基于51單片機應用系統的串行通信設計
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在紅外成像技術(shù)的電力設備狀態(tài)檢測系統中，基于A(yíng)T89C51單片機的應用系統，采用美國雷態(tài)公司的型號為3iLRL3的非接觸式紅外測溫儀．該測溫儀采用的是RS232C串行通信標準接口，該接口在很多通信設備中通用，目前與PC機的直接串行通信也是RS 232C接口。盡管RS232C性能指標并非很好，但還是有廣泛的市場(chǎng)支持。串行通信技術(shù)在測控系統中占有很重要的地位，只用三根線(xiàn)．就可以方便的在2個(gè)數字設備之間進(jìn)行信息的交換，實(shí)現全雙工的傳送數據，硬件成本低．而且通用性好。
2 串行通信的硬件設計
在所開(kāi)發(fā)的系統中．紅外測溫儀將檢測電力沒(méi)備的工作和環(huán)境溫度，通過(guò)RS 232C串口傳給單片機，同時(shí)由單片機控制檢測裝置的在線(xiàn)工作組態(tài)，紅外檢測裝置的工作組態(tài)的制訂和選擇是由上位PC機來(lái)完成的，這樣，以單片機為核心組成的控制電路是數據的中轉站，上位PC機下傳紅外測溫儀的在線(xiàn)工作組態(tài)．上傳紅外測溫儀的檢測的電力設備的在線(xiàn)工作溫度．以診斷電力設備的工作狀態(tài)。在這里單片機與PC機的串行通信接口還是RS 232C的標準通信。AT89C51單片機僅有一個(gè)串口，這就要解決另一個(gè)串口外擴問(wèn)題，系統利用的通用串行通信接口芯片8251A來(lái)擴展。該系統的串行通信的硬件電路如圖1所示。
RS-232是EIA(Electronics Industries Association)電平．信號電平采用負邏輯，邏輯"1"=一12V，邏輯"0"=+12 V。這與單片機的TTL信號電平不兼容，所以RS232C與89C51單片機的串口RXD(串行接收口)和TXD(串行發(fā)送口)不能直接連接，需要跨接一個(gè)轉換器在RS232C與TTL電路之間進(jìn)行電平轉換。市場(chǎng)上電平轉換的芯片很多，如早期廣泛使用MCl488和MCl489，MC1488是接收TTL電平．輸出RS 232C電平．MC1489是接收RS 232C電平，輸出TTL電平，該電平轉換接口的不便之處是需要±12 V工作電壓，并且功耗較大．不適用于低功耗的系統。
所以系統利用了MAXIM公司生產(chǎn)的MAX232實(shí)現2種電平之間的轉換．其主要優(yōu)點(diǎn)有：芯片內部有一個(gè)電壓轉換器，可以把輸入的+5 V工作電壓轉換為RS 232C接口所需的±l 2 V電壓；同時(shí)可以實(shí)現2路2種電平的雙向轉換．在該系統中可代替2片MCl488和2片MCl489，外接1個(gè)5 V的電源，而不需像MCl488和MCl489那樣外接±12 V電源，所以電路簡(jiǎn)單，提高性能。
在系統中，紅外測溫儀與PC機2個(gè)串行口，而89C51只有1個(gè)串口，利用可編程通用串行接口芯片8251A實(shí)現與上位Pc機通信，由于8251A串口芯片的片選端CS接到74LS138譯碼器的Y2．因此8251A的口地址為OA000H，RXCLK和TXCLK接收和發(fā)送時(shí)鐘都連接51的T1口，利用T1作為波特率發(fā)生器[1]。
3 軟件設計
紅外測溫儀的串口通過(guò)MAX232直接與89C15連接，所以紅外掃描傳感頭按給定的掃描策略?huà)呙桦娏υO備，讀入溫度掃描信號，做最大值、最小值、平均值及異常剔除處理，單片機記錄掃描時(shí)間和溫度值，等待PC機命令．向PC機發(fā)送數據，發(fā)送數據流程如圖2所示。紅外傳感器通過(guò)Pc機下傳的在線(xiàn)工作組態(tài)控制檢測電力設備的狀態(tài)，其接收數據的流程如圖3所示。單片機與PC機之間的串行通信通過(guò)825lA，所以在通信程序中首先對825lA進(jìn)行初始化編程，設置串口通信方式，確定通信協(xié)議。這些是通信程序設計的關(guān)鍵點(diǎn)。
(1)串口的工作方式設置
通過(guò)對單片機的串口控制寄存器(SCON)的設置來(lái)完成，由于采用一幀11位的數據格式，所以89C51的串口的工作方式只能設置成方式2和方式3，數據傳輸的波特率有定時(shí)器控制，本系統采用方式3，單片機的串行接收的l幀數據中，奇偶校驗位由SCON的TB8和RB8(第9位數據)來(lái)完成校驗功能。
(2)串口波特率的設定
通過(guò)此公式的計算可以進(jìn)一步驗證在設計系統選用的晶振的頻率為11．0592 MHz時(shí)計算出來(lái)的T1初值沒(méi)有誤差。
(3)握手信號的規定
請求信號定為FFH、應答信號定為FEH、錯誤信號定為FDH、結束信號定為FCH。
(4)數據傳送方式
利用RS 232C的2根傳輸線(xiàn)實(shí)現全雙工的發(fā)送和接收數據。
(5)通信方式
異步通信方式，以字為單位傳送數據，由于發(fā)送與接收雙方使用各自的時(shí)鐘，所以在異步通信中嚴格規定數據幀的格式。
(6)數據幀的格式
一幀數據為11位，包括起始位、數據位、奇偶檢驗位、停止位，數據格式如下[2]：
所以8251A初始化方式控制字為7DH。
串行通信技術(shù)目前在很多測控系統中廣泛被使用，而且遠距離的通信使用的更為突出，本系統的RS 232C只是用于近距離的通信，在改進(jìn)的系統中使用RS 485可以擴大傳輸距離，并是系統穩定性增強。
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