第6章 智能化測(cè)控儀表的通信接口

重點(diǎn)：儀表之間、儀表與上位機(jī)之間、多臺(tái)儀表之間的通信方法。了解：RS－232C標(biāo)準(zhǔn),串行通信方式和實(shí)現(xiàn)方法。第六章智能化測(cè)量控制儀表的通信接口第六章智能化測(cè)量控制儀表的通信接口在自動(dòng)化測(cè)量和控制系統(tǒng)中，各臺(tái)儀表之間需要不斷地進(jìn)行各種信息的交換和傳輸。而信息的交換是通過(guò)儀表的通信接口進(jìn)行的。本章的重點(diǎn)是單片機(jī)內(nèi)部的UART串行口以及RS－232接口。6.1串行通信通信接口6.1.1RS－232C標(biāo)準(zhǔn)

RS-232C是EIA（美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)）1969年修訂RS-232C標(biāo)準(zhǔn)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。它還包括按位傳送的電氣指標(biāo)。6.1串行通信通信接口起始位D0D1D2D4D3D5D6D7X標(biāo)志停止位檢驗(yàn)位圖6.1RS232C數(shù)據(jù)格式

RS-232C是數(shù)據(jù)格式如下所示。在電氣性能方面，采用負(fù)邏輯，邏輯“1”電平在-15～-5V范圍內(nèi)，邏輯“0”在＋5～＋15V范圍內(nèi)。6.1串行通信通信接口RS－232C的電平轉(zhuǎn)換RS－232C的邏輯電平與TTL電平不兼容，為了與TTL的單片機(jī)器件連接，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。目前常用的RS－232c收發(fā)器是MAX232系列。圖6.2MAX232引腳6.1串行通信通信接口圖6.2典型應(yīng)用電路6.1串行通信通信接口機(jī)械特性RS-232C接口規(guī)定使用25針連接器，連接器的尺寸及每個(gè)插針的排列位置都有明確的定義。分類符號(hào)名稱引腳說(shuō)明地線

機(jī)架保護(hù)地（屏蔽地）1

信號(hào)地（公共地）7

數(shù)據(jù)信號(hào)線TXD數(shù)據(jù)發(fā)送線2在無(wú)數(shù)據(jù)信息傳輸或收/發(fā)信息間隔期，RXD/TXD電平為1。輔助信道傳輸速率較主信道低。其余同RXD數(shù)據(jù)接收線3TXD輔助信道數(shù)據(jù)發(fā)送線14RXD輔助信道數(shù)據(jù)接收線16定時(shí)

信號(hào)

線

DCE發(fā)送信號(hào)定時(shí)15指示被傳輸?shù)拿總€(gè)bit信息的中心位置

DCE接收信號(hào)定時(shí)17

DTE發(fā)送信號(hào)定時(shí)24

控制線RTS請(qǐng)求發(fā)送4DTE發(fā)給DCECTS允許發(fā)送5DCE發(fā)給DTEDSRDCE裝置就緒6

DTRDTE裝置就緒20DTE發(fā)給DCEDCD接收信號(hào)（載波）檢測(cè)8DTE收到滿足標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)時(shí)置位

振鈴指示22由DCE收到振鈴時(shí)置位

信號(hào)質(zhì)量檢測(cè)21由DCE根據(jù)數(shù)據(jù)信息是否有錯(cuò)而置位/復(fù)位

數(shù)據(jù)信號(hào)速率選擇23指定兩種傳輸速率中的一種RTS輔助信道請(qǐng)求發(fā)送19

CTS輔助信道允許發(fā)送13RCD輔助信道接收檢測(cè)12備用線

9未定義，保留供DCE裝置測(cè)試使用

10

11

18

25表6.1RS232C信號(hào)線及其在DB-25的針腳號(hào)6.1串行通信通信接口6.1串行通信通信接口數(shù)據(jù)終端設(shè)備數(shù)據(jù)通信設(shè)備（a）（b）圖6.3通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)6.1串行通信通信接口通信系統(tǒng)在工作之前，需要進(jìn)行初始化，即進(jìn)行一系列控制信號(hào)的交互聯(lián)絡(luò)。第一步：由終端發(fā)出“請(qǐng)求發(fā)送”信號(hào)（高電平），表示終端設(shè)備要求通信設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)；第二步：數(shù)據(jù)通信設(shè)備發(fā)出“清除發(fā)送”信號(hào)（高電平）予以相應(yīng)，表示該設(shè)備準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)；第三步：終端設(shè)備使用“數(shù)據(jù)中斷就緒”信號(hào)進(jìn)行回答，表示已處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)；第四步：發(fā)送數(shù)據(jù)6.1串行通信通信接口終端設(shè)備通信設(shè)備請(qǐng)求發(fā)送清除發(fā)送終端就緒發(fā)送數(shù)據(jù)6.1串行通信通信接口通信前的初始化工作6.1串行通信通信接口6.1.2串行通信方式1、同步通信在同步通信中，串行數(shù)據(jù)的輸出前，發(fā)送和接收移位寄存器必須同步初始化，即在傳輸過(guò)程中，發(fā)送與接收應(yīng)保持一致。發(fā)送和接收移位寄存器和初始同步是使用一個(gè)同步字符完成的。

外同步自同步6.1串行通信通信接口2、異步通信

異步通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時(shí)鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過(guò)程。為使雙方的收發(fā)協(xié)調(diào)，要求發(fā)送和接收設(shè)備的時(shí)鐘盡可能一致。

異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進(jìn)行傳輸，字符與字符之間的間隙（時(shí)間間隔）是任意的，但每個(gè)字符中的各位是以固定的時(shí)間傳送的，即字符之間是異步的（字符之間不一定有“位間隔”的整數(shù)倍的關(guān)系），但同一字符內(nèi)的各位是同步的（各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍）。6.1串行通信通信接口6.1串行通信通信接口異步通信的數(shù)據(jù)格式：異步通信的特點(diǎn)：不要求收發(fā)雙方時(shí)鐘的嚴(yán)格一致，實(shí)現(xiàn)容易，設(shè)備開(kāi)銷較小，但每個(gè)字符要附加2～3位用于起止位，各幀之間還有間隔，因此傳輸效率不高。同步通信與異步通信相比較：同步通信傳輸數(shù)據(jù)速度快，但使用較多的連接線。若一次串行數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤，會(huì)造成成批數(shù)據(jù)報(bào)廢。異步通信傳輸速度慢，連線少，即使傳輸錯(cuò)誤，僅影響一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。在測(cè)量、控制系統(tǒng)中，多采用異步通信方式。6.1串行通信通信接口發(fā)送端發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)，并啟動(dòng)發(fā)送過(guò)程6.1串行通信通信接口第一個(gè)移位脈沖到來(lái)，發(fā)送第一個(gè)數(shù)據(jù)的起始位6.1串行通信通信接口發(fā)送端發(fā)送結(jié)束位，并向CPU申請(qǐng)中斷，要求發(fā)送下一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)6.1串行通信通信接口接收端接收到停止位，將數(shù)據(jù)送入接收緩沖器中，并申請(qǐng)中斷，要求CPU取走剛接收到的數(shù)據(jù)。6.1串行通信通信接口6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)補(bǔ)：80C51的串行口

單片機(jī)有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器SBUF，它們占用同一地址99H；接收器是雙緩沖結(jié)構(gòu)；發(fā)送緩沖器，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)CPU是主動(dòng)的，不會(huì)產(chǎn)生重疊錯(cuò)誤。

在全雙工工作方式下，對(duì)于CPU，事先并不知道所發(fā)生的中斷時(shí)發(fā)送中斷還是接收中斷，因此必須采用查詢來(lái)進(jìn)行判斷。如：對(duì)于發(fā)送方，JBCRI,LOOP;

若RI=1,則表示接收到對(duì)方的應(yīng)答信號(hào);;在清零的同時(shí)并讀取應(yīng)答信號(hào)進(jìn)行判斷CLRTI……LOOP:MOVA,SBUF……

6.1串行通信通信接口對(duì)于接收送方，JBCRI,LOOP;

若RI=1,則表示接收到一個(gè)新的字節(jié)數(shù)據(jù);;在清零的同時(shí)并讀取新的數(shù)據(jù)CLRTI……LOOP:MOVA,SBUF……

6.1串行通信通信接口6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表之間的通信

兩臺(tái)基于51的智能化儀表，采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)串行通信方式實(shí)現(xiàn)A與B通信。具體指標(biāo)如下：（1）晶振為6MHz,串行口設(shè)定為工作方式3（9位UART），每幀數(shù)據(jù)11位，第9位用于奇偶校驗(yàn)，波特率為2400b/s。（2）儀表A將本機(jī)片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器4000H～407FH單元中的數(shù)據(jù)向儀表B發(fā)送。（3）儀表B對(duì)收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(yàn)，將校驗(yàn)位P的狀態(tài)放在TB8中，若正確，向儀表A發(fā)00H。A收到00H后再發(fā)下一幀數(shù)據(jù)。B發(fā)0FFH作為錯(cuò)誤信號(hào)，A將重新發(fā)送。B將正確數(shù)據(jù)存在以4000H為首的片外數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)這里采用定時(shí)器T1為波特率發(fā)生器，設(shè)2400b/s，T1以方式2工作，T1的定時(shí)器常數(shù)為：X＝28－（6×106）/(2400×12×232/smod)

取Smod＝1。X＝0F3H。6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)圖6.5儀表A主程序流程圖開(kāi)始T1、串口初始化置初值開(kāi)中斷取發(fā)送數(shù)據(jù)補(bǔ)偶操作啟動(dòng)串行口等待中斷MAIN：MOVTMOD,#20HMOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3H;波特率設(shè)置SETBTR1MOVPCON,#80H;Smod=1MOVSCON,#0D0H;串口工作方式3，允許接收MOVDPTR,#4000HMOVXR0,#80H;發(fā)送字節(jié)數(shù)SETBESSETBEAMOVXA,@DPTRMOVC,PMOVTB8,C;奇偶標(biāo)志送TB8MOVSBUF,AHERE:SJMPHERE6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)取原發(fā)送數(shù)據(jù)補(bǔ)偶操作啟動(dòng)串行口發(fā)送取新發(fā)送數(shù)據(jù)修改指針補(bǔ)偶操作清除發(fā)送中斷標(biāo)志關(guān)串行口中斷接收應(yīng)答信息是接收中斷？數(shù)據(jù)發(fā)送完？中斷返回是00H？中斷返回圖6.5儀表A中斷子程序流程圖儀表A中斷服務(wù)程序入口NNNYYYSERVE1:JBCRI,LOOP;是接收中斷，則RI清零，轉(zhuǎn)入接收儀表B的應(yīng)答信息CLRTI;是發(fā)送中斷，TI清零SJMPENDTLOOP:MOVA,SBUF;取儀表B的應(yīng)答信息CLRCSUBBA,#01H;判斷應(yīng)答信號(hào)是否為00HJCLOOP1;是00H，表明發(fā)送正確MOVXA,@DPTR;否則重新發(fā)送原來(lái)的數(shù)據(jù)MOVC,PMOVTB8,CMOVSBUF,ASJMPENDT6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信接下一頁(yè)6.2.1儀表相互之間的通信6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)LOOP1:INCDPTR;修改地址指針，準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)MOVXA,@DPTR;MOVC,P;補(bǔ)偶操作MOVTB8,CMOVSBUF,A;發(fā)送數(shù)據(jù)DJNZR0,ENDT;數(shù)據(jù)未全部發(fā)送完畢，繼續(xù)CLRES;數(shù)據(jù)全部發(fā)送完畢，禁止串行口中斷ENDT:RETI;中斷返回6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信開(kāi)始T1、串口初始化置初值開(kāi)中斷等待中斷MAIN：MOVTMOD,#20HMOVTH1,#0F3HMOVTL1,#0F3H;波特率設(shè)置SETBTR1MOVPCON,#80H;Smod=1MOVSCON,#0D0H;串口工作方式3，允許接收MOVDPTR,#4000HMOVXR0,#80H;接收字節(jié)數(shù)SETBESSETBEAHERE:SJMPHERE圖6.6儀表B主程序流程圖6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信儀表B中斷服務(wù)程序入口N數(shù)據(jù)送緩沖區(qū)發(fā)送應(yīng)答#00H發(fā)送應(yīng)答#FFH修改指針清除發(fā)送中斷標(biāo)志關(guān)串行口中斷接收數(shù)據(jù)是接收中斷？數(shù)據(jù)發(fā)送完？中斷返回中斷返回奇偶校驗(yàn)正確么？中斷返回YYYNN圖6.6儀表B數(shù)據(jù)傳送中斷子程序LOOP2LOOP3奇偶校驗(yàn)開(kāi)始RB8=1?P=1?正確錯(cuò)誤RB8=1?YYYNNN本例題采用偶校驗(yàn)的方法，即接收到的8位數(shù)據(jù)若P和接收到的第9位校驗(yàn)位RB8關(guān)系如下：P=1RB8=1RB8=0錯(cuò)誤正確P=0RB8=1RB8=0正確錯(cuò)誤6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信SERVE2:JBCRI,LOOP CLRTI SJMPENDTLOOP:MOVA,SBUF MOVC,PJCLOOP1;ORLC,RB8;P=0,且RB8=0則說(shuō)明數(shù)據(jù)正確，轉(zhuǎn)LOOP3JCLOOP2;否則接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)LOOP2SJMPLOOP3LOOP1:ANLC,RB8JCLOOP3;P=1,且RB8=1則說(shuō)明數(shù)據(jù)正確，轉(zhuǎn)LOOP3因?yàn)樵诜绞?和方式3下，TB8和RB8是作為發(fā)送和接收的第9位數(shù)據(jù)，若TB8=1，則RB8=1；若TB8=0，則RB8=0。偶校驗(yàn)6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信LOOP2:MOVA,#0FFHMOVSBUF,ASJMPENDTLOOP3:MOVX@DPTR,AMOVA,#00HMOVSBUF,AINCDPTRDJNZR0,ENDTCLRESENDT:RETI錯(cuò)誤處理校驗(yàn)正確LOOP2LOOP3奇偶校驗(yàn)開(kāi)始RB8=1?P=1?正確錯(cuò)誤RB8=1?NYYYNN本例題若采用奇校驗(yàn)的方法，P和接收到的第9位校驗(yàn)位RB8關(guān)系如下：P=1RB8=0RB8=1錯(cuò)誤正確P=0RB8=1RB8=0錯(cuò)誤正確6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信SERVE2:JBCRI,LOOP CLRTI SJMPENDTLOOP:MOVA,SBUF MOVC,PJCLOOP1;ORLC,RB8;P=0,且RB8=0則說(shuō)明數(shù)據(jù)正確，轉(zhuǎn)LOOP3

JNCLOOP2;否則接收數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)LOOP2SJMPLOOP3LOOP1:ANLC,RB8

JNCLOOP3;P=1,且RB8=1則說(shuō)明數(shù)據(jù)正確，轉(zhuǎn)LOOP36.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.1儀表相互之間的通信LOOP2:MOVA,#0FFHMOVSBUF,ASJMPENDTLOOP3:MOVX@DPTR,AMOVA,#00HMOVSBUF,AINCDPTRDJNZR0,ENDTCLRESENDT:RETI多臺(tái)儀表之間進(jìn)行通信6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)TB8作為區(qū)別當(dāng)前所發(fā)送的字節(jié)是地址還是數(shù)據(jù)。當(dāng)TB8=0時(shí)表明數(shù)據(jù)；當(dāng)TB8=1時(shí)表明地址。接收端將RB8作為區(qū)分?jǐn)?shù)據(jù)和地址的標(biāo)志。上位機(jī)入口返回接收？地址或數(shù)據(jù)？是否正確？是否結(jié)束？回送00H是否一致？回送FFH接收數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)接收校驗(yàn)碼接收地址0SM2返回YYYYNNNN地址數(shù)據(jù)6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)P296ORG0000LJMPMAINORG0023H

LJMPSUB1NAMEEQU#1MAIN:MOVSCON,#0F8H MOVTMOD,#20H MOVTL1,#0FDH MOVTH1,#0FDH MOVIE,#90H SETBTR1MOVR0,#30HLJMP$SUB1:

JNBRB8,LAB1MOVA,SBUFCJNEA,NAME,LAB2CLRSM2LAB2:CLRRIRETILAB1:MOVA,SBUFMOV@R0,AINCR0CLRRIRETIEND6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)儀表與ＰＣ機(jī)之間的通信6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.2儀表與上位機(jī)之間的通信

由IBM-PC機(jī)作為上位機(jī)，以80C51為核心的職能化測(cè)量控制儀表作為下位機(jī)構(gòu)成小型集散式測(cè)量控制系統(tǒng)。下位機(jī)儀表完成現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和各種控制任務(wù)，同時(shí)將數(shù)據(jù)上傳上位機(jī)進(jìn)行各種處理。上位機(jī)與各個(gè)儀表之間的數(shù)據(jù)交換實(shí)際上是一種多機(jī)通信。IBM-PC機(jī)內(nèi)具有異步通信適配器板，主要器件為8250UART芯片，可以與具有標(biāo)準(zhǔn)RS-232C串行通信接口的計(jì)算機(jī)或設(shè)備進(jìn)行通信。6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.2儀表與上位機(jī)之間的通信

80C51本身具有一個(gè)全雙工的串行口，只要外接一個(gè)MAX232電平轉(zhuǎn)換器就可以與PC機(jī)的RS-232C串行口連接，組成一個(gè)簡(jiǎn)單可行的通信接口。8250主要特點(diǎn)如下：（1）波特率范圍大；（2）具有優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)可提供對(duì)發(fā)送、接收的控制以及錯(cuò)誤、線路狀態(tài)的檢測(cè)中斷等；（3）可設(shè)置通信數(shù)據(jù)長(zhǎng)度（5-8位）、奇偶校驗(yàn)位、停止位位數(shù)（1/1.5/2位）；（4）內(nèi)部的各個(gè)寄存器都有獨(dú)立的端口地址。6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.2儀表與上位機(jī)之間的通信8250內(nèi)部寄存器的端口地址序號(hào)名稱端口地址輸入/輸出形式1數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器3F8H輸出2數(shù)據(jù)接受寄存器3F8H輸入3波特率因子寄存器（低位）3F8H輸出4波特率因子寄存器（高位）3F9H輸出5中斷控制寄存器3F9H輸出6中斷識(shí)別寄存器3FAH輸入7通信線路控制寄存器3FBH輸出8MODEM控制寄存器3FCH輸出9通信線路狀態(tài)寄存器3FDH輸入10MODEM狀態(tài)寄存器3FEH輸入6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.2儀表與上位機(jī)之間的通信對(duì)8250的編程,異步串行通信編程步驟如下：step1：設(shè)定通信的規(guī)程，如波特率、奇偶校驗(yàn)方式、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)字節(jié)長(zhǎng)度等；step2：讀取通信線路(或MODEM)的狀態(tài)，判斷是否可以進(jìn)行通信；step3：送出（或接收）一個(gè)字節(jié)；step4：重復(fù)step2和step3直到通信完畢。當(dāng)允許中斷時(shí)，CPU送出（或接收）一個(gè)字節(jié)后，并不需要不斷查詢控制器的狀態(tài)，而可轉(zhuǎn)向執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)有中斷信號(hào)INT4發(fā)生并響應(yīng)后，再按上述step2、step3第三步處理即可。

6.2串行通信的實(shí)現(xiàn)6.2.2儀表與上位機(jī)之間的通信應(yīng)用8250進(jìn)行串行通信時(shí)，首先要對(duì)其初始化，即設(shè)置波特率、通信采用的數(shù)據(jù)格式、是否使用中斷、是否自測(cè)試操作等。初始化后，則可采取程序查詢方式或中斷方式進(jìn)行通信。

在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。RS-232-C接口（又稱EIARS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口,是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)EIA（ElectronicIndustryAssociation）制定的一種串行物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232為標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改次數(shù)。RS-232-C總線標(biāo)準(zhǔn)設(shè)有25條信號(hào)線，包括一個(gè)主通道和一個(gè)輔助通道，在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條