單片機的多串口擴展技術(shù)的設(shè)計

胡鍇 溫嶺市技工學校

單片機的多串口擴展技術(shù)的設(shè)計

胡鍇 溫嶺市技工學校

隨著自動化技術(shù)的不斷成熟與應(yīng)用范圍的日益廣泛，以集成芯片形式存在的單片機在通信領(lǐng)域得到了快速的發(fā)展，成為現(xiàn)代通信技術(shù)不可缺少的一類重要元器件。本文以51系列單片機為例，對單片機多串口擴展的硬件總體設(shè)計與模塊設(shè)計進行重點探討，以進一步擴大串行通信適用場合。

單片機 多串口 擴展技術(shù) 設(shè)計

前言

信息技術(shù)的迅猛發(fā)展使得工業(yè)領(lǐng)域和民用領(lǐng)域內(nèi)用戶對數(shù)據(jù)采集及自動化控制系統(tǒng)要求越來越高，對系統(tǒng)的實時通信要求越來越高，傳統(tǒng)的串口通信方式已難以滿足用戶快速增長的要求，設(shè)計基于單片機的多串口擴展通信變得越來越迫切和需要，尤其是在現(xiàn)代單片機集成度越來越高、功能越來越強大的背景下。

一、單片機的多串口擴展硬件總體設(shè)計

單片機與外圍設(shè)備間串行通信的實現(xiàn)一般多采用RS485、RS232總線標準接口，在實際設(shè)計時，為了保證串行通信的可靠性，避免串口問題發(fā)生，需要對通信距離、通信方式、通信速率等各相關(guān)因素進行綜合考慮。以MCS51系列的8751單片機為例，對該單片機多串口擴展硬件總體設(shè)計進行相應(yīng)闡述［1］?？傮w設(shè)計包括，使用8751單片機的多路轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)一點對多點分時的串口通信，使用8251通信接口芯片擴展出一個獨立的串口，實現(xiàn)兩個獨立串口的擴展通信，以及使用電平轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)單片機與其他不同類型接口間的串行通信。通過多串口通信的擴展設(shè)計，滿足用戶串行通信高需求。

二、單片機的多串口擴展模塊設(shè)計

（一）兩個獨立串口的擴展設(shè)計

在實際應(yīng)用中，經(jīng)常會出現(xiàn)需要兩個獨立的全雙工串口通信情況，但8751單片機的處理器CPU只提供有一個串口，為了解決上述問題，此時就需要對單片機串口進行擴展。試驗表明，對于8751單片機來說，可以使用其P0接口來實現(xiàn)獨立串口的擴展，將原有8251串口擴展成可編程通信接口芯片［2］。為了最大限度提高資源利用率，采用中斷方式，當8751不進行數(shù)據(jù)通信時可以進行其他的工作。當系統(tǒng)存在請求信號（發(fā)送或接收）時，向單片機發(fā)出請求中斷，同時采用8253接口來實現(xiàn)分頻操作。之所以需要分頻，主要是因為8251的異步串行通信要求其輸入時鐘頻率必須要大于發(fā)送時鐘頻率和接收時鐘頻率相應(yīng)倍數(shù)。而之所以采用8253來完成分頻而不采用硬件，是因為不同波特率對分頻倍數(shù)要求不同，由硬件完成分頻的過程是十分復雜的，但8253則不同，其是一種可編程計數(shù)芯片，可以根據(jù)不同情況靈活的調(diào)整計數(shù)值，從而容易的實現(xiàn)分頻操作［3］。分頻的實現(xiàn)意味著獨立串口擴展已基本實現(xiàn)了一半，在分頻基礎(chǔ)上依據(jù)獨立串口通信各項要求，對頻率值進行合理設(shè)置，使擴展后的單片機獨立串口可以正常通信，且能較好的滿足通信要求。

（二）與不同類型串口間的擴展設(shè)計

8751單片機串口的電平與其他類型串口電平不同，要想實現(xiàn)單片機與其他類型串口間的通信，就必須要使用電平轉(zhuǎn)換器來將單片機串口電平轉(zhuǎn)換為其他類型串口所接受的電平。以8751全雙工串口與RS485 和RS232間的串行通信擴展為例，單片機串口與其他任意兩類型串口間的通信都必須設(shè)置一個電平轉(zhuǎn)換電路.對于8751單片機與RS232間的電平轉(zhuǎn)換可以使用電平轉(zhuǎn)換器MCI488/489來完成，但這種轉(zhuǎn)換方式功耗大，所以一般采用內(nèi)嵌有兩個電平轉(zhuǎn)換電路（TTL→RS232，RS232→TTL）的、功耗低、驅(qū)動能力強的MAX232芯片［4］。這種芯片集接收器與發(fā)送器于一體，且本身嵌入有電平轉(zhuǎn)換電路而無需額外設(shè)置，既簡化了電路設(shè)計，也降低了串行通信擴展的難度。8751單片機與RS485間的串行通信，采用MAX485芯片來實現(xiàn)，將單片機的一個接口與發(fā)送端和接收端相連，并將接口的反向與MAX485連接，當上電時，MAX485處于接收狀態(tài)，即可實現(xiàn)單片機與RS485間的串行通信。

（三）一點對多點分時串行的擴展設(shè)計

由于用戶類型多種多樣，不同用戶對通信要求存在一定差異，當用戶需要進行分時串行通信時，為了滿足用戶這一要求就需要對單片機串行通信進行擴展。用8751單片機與16路外設(shè)其中一個串口進行擴展，使用兩個包含16選1的譯碼器16路雙向模擬開關(guān)CD4067從16個接口中選出一個最為恰當?shù)拇?，對單片機進行擴展，將兩個雙向模擬開關(guān)輸出端分別接在8751單片機的發(fā)送端和接收端，從而實現(xiàn)一點對多點的分時串行通信［5］。

總結(jié)：基于單片機的多串口擴展設(shè)計，本質(zhì)上是對串口通信功能與適用范圍的一個擴展。通過擴展設(shè)計不僅簡化了硬件方面電路設(shè)計的復雜性，豐富了通信芯片的功能，提高了單片機的集成度，而且軟件方面編程易于實現(xiàn)，難度低，可以有效提高單片機程序的處理速率，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高效可靠傳輸，對推動單片機進一步發(fā)展具有重要影響。

［1］吳允平，蔡聲鎮(zhèn)，蘇偉達等. 51單片機系統(tǒng)的擴展多串口設(shè)計及應(yīng)用［J］. 福建師范大學學報（自然科學版），2011，02：29-33.

［2］詹平紅，丁函，李文娟. 單片機多串口通信擴展的設(shè)計及其應(yīng)用［J］. 自動化與儀器儀表，2015，02：125-127.

［3］王心鵬，門雅彬，顧季源等. 串口擴展芯片XR16L784在水文監(jiān)測系統(tǒng)中的應(yīng)用［J］. 計算機測量與控制，2016，03：14-17.

［4］曾博昊. 基于多串口通訊技術(shù)的單片機應(yīng)用［J］. 西部皮革，2016，04：19.

［5］馮金霞，張輪，熊天圣. 基于SPI接口的異步串口擴展技術(shù)研究［J］. 微型電腦應(yīng)用，2009，12：50-52+78.