《单片机原理与应用》课程论文--基于单片机多串口扩展

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1、合肥学院《单片机原理与应用》课程论文课程论文题目院系名称专业（班级）姓名（学号）指导教师年月日单片机多串口扩展设计要求：选定具体单片机，利用IO口模拟单片机的串口时序，该软串口具有修改波特率、设定串口通信数据格式等功能，对外提供串口电平。报告要求：选定单片机和所有器件具体型号，报告需有设计过程、原理图、程序流程图和源程序。功能分析:针对大多数单片机都只有一个串口的局限,在多数情况下限制它们的应用。利用单片机串口扩展技术,以MCS51系列单片机8751为例进行串行接口扩展,包括扩展两个独立的串口、一点对多点分时串口、单片机与RS232/RS422/RS485的串行通信接口。实际应用证明

2、,设计可靠,稳定性好。用多种方法进行串口扩展,解决了单片机在串行通信系统中的串口局限问题。引言随着单片机技术的不断发展,特别是网络技术在测控领域的广泛应用,由单片机构成的多机网络测控系统已成为单片机技术发展的一个方向。单片机的应用已不仅仅局限于传统意义上的自动监测或控制[1],而形成了向以网络为核心的分布式多点系统发展的趋势[2]。大多数单片机都只有一个串行接口,在多数情况下限制了这些单片机的进一步应用。要实现单片机在应用系统中的有效通信,就必须利用单片机的串口扩展技术对单片机进行串口扩展。单片机串口扩展是根据应用系统设计的需要,把一个串口扩展为多个同类型的串口或一个串口扩展为多个不

3、同类型(RS232/RS422/RS458)的串口,或扩展两个独立的串口,以便与不同接口的计算机或设备进行串行通信。1　单片机串口扩展的硬件总体设计单片机与PC机或外设的串行通信一般采用RS232/RS422/RS485总线标准接口[3]。为保证通信可靠,在选择接口时必须注意通信的速率、通信距离、抗干扰能力、电平匹配和通信方式[4]。本文为了解决在单片机串行通信时遇到的串口问题,以MCS51系列单片机8751为例,进行串口扩展,其串口扩展的逻辑框图如图1所示,包括通过通信接口芯片8251再扩展一个独立串口,通过16×1的多路切换器CD4067实现一点对多点分时串口通信,以及通过电平转

4、换器MAX232,MAX488,MAX485实现单片机与不同类型接口RS232/RS422/RS458的计算机或设备的串行通信。图1　单片机串口扩展的逻辑框图2　两个独立串口扩展的电路设计在单片机应用系统设计中,有时需要两个独立的全双工串口进行通信,但CPU8751只有一个串口,要扩展另一个独立的串口,可通过8751的P0扩展可编程通信接口芯片Intel8251完成[5],采用中断方式,因为它能更大限度地提高资源的利用率,使CPU8751在不进行数据通信时做其它的工作。当有发送/接收请求时,即TxRDY/RxRDY=1,向8751的INTO请求中断,其电路设计如图2所示,允许使用19

5、200波特的传送速率与外界通信。考虑到8251在异步通信方式时,输入时钟频率CLK必须大于接收时钟频率RxCLK和发送时钟频率TxCLK的415倍,RxCLK和TxCLK是波特率的1、16或32倍。要由CLK分频得到需要的Rx2CLK和TxCLK,但不同的波特率对应分频倍数不同,要由硬件完成不同分频倍数是很复杂的,这里选用可编程芯片计数/定时器Intel8253来完成,只需根据不同情况改变计数初值。如果要8253工作在方式3即方波速率发生器,对应的门控位GATE要为高电平,因而用8751的P11=0的状态来启动通道工作,要求初始化时系统禁止通信,由于单片机各端口复位后处于高电平状态,

6、所以P11端加一非门。当8253的计数频率为118432MHz、工作在方式3、RxCLK和TxCLK是波特率的16倍时,表1给出了常用波特率时8253的计数初值和8251时钟信号RxCLK和TxCLK的关系,并且8253计数初值为偶数,能较好满足要求。图2　8751的另一个全双工串口的电路设计图3一点对多点分时串行通信的扩展电路设计为了实现1对16点分时串行通信,两片CD4067的OUT端分别接至8751串口的发送端TXD和接收端RXD,以便完成串口的16选1,CD4067的A、B、C、D接8751的P0通过锁存器出来的低4位地址A0-A3,INH脚接系统的一个片选信号CS,当CS有

7、效时,INH脚为低电平,即启动CD4067工作。4　单片机与不同类型串口的通信扩展电路的设计单片机CPU8751的串口是TTL电平,要实现8751与不同类型串口进行通信,需要用电平转换器完成不同类型串口的转换,才能成功进行通信。下面对单片机8751与RS232/RS422/RS485的串行通信进行接口扩展。单片机8751有一个全双工串口,如果要完成CPU8751与RS232接口的外设进行串行通信,比如CPU8751与PC机通信(RS232接口),两者之间必