51系列单片机的串口扩展方案

［ ２］ 赵 梓 森 ． 光 纤 通 信 工 程 （ 第 二 版 ） ［ Ｍ］ ． 北 京 ： 人 民 邮 电 出 版 社 ， １９９４． （ 责任编辑： 卓 光）
来实现多串口扩展的模型。
关键词： 多串口；串口通信； 串口扩展
中图分类号： ＴＰ２７
文献标识码： Ａ
文章编号： １６７２－ ７８００（ ２００８） ０５－ ０１３５－ ０２
串行接口设备凭借其控制灵活、接口简单、占 用 系 统 资源 少等优点， 被广泛应用于工业控制、家庭安防、ＧＰＳ卫星定位导 航以及水、电、气表的抄表等领域。在这些嵌入式系统中， 可能 会有很多从设备都通过串行接口与主机进行通信， 这使得开发 人 员 常 常 面 临 系 统 中 主 机 串 行 通 信 接 口 不 足 的 问 题 。针 对 此 问 题， 本文介绍了几种常见的解决方法。
ＭＯＶ ＴＸＤ， Ｃ ＬＣＡＬＬ ＤＥＬ８３３ ＲＥＴ ；＊＊＊＊＊＊＊＊从ＰＣ 机接收数据子程序＊＊＊＊＊＊＊＊ ＯＵＴＰＵＴ： ＪＢ ＲＸＤ， ￥ ； 判断是否有起始位出现 ＬＣＡＬＬ ＤＥＬ８３３ ＭＯＶ Ｒ３， ＃８ ＯＵＴ： ＭＯＶ Ｃ， ＲＸＤ ＲＲＣ Ａ ＬＣＡＬＬ ＤＥＬ８３３ ＤＪＮＺ Ｒ３，ＯＵＴ ； 接收８ 位数据 ＪＮＢ ＲＸＤ ，￥ ； 判断是否有停止位出现 ＲＥＴ
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软件导刊
２００８ 年
收过程中需要检测起始位， 这可以使用查询方式， 或者， 在端口 具 有 中 断 功 能 的 主 机 中 也 可 以 使 用 端 口 的 中 断 进 行 处 理 。接 收 和发送过程中， 对定时的处理既可以使用查询方式也可以使用 定时器中断方式。为了确保数据的正确性， 在接收过程中可以 在检测异步传输的起始信号处加上一些防干扰处理， 在接收每 个位时可以采用多次采样。
（ １） 自动帧错误检测。自动帧错误检测指的是在数据传输的 过程中， 如果由于噪音等随机干扰造成接收方接收不到正确的 停止位， Ｗ７７Ｅ５８能够自动检测出并设置标志ＦＥ（ ＦＥ＿１） ， 此标志 被定位在ＳＣＯＮ．７（ＳＣＯＮ１．７）， 用户可以访问， 并且必须软件清除。
（ ２） 多机通讯自动地址识别。在标准的８０５１系列单片机中， 当进行多机通讯时， 发送９位数据， 最后一位只当作地址／数据 识别位， 但是并不能区分准确地址， 准确地址须靠软件识别， 而 在Ｗ７７Ｅ５８中， 增加了地址特殊寄存器ＳＡＤＤＲ和地址屏蔽特殊 寄存 器ＳＡＤＥＮ， 只 有ＳＡＤＥＮ中 的 某 一 位 为１， 计算 实 际 地 址 时 相对应的ＳＡＤＤＲ的位才有效， 若ＳＡＤＥＮ中 某 一 位 是０ ， 则进 行 实 际 地 址 计 算 时 忽 略 对 应 的 ＳＡＤＤＲ中 的 位 。 例 如 ：
２ 软件模拟法
软件模拟法可根据串行通讯的传送格式， 利用定时器和主 机的Ｉ／Ｏ口来模拟串行通讯的时序， 以达到扩展串口的目的。接
作者简介： 鲍梦（ １９７９￣） ， 女， 江西南昌人， 江西蓝天学院助教， 研究方向为软件工程； 刘智萍（ １９７９￣） ， 女， 江西南昌人 ， 江西 蓝 天学 院 助教 ， 研究 方 向为软件工程。
１ 基于ＳＰ２３３８的串行口扩展
ＳＰ２３３８是采 用 低 功 耗ＣＭＯＳ 工 艺设 计 的 通 用 异 步 串 行 口 扩展芯片， 它可轻松地将主机原有的１个串行口扩展成３ 个全 新 的 全 双 工 串 行 口 。ＳＰ２３３８适 用 于１个 起 始 位 、８个 数 据 位 、１个 停止位的多串口系统， 也就是说其帧格式是不可编程的。主机 通 过 改 变ＡＤＲＩ１， ＡＤＲＩ０地 址 线 状 态 的 方 式 选 择３个 子 串 口 中 的任意１个， ３个子串口的地址分别为００， ０１， １０。地址１１用于执 行ＳＰ２３３８ 芯片本身的复位指令０ｘ３５ 或０ｘＢ５、睡眠指令０ｘ５５或 ０ｘＤ５、延时指令０ｘ００。向ＲＸ０￣ＲＸ３中的任意１个接收端口 写 任 意 数 据 即 可 将 ＳＰ２３３８ 唤 醒 ， 但 由 于 ＳＰ２３３８ 的 唤 醒 时 间 需 要 ２５ｍｓ左右， 故用于芯片唤醒的数据将不会被主机接收。因此， 可以先发送１个字节数据用于唤醒芯片， 延时２５ｍｓ后即可进行 正常的数据传输。
当单片机要向串口设备发送数据时， 其工作过程是： （ １） 先向ＳＰ２３３８的串口地址线ＡＤＲＩ０、ＡＤＲＩ１送地址信号
（Ａ ＤＲＩ０、ＡＤＲＩ１＝００子 串 口０， ＡＤＲＩ０、ＡＤＲＩ１＝０１子 串 口１， ＡＤＲＯ０、 ＡＤＲＯ１＝１０子串口２） ； 再向与自已相连的母串口的通信线上送 数据；
（ ２） ＳＰ２３３８的母串口收到单片机串口送来的数据后就根据 ＡＤＲＩ０和ＡＤＲＩ１的状态， 把数据送往相应的子串口；
（ ３） 该子串口再把数据送往相连的串口设备。
当串口设备向单片机发送数据时， 其工作过程是： （ １） ＳＰ２３３８的某个子 串 口 从 串口 设 备 接 收 到 数据 时 ， 送 给 母串口； （ ２） ＳＰ２３３８的母串口 把 该 数 据再 送 给 单 片 机 串口 ， 同 时 在 ＡＤＲＯ０和 ＡＤＲＯ１线 上 送 出 子 串 口 的 地 址 ； （ ３） 单片机根据ＳＰ２３３８接收地址 线ＡＤＲＯ０、ＡＤＲＯ１上 的 信 号判定出是由哪个串口设备发出的。 由于ＳＰ２３３８的每个串口都有自己 的 发 送 缓冲 区 和 接 收 缓 冲区， 因此扩展后的３个串口就可以完全独立地同时通信， 就好 像单片机同时拥有３个串口似的， 若１个单片机有２个串口， 那么 配 上 ２片ＳＰ２３３８就 可 以 扩 展 到 ６个 串 口 。 ＳＰ２３３８每 个 子 串 口 的 波 特 率 都 可 以 达 到９６００ｂｐｓ， ＳＰ２３３８ 工作时需要配１个晶振， 该晶振Ｆｏｓｃ的频率与母串口的波特率 有如下关系： Ｋ母＝１９２０＊Ｆｏｓｃ， 与子串口波特率的关系如下： Ｋ子＝４８０＊Ｆｏｓｃ， 因此 ， 如 果 子 串 口 采用９６００波 特 率 ， 根 据 以 上 公 式 ， Ｆｏｓｃ＝ ２０ＭＨｚ， 而母串口的波特率必须达到３８８４００ｂｐｓ。这样与ＳＰ２３３８ 的母串口相连的单片机串口的波特率达到３８８４００ｂｐｓ， 若单片 机 采 用 非１１．０５９２Ｍ的 工 作 晶 振 ， 则 波 特 率 会 有 偏 差 ， 不 过 ， ＳＰ２３３８允 许 波 特 率 误 差 为 ２．５％ 未使用的输入端口， 如ＲＸ０、ＲＸ１、ＲＸ２等必须连接到ＶＣＣ； 未使用的输出端口， 如ＴＸ０、ＴＸ１、ＴＸ２等 必 须 悬 空 ； 未使 用 的 ＡＤＲＩ０、ＡＤＲＩ１必 须 连 接 到 ＧＮＤ。
３ 使用双串口单片机
Ｗ７７Ｅ５８是 与 ＭＣＳ５１系 列 单 片 机 兼 容 的 可 多 次 编 程 的 快 速 微处理 器， 内部集成有２个增强型的 全双工串行口， 其串口增 强 性 特 征 在 于 特 有 的 地 址 自 动 识 别 和 帧 出 错 诊 断 功 能 。值 得 注 意的是， 串行口１只能使用定时器１作为其波特率发生器； 而串 行口０既可以使用定时器０， 也可以使用定时器１。若使用时２串 口通信波特率相同， 则可以同时使用定时器１， 从而减少占用１ 个定时器０。
ＳＡＤＤＲ：１０１００１００ ＳＡＤＥＮ：１１１１１０１０ 实 际 地 址 ：１０１０１Ｘ１Ｘ 在进行多机通讯时， 只有接收到的地址帧和根据ＳＡＤＤＲ， ＳＡＤＥＮ计算出的地址完全相同时， 从机才会置位中断标志， 这 完全由硬件自动完成， 而不是像标准８０５１系列那样必须靠软件 完成。
参考文献：
［ １］ 李 之 棠．单 片 机 通 信 技 术 与 工 程 实 践 ［ Ｍ］ ．北 京 ： 人 民 邮 电 出 版 社， ２００５．
例： 软件设计中， ８９Ｃ５１ 单片机的Ｐ１．０ 和Ｐ１．１ 口分别模拟 串行通信的发送和接收， 其接口程序主要由ＩＮＰＵＴ 发送 子程 序和ＯＵＴＰＵＴ接收子程序组成。通信速率１２００ ｂｉｔ ／ｓ， 帧格式为 Ｎ．８．１。发送时， 先发送一个起始位（ 低电平） ， 接着按低位在先 的顺序发送８ 位数据， 最后发送停止位。接收时， 先判断Ｐ１．１ 接 收端口是否有起始低电平出现， 如有则按低位在先的顺序接收 ８ 位数， 最后判断Ｐ１．１ 口是否有停止 高 电 平 出 现 ， 如有 则 完 成 一个数据接收， 否则继续等待。模拟串行通信程序清单如下：
ＴＸＤ ＥＱＵ Ｐ１．０ ＲＸＤ ＥＱＵ Ｐ１．１； 定义８９Ｃ５１ Ｐ１．０ 为发送端， Ｐ１．１ 为接收端 ＯＲＧ ００００Ｈ ＡＪＭＰ ＭＡＩＮ ＯＲＧ ０１００Ｈ ＭＡＩＮ： ＭＯＶ Ａ， ＃３０Ｈ ＭＯＶ Ｒ５， ＃Ｎ ＳＥＴＢ ＲＸＤ ； Ｐ１．０ 置高 ＴＸ： ＬＣＡＬＬ ＩＮＰＵＴ； 调用 发 送 子 程 序 ， 将寄 存 器Ａ 中 内 容 发给ＰＣ 机； ＳＥＴＢ ＴＸＤ ； Ｐ１．１ 置高 ＭＯＶ Ｒ０，＃４０Ｈ ＲＸ： ＬＣＡＬＬ ＯＵＴＰＵＴ ； 调用 接 收 子 程 序 ， 将接 收 的Ｎ 个 数 据 存 放 在 以 ４０Ｈ开 始 的 地 址 中 ＭＯＶ ＠Ｒ０，Ａ ＩＮＣ Ｒ０ ＤＪＮＺ Ｒ５， ＲＸ ； Ｎ 个数据接收结 束 ， 则等 待 ， 否 则 转ＲＸ 继 续接收 ＡＪＭＰ ￥ ；＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊延时８３３μｓ 子程序＊＊＊＊＊ ＤＥＬ８３３： ＭＯＶ Ｒ７， ＃２０５ ＭＳ１１： ＤＪＮＺ Ｒ７， ＭＳ１１ ＲＥＴ ； ＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊＊ ；＊＊＊＊＊＊＊＊ ８９Ｃ５１发送数据给ＰＣ 机子程序＊＊＊＊ ＩＮＰＵＴ： ＣＬＲ Ｃ ＭＯＶ ＴＸＤ，Ｃ ；发送起始位 ＬＣＡＬＬ ＤＥＬ８３３ ； 延时 ＭＯＶ Ｒ３， ＃８ ＲＥＰ： ＲＲＣ Ａ ＭＯＶ ＴＸＤ， Ｃ ＬＣＡＬＬ ＤＥＬ８３３ ＤＪＮＺ Ｒ３，ＲＥＰ ；发送８ 位数据 ＳＥＴＢ Ｃ ；发送停止位
第７卷 第５期 ２００８年 ５ 月
软件导刊 Ｓｏｆｔｗａｒｅ Ｇｕｉｄｅ
Ｖｏｌ．７ Ｎｏ．５ Ｍａｙ ２００８
５１系列单片机的串口扩展方案
鲍 梦， 刘智萍
（ 江西蓝天学院瑶湖校区公教部计算机教研室， 江西 南昌 ３３００９８）