基于8250的多機通信設計
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實(shí)現串行通信的方法很多，例如可以根據通信協(xié)議的要求，用編寫(xiě)程序的方法完成串行通信中數據字符的接收和發(fā)送，但這種方法比較麻煩；為了快速、簡(jiǎn)便、有效的實(shí)現串行通信，PC系列及其兼容機都可以采用一個(gè)可編程異步串行通信接口芯片來(lái)執行異步串行通信協(xié)議。這種異步通信接口芯片的核心是一個(gè)大規模集成通信組件，稱(chēng)為通用異步接收/發(fā)送器，或簡(jiǎn)稱(chēng)UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。
1﹒ 8051實(shí)現多機通信原理
8051串行通信相關(guān)的三個(gè)控制寄存器SCON（Serial Controller）、PCON（Power Controller）和IE（Interrupted Enhanced）分別用于設定四種不同的通信方式及定義波特率。它的串行口工作方式3是可變波特率的9位數據異步通信方式，發(fā)送或接收一幀數據為1l 位：1位起始位，8位數據位、1位附加的校驗位和1位停止位。其中附加的第9位數據是可編程的，利用這一可控的第9位數據，可以實(shí)現多機通信。
2﹒ PC機與8051通信原理
PC機的串行通信適配器，其核心為可編程異步收發(fā)器UART8250芯片，8250有10個(gè)可尋址寄存器供CPU讀/寫(xiě)，以實(shí)現與外界的通信，并制定通信協(xié)議和提供通信狀態(tài)信息。
8051單片機的串行通道是一個(gè)全雙工的串行通信口，既可以實(shí)現雙機通信，也可以實(shí)現多機通信。當串行口工作在方式2或方式3時(shí)，若串行控制寄存器SCON的多機通信控制位SM2由軟件設置為“1”，則為多機方式；若SM2為“0”，則為9位異步通信方式。
在多機通信時(shí)，8051發(fā)送的幀格式是11位，其中第9位是SCON中的發(fā)送數據位TB8,它是多機通信時(shí)發(fā)送地址（TB8=1）或發(fā)送數據（TB8=0）的標志。串行發(fā)送時(shí)自動(dòng)裝入串行幀格式的相應位。在接收端，一幀數據的第9位信息被裝入SCON的接受數據位RB8中，接收機根據RB8以及SM2的狀態(tài)確定是否產(chǎn)生串行中斷標志，從而可以響應或不響應串行中斷，這樣就實(shí)現了串行中斷。
PC機的串行通信由接口芯片8250完成。它是一種通用的異步接受/發(fā)送器，是專(zhuān)門(mén)為了適用于Intel公司的微處理機的數據通信而設計的。它接受來(lái)自CPU的并行數據，然后將其轉換為連續的串行數據，通過(guò)發(fā)送器的移位寄存器發(fā)送出去。雖然8250不具備多機通信功能也不能產(chǎn)生TB8或RB8，但可以靈活地使用8250，用軟件完成上述功能。8250可以發(fā)送多種字長(cháng)，其中一幀最長(cháng)為11位，與8250發(fā)送的幀格式相比，差別僅在第9位，即PC機的 8250發(fā)送的第9位是奇/偶校驗位，而不是相應的地址/數據位標志，可以采用軟件編程的方法使8250的奇/偶校驗位形成正確的地址/數據標志。
3﹒ PC機與8051的多機通信控制
雖然8250本身并不具備8051系列單片機的多機通信功能，但通過(guò)軟件的辦法，可使得8250滿(mǎn)足8051單片機通信的要求。
8250的端口地址范圍為3F8H~3FEH或2F8H~2FEH。其內部寄存器的端口地址見(jiàn)表1。
表1 8250內部寄存器的端口地址
序號 | 名稱(chēng) | 端口地址 | 輸入/輸出形式 |
1 | 數據發(fā)送保持寄存器 | 3F8H | 輸出 |
2 | 數據接受寄存器 | 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 | 中斷識別寄存器 | 3FAH | 輸入 |
7 | 通信線(xiàn)路控制寄存器 | 3FBH | 輸出 |
8 | MODEM控制寄存器 | 3FCH | 輸出 |
9 | 通信線(xiàn)路狀態(tài)寄存器 | 3FDH | 輸入 |
10 | MODEM狀態(tài)寄存器 | 3FEH | 輸入 |
8250可發(fā)送11位數據幀，這11位數據幀由1位起始位、8位數據位、1位奇偶校驗位和1位停止位組成，其格式如下：
起始位 | D0 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | 奇偶位 | 停止位 |
而8051單片機通信的典型數據格式為：
起始位 | D0 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | TB8 | 停止位 |
其中TB8是可編程位，通過(guò)使其為0或1而將數據幀和地址幀區別開(kāi)來(lái)。
比較上面兩種數據格式可知：它們的數據位長(cháng)度相同，不同僅在于奇偶校驗位和TB8。如果通過(guò)軟件的方法可以編程8250的奇偶校驗位，使得在發(fā)送地址時(shí)為“1”，發(fā)送數據時(shí)為“0”，則8250的奇偶校驗位完全模擬單片機多機通信的TB8位。方法是把8250的通信線(xiàn)控制寄存器寫(xiě)入特定的控制字。
仔細研究串行卡的通信線(xiàn)控制寄存器3FBH的DS位功能可發(fā)現，在串行口初始化時(shí)設定3FB的D5=1，D3=1，而在發(fā)送地址時(shí)設置D4=0，在發(fā)送數據時(shí)設置D4=1，這樣實(shí)現了8051中TB8的功能，不必每次都進(jìn)行調整。這種方法不僅節省了軟件開(kāi)支，而且提高了通信速度。
通過(guò)對8250的線(xiàn)路控制寄存器（LCR）的設置，可使8250具有很大的靈活性。要使8250與8051實(shí)現多機通信，關(guān)鍵在于控制它的線(xiàn)路狀態(tài)，使它的數據傳輸格式與8051保持一致。根據8250線(xiàn)路控制寄存器的結構特點(diǎn)，可以在編程中作如下選擇：
若要求8250發(fā)送幀的奇偶校驗位為1，只需要執行
MOV DX，3FBH
MOV AL，2BH
OUT DX，AL
這三條語(yǔ)句，此時(shí)幀格式為：
起始位 | D0 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | 1 | 停止位 |
若要求8250的奇偶位為0，只需執行
MOV DX，3FBH
MOV AL，3BH
OUT DX，AL
這三條語(yǔ)句，此時(shí)幀格式為：
起始位 | D0 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | 0 | 停止位 |
顯然，前者可作為多機通信中的地址幀，而后者作為數據幀。
4﹒ PC機非標準波特率的設置
8051單片機系統時(shí)鐘絕大多數情況下都采用6MHz的石英晶體振蕩器，其串行口的波特率是由其內部定時(shí)器TH1（8位）決定的，具體計算公式為：
Baud=（fosc﹡2SMOD）/（32﹡12﹡（256-TH1））=（15625﹡2SMOD）/（256-TH1）
式中SMOD可編程控制，TH1的不同值所確定的波特率不同。
如果用BASIC或直接調用ROM BIOS INT14（串行口中斷），那么只能設置幾種標準的波特率。在這種標準波特率下，8051很難實(shí)現，如4800的波特率，對使用6MHz晶振的單片機就無(wú)法實(shí)現。然而在實(shí)際應用中，不大可能只為滿(mǎn)足標準波特率要求而選擇晶振。另一方面，在保證可靠通信的前提下，總是希望通信速度盡可能的快。所以，可以通過(guò)直接對8250的除數鎖存器編程，以取得非標準波特率。
假設多機通信波特率計算值為2400，由于單片機無(wú)法實(shí)現，因此可設計為1953，在單片機上令TH1=248且SMOD=0，而在PC機上令除數等于59，這樣便可以實(shí)現多機通信。
5﹒ 對8250的編程
僅就8250而言，異步串行通信編程步驟如下：
step1：設定通信的規程，如波特率、奇偶校驗方式、數據格式、數據字節長(cháng)度等；
step2：讀取通信線(xiàn)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；
step4：重復step2和step3直到通信完畢。
當允許中斷時(shí)，CPU送出（或接收）一個(gè)字節后，并不需要不斷查詢(xún)控制器的狀態(tài)，而可轉向執行其他任務(wù)。當有中斷信號INT4發(fā)生并響應后，再按上述step2、step3第三步處理即可。
應用8250進(jìn)行串行通信時(shí)，首先要對其初始化，即設置波特率、通信采用的數據格式、是否使用中斷、是否自測試操作等。初始化后，則可采取程序查詢(xún)方式或中斷方式進(jìn)行通信。
8250的初始化一般分三步：
step1：設置波特率（假設為1200）
MOV AL，80H
MOV DX，3FBH
OUT DX,，AL
MOV AL，60H
MOV DX，3FBH
OUT DX，AL
MOV AL，00H
MOV DX，3F9H
OUT DX，AL
step2：設置通信數據格式（假設7個(gè)數據位，1個(gè)停止位，偶校驗）
MOV AL，1AH
MOV DX，3FBH
OUT DX，AL
step3：設置操作方式
MOV AL，03H
MOV DX，3FCH
OUT DX，AL；不允許中斷輸出
MOV DX，3FCH
MOV AL，OBH
OUT DX，AL；允許中斷輸出
MOV AL，13H
MOV DX，3FCH
OUT DX，AL；自測試工作方式
step4：設置中斷允許寄存器
MOV AL，00H
MOV DX，3F9H
OUT DX，AL
6﹒ 本文的創(chuàng )新點(diǎn)
本文的創(chuàng )新點(diǎn)在于：第一，利用可編程異步串行通信接口芯片執行異步串行通信協(xié)議以實(shí)現通信；第二，通過(guò)直接對8250的除數鎖存器編程的方法，以取得非標準波特率。
參考文獻：
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