摘要：在以單片機(jī)為核心的多級(jí)分布式系統(tǒng)中，常常需要擴(kuò)展單片機(jī)的串行通信口，本文分別介紹了基于SP2538專(zhuān)用串行口擴(kuò)展芯片及Intel8251的兩種串行口擴(kuò)展方法，并給出了實(shí)際的硬件電路原理及相應(yīng)的通信程序段。
關(guān)鍵詞：串口擴(kuò)展；單片機(jī)；SP2538；Intel8251

1 引言
  
    在研究采場(chǎng)瓦斯積聚模擬試驗(yàn)臺(tái)的過(guò)程中，筆者設(shè)計(jì)了主從式多機(jī)采控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。主從式多機(jī)控制系統(tǒng)是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中較為普遍的結(jié)構(gòu)形式，它具有可靠性高，結(jié)構(gòu)靈活等優(yōu)點(diǎn)。當(dāng)選用單串口51單片機(jī)構(gòu)成這種主從式多機(jī)系統(tǒng)時(shí)，51單片機(jī)一方面可能要和主機(jī)Computer通信，一方面又要和下位機(jī)通信，這時(shí)就需要擴(kuò)展串行通道。本文具體介紹了兩種串行通道的擴(kuò)展方法。

2 串行口的擴(kuò)展方法
  
    常用的標(biāo)準(zhǔn)51單片機(jī)內(nèi)部?jī)H含有一個(gè)可編程的全雙工串行通信接口，具有UART的全部功能。該接口電路不僅能同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個(gè)同步移位寄存器使用。當(dāng)以此類(lèi)型單片機(jī)構(gòu)成分布式多級(jí)應(yīng)用系統(tǒng)時(shí)，器件本身的串口資源就不夠用了。筆者在實(shí)際開(kāi)發(fā)中，查閱了有關(guān)資料，總結(jié)出如下兩種常用而有效的串行通道擴(kuò)展方法。

2.1 基于SP2538的擴(kuò)展方法
    SP2538是專(zhuān)用低功耗串行口擴(kuò)展芯片，該芯片主要是為解決當(dāng)前基于UART串口通信的外圍智能模塊及器件較多，而單片機(jī)或DSP原有的UART串口又過(guò)少的問(wèn)題而推出的。利用該器件可將現(xiàn)有單片機(jī)或DSP的單串口擴(kuò)展至5個(gè)全雙工串口。使用方法簡(jiǎn)單、高效。
在應(yīng)用SP2538擴(kuò)展串行通道時(shí)，母串口波特率K1=2880*Fosc_in，單位是MHz，且Fosc_in小于20.0MHz, 在SP2538輸入時(shí)鐘Fosc_in =20.0MHz時(shí)母串口可自適應(yīng)上位機(jī)的56000bps和57600bps兩種標(biāo)準(zhǔn)波特率輸入。子串口波特率K2=480*Fosc_in。
    母串口和所有子串口都是TTL電平接口，可直接匹配其他單片機(jī)或TTL數(shù)字電路，如需連接PC機(jī)則必須增加電平轉(zhuǎn)換芯片如MAX202 、MAX232 等。SP2538具有內(nèi)置的上電復(fù)位電路和可關(guān)閉的看門(mén)狗監(jiān)控電路。上位機(jī)寫(xiě)命令字0x10可實(shí)現(xiàn)喂狗，寫(xiě)命令字0x15關(guān)閉看門(mén)狗，初次上電后看門(mén)狗處于激活狀態(tài)或?qū)懨�令�?x20激活看門(mén)狗監(jiān)控功能。上位機(jī)可通過(guò)芯片復(fù)位指令0x35在任何時(shí)候讓芯片進(jìn)行指令復(fù)位，也可通過(guò)芯片睡眠指令0x55在任何時(shí)候讓芯片進(jìn)入微功耗睡眠模式以降低系統(tǒng)功耗。初次上電后芯片不會(huì)自行進(jìn)入睡眠模式，但只能由上位機(jī)通過(guò)母串口任意發(fā)送一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)將其喚醒，其他子串口不具備這一功能。
      圖(1)是AT89C52單片機(jī)與SP2538的電路連接，圖中，AT89C52的全雙工串口與SP2538的母串口5相連，該串口同時(shí)也作為命令/數(shù)據(jù)口。SP2538的ADRI0、ADRI1、ADRI2分別與AT89C52的P2.3、P2.4、P2.5口相連，可用于選擇發(fā)送數(shù)據(jù)是選擇相應(yīng)的串口0~4；ADRO0、ADRO1、ADRO2與P2.0、P2.1、P2.2相連，用于判斷接收的數(shù)據(jù)來(lái)自哪一個(gè)串口。 SP2538的時(shí)鐘頻率選為20.0MHZ，此時(shí)母串口5的波特率為57600bps，串口0~4的波特率為9600bps。
    下面是與上述硬件電路相關(guān)的接口程序，該程序用A51匯編語(yǔ)言編制，程序僅說(shuō)明了中斷方式下對(duì)子串口0(TX0、RX0)的操作，其它子串口類(lèi)似。
TBLOCK  DATA   20H
RBLOCK  DATA   30H
LENGTH  DATA   14H
               …
TXR_REV_SEND:  CLR   ES
               JBC   RI,RECEIVE
               CLR   TI
               MOV   A,@R0
               CLR   P2.0  ; 寫(xiě)數(shù)據(jù)到"SBUF"前必須先置欲發(fā)送子串口的地址
               CLR   P2.1
               CLR   P2.2
               MOV   SBUF,A
               DJNZ  R2,NEXT
               SJMP  $
NEXT:          INC   R0
               RETI
RECEIVE:       MOV   A,P2
               AND   A,#31H   ;判斷是否為子串口0
               JNZ   ELSE
               MOV   A,SBUF
               MOV   @R1,A
               INC   R1
               RETI
 

圖(1) AT89C52與SP2538的電路連接

2.2 基于Intel8251的串行口擴(kuò)展方法
    上面基于SP2538的串口擴(kuò)展方法可以說(shuō)是一種串行的擴(kuò)展方法，這里基于Intel8251的擴(kuò)展方法則是一種并行的方法。Intel8251是一種通用的同步/異步發(fā)送器(USART)，它的工作方式可以通過(guò)編程設(shè)置。能夠以同步或異步串行通信方式工作，能自動(dòng)完成幀格式。
    Intel8251具有獨(dú)立的接收/發(fā)送器。在異步方式下，用于產(chǎn)生8251內(nèi)部時(shí)序的時(shí)鐘CLK輸入至少應(yīng)為發(fā)送或接收時(shí)鐘的4.5倍。接收/發(fā)送(RXC/TXC)時(shí)鐘應(yīng)為波特率的1倍、16倍或64倍(由8251的工作方式字設(shè)定)。
    圖(2)是用Intel8251擴(kuò)展一個(gè)串行通道的電路原理，圖中，11.0592MHZ晶振經(jīng)ALE6分頻后于、組合，產(chǎn)生1.8432MHZ的時(shí)鐘頻率，分別作為8251與8253的時(shí)鐘輸入，若設(shè)定8251通信波特率為9600bps，波特率因子為16，則需要 153.6KHZ的接收/發(fā)送時(shí)鐘頻率，該頻率可由8253的OUT0產(chǎn)生。
    下面的A51程序段說(shuō)明了如何設(shè)置8253使其產(chǎn)生153.6KHZ的方波，以及如何用8251收/發(fā)數(shù)據(jù)：
;設(shè)置8253的程序段：
MOV   A,#36H         ; 計(jì)數(shù)器0輸出方波控制字
                   MOV   DPTR,#0FFFFH   ; 指向控制字寄存器
MOVX  @DPTR,A
MOV   DPTR,#0FFFCH   ; 指向0計(jì)數(shù)器地址
                   MOV   A,#0DH
                   MOVX  @DPTR,A
                   MOV   A,#0
                   MOVX  DPTR,A
                   SETB  P1.0
;操作8251的程序段：
                   …
       START:      MOV   DPTR,#7FFFH   ;8251控制、命令口地址
                   MOV   A,#5EH        ;一個(gè)停止位，奇校驗(yàn)，8位數(shù)據(jù)，異步*16
                   MOVX  @DPTR,A       ;寫(xiě)入方式字
                   MOV   A,#15H
                   MOVX  @DPTR,A       ;命令字，啟動(dòng)發(fā)送和接收器
                   …
        LOOP:      SJMP  LOOP          ;等待8251中斷
        8251_INT:  ;現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)
                   MOV   DPTR,#7FFFH
                   MOV   A,@DPTR
                   JB    ACC.0,TX_INT
                   JB    ACC.1,RX_INT
        INT_EXIT:  ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)
                   RETI
        ;發(fā)送數(shù)據(jù)
TX_INT:    MOV   DPTR,#7FFEH     ;8251數(shù)據(jù)口地址
                   MOV   A,20H
                   MOVX  @DPTR,A
                   …
                   AJMP  INT_EXIT
        ;接收數(shù)據(jù)
RX_INT:    MOV   DPTR,#7FFEH
                   MOVX  A,@DPTR
                   MOV   30H,A
                   …
                   AJMP  INI_EXIT
    
  
圖(2)用8251擴(kuò)展串行通道的硬件電路原理
                
3 結(jié)束語(yǔ)
    以單片機(jī)為核心的多級(jí)分布式系統(tǒng)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，上面討論的兩種串行口的擴(kuò)展方法為此類(lèi)多串口應(yīng)用領(lǐng)域提供了一個(gè)良好的解決方案。筆者在實(shí)際中采用基于SP2538的擴(kuò)展方法，設(shè)計(jì)了采場(chǎng)瓦斯積聚模擬試驗(yàn)臺(tái)的多級(jí)分布式采控系統(tǒng)，效果良好。

參考文獻(xiàn)

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[2] 胡漢才  單片機(jī)原理及其接口技術(shù)  清華大學(xué)出版社  1996.7
[3] SP2538數(shù)據(jù)手冊(cè)  成都視普科技有限公司  2003.2.12