單片機與PC通信的簡化接口解析

1、單片機與PC通信的簡化接口單片機與PC通信的簡化接口 類別：單片機 /DSP 作者：山東大學 鄭來波 來源：國外電子元器件摘要：給出了一種單片同與PC進行通信的低成本接口的設計方法，并 給出了其中的關(guān)鍵參數(shù)，通過在實踐中檢驗證明：該接口在對成本和體積有嚴 格要求的系統(tǒng)中有著廣泛的應用。關(guān)鍵詞：單片機PC 接口 通信在單片機系統(tǒng)的設計中，經(jīng)常遇到需要與 PC進行通信的問題。一般 單片機都提供有UART接口，而普通PC機也都有12個RS-232 口，所以，實 際使用時經(jīng)常用RS-232進行單片機與計算機間的通信。在近距離通信中，以零 調(diào)制三線經(jīng)濟型使用最為廣泛。RS-232標準是廣泛使用的串行通信

2、標準，但使用的電平與TTL和MOS電平完全不同，邏輯“ 0”至少為+3V,邏輯“ 1”至少為-3V，而單片機系統(tǒng)則 使用TTL電平或MOSfe平。因此，需要使用接口電路來實現(xiàn) TTL電平或MOS6 平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。目前已有現(xiàn)成的接口芯片可供選用，價格低一些 的如MC地488 （將TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS-232C標準電平）和 MC1489（將RS-232 標準電平轉(zhuǎn)換為TTL電平），但MC1488需要土 12V的供電電壓。另外，也有許 多使用單一的+5V供電芯片可供選擇，如 MAX2003但此類芯睡價格不菲，且需 要若干外圍元件。在對體積和成本有較嚴格的要求時，進一步簡化接口電路

3、很 有必要。1 一種簡單的接口電路實用中，單片機與PC的通信通常采用半雙工通信，這時，可以采用一 種較簡單的接口電路（如圖1所示）。在這種電路中，PC機的RXD上的邏輯高 電平（小于-3V）是以“偷電”的方式從本身的TXD端獲得。這種電路的工作原 理如下：PC機 TXD端的邏輯電平經(jīng)T1后變?yōu)門TL電平或MOS!平。在單片機 TXD端為邏輯低電平時，光耦的發(fā)光二極管發(fā)光，使得晶體管導通。其集電極 的VCC（一般為+5V加在PC機的RXD端而在單片機TXD端為邏輯高電平 時，光耦的發(fā)光二極管不發(fā)光，晶體管截止。由于PC機的TXD端在空閑時處于邏輯高電平（小于-3V），因此，這個電平便通過電阻 R

4、4加到其RXD端。這 樣，便實現(xiàn)了 TTL電平或MOSt平到RS-232電平的轉(zhuǎn)換。但需要注意的是，由 于PC機的RXD和RXD端通過電阻接到了一起，因此有時會出現(xiàn) PC機自發(fā)自收 的情況，這一點需要在編程時加以處理。2 電阻值的確定圖1電路中，R1、R2的取值范圍較大，一般只要使得 T1正常工作在 開關(guān)狀態(tài)下即可。R3的取值可按下式進行計算：R3=（Vcc-VF-Vcs）/IF其中Vcc是工作電源電壓，Vcs是單片機TXD端的低電平電壓（一般 取0.2V），VF是光耦中的發(fā)光二極管導通時的正向壓降（一般為1.1V左右）， IF 是其正常工作電流（一般為 10mA）。R4取值的合適與否是本電路

5、的關(guān)鍵。取值過小，可能會在單片機發(fā)送 邏輯低電平時，使PC機的RXD端電平受自身TXD端的影響太大而導致電壓過 低，從而達不到邏輯低電平的要求而不能正確接收；取值過大，則會在單片機 發(fā)送邏輯高電平時，PC機RXD端受其輸入電阻的影響而不能將自身 TXD端的邏 輯電平正確傳送過來，這樣也不能正確接收。實際上，R4的取值受多種因素的影響，其中包括：光耦中晶體管的特性、R2的值、二極管D的特性、PC機RXD端的輸入電阻和輸入電平、TXD端的輸出電阻和輸出電平等。而這些因素中， 尤以后兩乾的影響為甚。在PC機系統(tǒng)中，異步通信適配器以INS8250通訊芯片為核心，再配以 可進行電平轉(zhuǎn)換的發(fā)送器和接收器電

6、路而組成的。不同種類的PC機由于主板設計的不同，其RS-232的特性也有差異，特別是 RXD端的輸入電阻和TXD端的輸 出電阻相去甚遠。因此，若要用計算的方法得到R4的取值，需要了解各種主板的電路設計，這樣非常麻煩。但是對各種常見品牌計算機的RS-232 口的特性進行測試卻是相對簡便的。筆者在各種常見品牌的近百臺計算機上進行了測試， 得到了可以在各種計算機上可正常使用的R4值，具體取值如表1所列。表1 PC與單片機通信情況和R4值的關(guān)系機型聯(lián)想 500同創(chuàng) 100東海 550兼容機 300PHILIPS350R4值X1 X2 X3X1 X2 X3X1 X2 X3X1 X2 X3X1 X2 X3

7、5.6k Q1 1 01 1 01 1 01 1 01 1 010k Q1 1 01 1 01 1 01 1 01 1 011k Q1 1 01 1 01 1 01 1 01 1 0 12.2k Q1 1 11 1 11 1 11 1 11 1 1 15.6k Q1 1 11 1 11 1 11 1 11 1 120k Q1 1 11 1 11 1 11 1 11 1 121k Q0 1 10 1 10 1 10 1 1 0 1 122k Q 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 30k Q 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 56k Q 0 1

8、1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 77k Q 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 100k Q 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 131k Q 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 150k Q 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1200k Q0 1 10 1 10 1 10 1 10 1 1240k Q0 1 10 1 10 1 10 1 10 1 1280k Q0 1 10 1 10 1 01 111 1 1300k Q0 1 10 1 10 1 01 1 01 1 1開路0 1

9、 10 1 00 1 00 1 00 1 0測試中，R2取10kQ , D采用IN4148，光耦采用TIL117，其發(fā)光二極 管的工作電流為10mA（推薦值）。改變R4的取值，檢查PC能否和單片機系統(tǒng) 進行通信，以及PC機在發(fā)送數(shù)據(jù)時是否被自己接到。實驗發(fā)現(xiàn)，常用 PC機的 RS-232 口根據(jù)外部特性可以分為幾大類，現(xiàn)將每一類取一例示于表 1中。表中 的X1X2X3含義如下：X仁0表示PC機發(fā)送數(shù)據(jù)時不能通過 R4自收。=1表示PC機發(fā)送數(shù)據(jù)進可以通過 R4自收。X2=0表示PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)不能被單片機接收。=1表示PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)可以被單片機接收。X3=0表示單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)不能被 PC機

10、接收。=1表示單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)可以被 PC機接收。從表 1 中可以看出，盡管各種主板特性不同，但都有一段性相同的范圍，即R4取12.2k Q20kQ時，PC可以和單片機正常通信，且 PC發(fā)送的數(shù) 據(jù)也可以被它自己接收。這樣，在設計電路時可以把R4取成15kQ ,從而使得該以與各種PC進行通信。但需要注意是，當PC由發(fā)送轉(zhuǎn)變?yōu)榻邮諘r，需要清 除自發(fā)自收的數(shù)據(jù)。如果PC的通信程序是用匯編或C語言編寫的，只需假讀一 次以清空接收緩沖器，或者復位線路狀態(tài)寄存器的DO位即可。如果PC的通信程序是用WB或 VF編寫，且使用了通信控件，那么剛才發(fā)送的全部內(nèi)容都會進 入接收緩沖區(qū)，這樣就需要根據(jù)發(fā)送的字節(jié)數(shù)將接收緩沖區(qū)中前面相應的內(nèi)容 清除。3 電路的進一步簡化 如果想進一步簡化電路，則可用三極管替代光電耦合器，該簡化接口電路見圖2