wo r d s :s d e e m e d t h a t t h e p h y si c a l p r o p e r t y o fP E T s t a p l e f i b r ew o u l d i n f l u e n c e t h e c o n s t r u c t i o n o f si r o f i l y a r n a n d b a s e d o n t h i s , si r o f i l y a r n s w e r e s p u n , c h a n g i n g t h ec o
24、 n t e n t r a t i o o f P E T s t a p l e f i b r e i n si r o f i l y a r n a n d k e e p i n g t h e o t h e r p a r a m e t e r s c o n s t a n t .T h e i n f l u e n c ey a r nw a sd i s c u s s e dt h r o u g ht h e o r e t i c a la n a l y si sa n dT h e r e s u l t s h o w e d t h a t r e a
25、s o n a b l e c h o i c e o fP E T s t a p l e f i b r e c a n r e d u c e t h et h eT a s ko fM u l t i p l eS e r i e sP o r t5 1S i n g l eC h i pS y s t e m, Q I A N W ei2k an g2( 1. Chinese Germany College , University of Shanghai f or Science and Technology , Shanghai , 200093 ;2 . College of
26、Electrical Engineering , University of Shanghai f or Science and Technology , Shanghai , 200093)5 1 si n g l e c h i p s y s t e m s h a v e m o r e a p p l i c a t i o n n o w a d a y s , a n d s e r i e s p o r t h a s b e c o m e t h e m a i nt r a d i t i o n a ls e r i e sp o r tc a ntm e e tt
27、h en e e d s o ft o d a ysT h ea r t i c l em a i n l y i n t r o d u c e s an e ww a ya b o u th o wt oc o m m u n i c a t i o na n dsi m u l a t et h es e r i e sp o r tb ya s s e m b l esi n g l e c h i p c o m p u t e r , s e r i e s c o m m u n i c a t i o n , a s s e m b l e l a n g u a g e 1994-2006 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/
