基于89C2051單片機的熱表通訊模塊的開發(fā)
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3.2 串行通信軟件
普通I/ O 口模擬串口的軟件編程實質(zhì)上就是模擬異步通訊規(guī)程。異步通信規(guī)程是把一個字符看作一個獨立的信息單元,并且字符出現(xiàn)在數(shù)據(jù)流中的相對時間是任意的。而每個字符中各數(shù)據(jù)位以固定的時間傳送,因此這種傳送在同一字符內(nèi)部是同步的,而字符間是異步的。異步通信收發(fā)取得同步的方法,是采用在字符格式中設置起始位和停止位。但由于發(fā)送器和接收器不是使用同一個時鐘,而是以各自時鐘來劃分每位的寬度,收發(fā)時鐘的誤差必然影響數(shù)據(jù)的正確采樣,所以要求準確識別起始位的前沿。實際的做法是利用1 個16 倍波特率的時鐘,在1 個位周期的1/ 16 時間內(nèi)確定出字符的開始,接收器在每個時鐘的上升沿采樣數(shù)據(jù)輸入線。若發(fā)現(xiàn)低電平,緊接著又連續(xù)采樣到8 次均為低電平,則認定為起始位,以后每隔16 個時鐘采樣1 次數(shù)據(jù)。字符再同步過程見圖4。
圖4 f = 16 倍波特率的字符再同步過程
在軟件編程中,根據(jù)熱表發(fā)送數(shù)據(jù)的波特率計算出數(shù)據(jù)位周期,而后再根據(jù)單片機的晶振頻率編寫數(shù)據(jù)位周期延遲程序和半位周期延遲程序。當單片機檢測到INT0 (即P3. 2 端口) 為低電平時,外部中斷觸發(fā),進入中斷處理程序。首先,調(diào)用半位周期延時程序,判斷是否為起始位,若是則再調(diào)用位周期延時程序,進行數(shù)據(jù)位的判斷與接收,最后判斷接收停止位。只要延時程序能準確地保證延時時間,就能完成對圖4 中工作時序的模擬。另外,在接收數(shù)據(jù)幀各個位時,都連續(xù)地采樣3 次,并遵循3 中取2 的原則來確定所檢測的值。這樣做很大程度上抑制了干擾,提高了信
號傳輸?shù)目煽啃?。同?單片機發(fā)送數(shù)據(jù)時只要調(diào)整好發(fā)送數(shù)據(jù)幀各數(shù)據(jù)位之間的傳輸時間間隔,滿足熱表接收數(shù)據(jù)的波特率,就能完成熱表對單片機發(fā)送數(shù)據(jù)的接收,程序流程圖如圖5 所示。
3.3 通信協(xié)議
單片機的串行口工作于方式2 或方式3 時,數(shù)據(jù)幀由11 位數(shù)據(jù)組成:1 位起始位、9 位數(shù)據(jù)位、1 位停止位。在這兩種方式下,第9 位數(shù)據(jù)是可控的標志位,只有第9 位的數(shù)據(jù)是“1”(代表地址幀) 時,串行口接口電路才會在接收完1 個數(shù)據(jù)后,向CPU 請求中斷。因為PC 機的異步通信功能沒有這樣的通信格式,所以這種方式只適合單片機之間的多機通信。一般情況下,實現(xiàn)兩種異型機之間的通信常采用以下幾種方式:
(1) 用1 臺單片機作為上位PC 機和下位單片機之間的“橋梁”,實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的轉換;
(2) 在PC 機內(nèi)安裝異步通信適配卡,通過設計可編程芯片的運行方式,使之與單片機的多機通信方式一致;
(3) 設置上位機編程環(huán)境提供的串行通訊控件的屬性來區(qū)分尋址指令和數(shù)據(jù)傳送指令,進而實現(xiàn)通訊。
方法1 和方法2 硬件結構復雜,方法3 軟件代碼編寫繁瑣。在系統(tǒng)不復雜、任務不重、通信數(shù)據(jù)量不大的情況下,這些方法還不會有明顯的缺陷,否則方法1 中的“橋梁”單片機和方法2 中的通信異步適配器將會成為通信信道的瓶頸,而方法3 中數(shù)據(jù)幀中的奇偶校驗位通常用作發(fā)送地址碼(通道號) 或數(shù)據(jù)的特征位,這樣數(shù)據(jù)通信的校核會采用累加和校驗的方法,采用這種方法不但軟件開銷和進行通信的數(shù)據(jù)量增加了,而且實時性也受到影響。
根據(jù)實際情況,采用了通信信息幀不區(qū)分數(shù)據(jù)幀和地址幀的方法,這樣做不必使單片機工作在11 位異步收發(fā)方式下,使單片機和PC 機的串口工作方式一致。受到通信格式的啟發(fā),設計信息幀見圖6 ,用1～3 個字節(jié)作為數(shù)據(jù)通信的“報頭”,起同步作用;用1個或多個字節(jié)作為單片機的地址區(qū)別碼來標識某個單片機(根據(jù)系統(tǒng)中下位機的個數(shù)決定) ;用來標志下位機工作性質(zhì)的信息碼可根據(jù)實際的情況在信息幀中靈活設置。
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