串行通信的硬件設(shè)計和實現(xiàn)通信工程專業(yè)

1 引 言在紅外成像技術(shù)的電力設(shè)備狀態(tài)檢測系統(tǒng)中，基于AT89C51單片機的應(yīng)用系統(tǒng)，采用美國雷態(tài)公司的型號為3iLRL3的非接觸式紅外測溫儀該測溫儀采用的是RS232C串行通信標(biāo)準(zhǔn)接口，該接口在很多通信設(shè)備中通用，目前與PC機的直接串行通信也是RS 232C接口。盡管RS232C性能指標(biāo)并非很好，但還是有廣泛的市場支持。串行通信技術(shù)在測控系統(tǒng)中占有很重要的地位，只用三根線就可以方便的在2個數(shù)字設(shè)備之間進(jìn)行信息的交換，實現(xiàn)全雙工的傳送數(shù)據(jù)，硬件成本低而且通用性好。2 串行通信的硬件設(shè)計在所開發(fā)的系統(tǒng)中紅外測溫儀將檢測電力沒備的工作和環(huán)境溫度，通過RS 232C串口傳給單片機，同時由單片機控制檢測裝置的在線工作組態(tài)，紅外檢測裝置的工作組態(tài)的制訂和選擇是由上位PC機來完成的，這樣，以單片機為核心組成的控制電路是數(shù)據(jù)的中轉(zhuǎn)站，上位PC機下傳紅外測溫儀的在線工作組態(tài)上傳紅外測溫儀的檢測的電力設(shè)備的在線工作溫度以診斷電力設(shè)備的工作狀態(tài)。在這里單片機與PC機的串行通信接口還是RS 232C的標(biāo)準(zhǔn)通信。AT89C51單片機僅有一個串口，這就要解決另一個串口外擴問題，系統(tǒng)利用的通用串行通信接口芯片8251A來擴展。該系統(tǒng)的串行通信的硬件電路如圖1所示。  RS-232是EIA(Electronics Industries Association)電平信號電平采用負(fù)邏輯，邏輯"1"=一12V，邏輯"0"=+12 V。這與單片機的TTL信號電平不兼容，所以RS232C與89C51單片機的串口RXD(串行接收口)和TXD(串行發(fā)送口)不能直接連接，需要跨接一個轉(zhuǎn)換器在RS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。市場上電平轉(zhuǎn)換的芯片很多，如早期廣泛使用MCl488和MCl489，MC1488是接收TTL電平輸出RS 232C電平MC1489是接收RS 232C電平，輸出TTL電平，該電平轉(zhuǎn)換接口的不便之處是需要±12 V工作電壓，并且功耗較大不適用于低功耗的系統(tǒng)。所以系統(tǒng)利用了MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232實現(xiàn)2種電平之間的轉(zhuǎn)換其主要優(yōu)點有：芯片內(nèi)部有一個電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5 V工作電壓轉(zhuǎn)換為RS 232C接口所需的±l 2 V電壓；同時可以實現(xiàn)2路2種電平的雙向轉(zhuǎn)換在該系統(tǒng)中可代替2片MCl488和2片MCl489，外接1個5 V的電源，而不需像MCl488和MCl489那樣外接±12 V電源，所以電路簡單，提高性能。在系統(tǒng)中，紅外測溫儀與PC機2個串行口，而89C51只有1個串口，利用可編程通用串行接口芯片8251A實現(xiàn)與上位Pc機通信，由于8251A串口芯片的片選端CS接到74LS138譯碼器的Y2因此8251A的口地址為OA000H，RXCLK和TXCLK接收和發(fā)送時鐘都連接51的T1口，利用T1作為波特率發(fā)生器1。3 軟件設(shè)計紅外測溫儀的串口通過MAX232直接與89C15連接，所以紅外掃描傳感頭按給定的掃描策略掃描電力設(shè)備，讀入溫度掃描信號，做最大值、最小值、平均值及異常剔除處理，單片機記錄掃描時間和溫度值，等待PC機命令向PC機發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送數(shù)據(jù)流程如圖2所示。紅外傳感器通過Pc機下傳的在線工作組態(tài)控制檢測電力設(shè)備的狀態(tài)，其接收數(shù)據(jù)的流程如圖3所示。單片機與PC機之間的串行通信通過825lA，所以在通信程序中首先對825lA進(jìn)行初始化編程，設(shè)置串口通信方式，確定通信協(xié)議。這些是通信程序設(shè)計的關(guān)鍵點。  (1)串口的工作方式設(shè)置通過對單片機的串口控制寄存器(SCON)的設(shè)置來完成，由于采用一幀11位的數(shù)據(jù)格式，所以89C51的串口的工作方式只能設(shè)置成方式2和方式3，數(shù)據(jù)傳輸?shù)牟ㄌ芈视卸〞r器控制，本系統(tǒng)采用方式3，單片機的串行接收的l幀數(shù)據(jù)中，奇偶校驗位由SCON的TB8和RB8(第9位數(shù)據(jù))來完成校驗功能。(2)串口波特率的設(shè)定 通過此公式的計算可以進(jìn)一步驗證在設(shè)計系統(tǒng)選用的晶振的頻率為110592 MHz時計算出來的T1初值沒有誤差。(3)握手信號的規(guī)定請求信號定為FFH、應(yīng)答信號定為FEH、錯誤信號定為FDH、結(jié)束信號定為FCH。(4)數(shù)據(jù)傳送方式利用RS 232C的2根傳輸線實現(xiàn)全雙工的發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。(5)通信方式異步通信方式，以字為單位傳送數(shù)據(jù)，由于發(fā)送與接收雙方使用各自的時鐘，所以在異步通信中嚴(yán)格規(guī)定數(shù)據(jù)幀的格式。(6)數(shù)據(jù)幀的格式一幀數(shù)據(jù)為11位，包括起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶檢驗位、停止位，數(shù)據(jù)格式如下2：所以8251A初始化方式控制字為7DH。 PC機采用Visual basic編程，VB支持面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計，具有結(jié)構(gòu)化的事件驅(qū)動編程模式并可以使用無限擴增的控件，而且可以十分簡便地做出良好的人機界面。在標(biāo)準(zhǔn)的串口通信方面，VB提供了具有強大的通信控件MSCOMM，文件名為MSCOMMVBX。該控件可設(shè)置串行 通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，對串口狀態(tài)及串行通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。在發(fā)送或接收數(shù)據(jù)的過程中觸發(fā)onComm事件，通過編程訪問CommEvent屬性了解通信事件的類型，分別各自的處理。VB串行初始化通信軟件如下3： 4 結(jié) 語串行通信技術(shù)目前在很多測控系統(tǒng)中廣泛被使用，而且遠(yuǎn)距離的通信使用的更為突出，本系統(tǒng)的RS 232C只是用于近距離的通信，在改進(jìn)的系統(tǒng)中使用RS 485可以擴大傳輸距離，并是系統(tǒng)穩(wěn)定性增強。