用多路復用器擴展MCU串口

多微控制器(MCU)／微機組成的分布式、主從式系統是現代復雜通信、控制系統的典型解決方案。分布式環(huán)境下的多機協(xié)同，要求系統狀態(tài)和控制信息在多機間進(jìn)行快速傳遞,這通常借助簡(jiǎn)單有效的串行通信方式?，F有的微控制器一般所帶的串行接口非常適用于點(diǎn)對點(diǎn)通信的場(chǎng)合；但對于實(shí)時(shí)性要求高的多機通信場(chǎng)合，這類(lèi)接口必須在串口數量和功能上進(jìn)行擴展，才能滿(mǎn)足對實(shí)時(shí)性要求較高的應用場(chǎng)合的需要。

本文討論了一種適用于多機實(shí)時(shí)環(huán)境下的、新的可重配置串口擴展方案。圖１為本方案框圖。多路復用器是本方案的硬件核心。方案的要點(diǎn)是利用Mux動(dòng)態(tài)地將MCU的串口在串行通道間切換，以達到串口擴展的目的。本文中MCU以89C51為例，Mux 以MAX353為例。

MAX353 是Maxim公司推出的高性能多路復用器，實(shí)際可構成兩對單刀單擲模擬開(kāi)關(guān)，兩對開(kāi)關(guān)狀態(tài)由一個(gè)引腳控制。MAX353基本參數為導通電阻小于35Ω；導通時(shí)間小于175ns，關(guān)斷時(shí)間小于145ns。以上參數完全滿(mǎn)足本方案的使用要求。

以下介紹本串口擴展方案的基本工作原理。

兩串行通道和MAX353、89C51的連接 兩串行通道CH1,CH2通過(guò)多路復用器MAX353接到89C51的串口，多路復用器MAX353由89C51的一個(gè)I/O引腳控制。其中串行通道CH2的輸出TXD2同時(shí)接到89C51的外部中斷輸入請求INT0或INT1上。為了適應各種串口通信協(xié)議的需要，可在電路中加上電平轉換器件，如圖1所示。

中斷源的使用和設置 CH1仍舊使用串口中斷，而CH2使用外部中斷INT0或INT1（下面以INT0為例）。當CH2有信息來(lái)時(shí)，TXD2上將出現起始標志：一個(gè)下跳沿。應將INT0設置成為邊沿觸發(fā)，該下跳沿將使89C51進(jìn)入外部中斷服務(wù)程序，將串口切換到CH2。

基本工作原理簡(jiǎn)介 假定外部中斷的優(yōu)先級比串口中斷優(yōu)先級高，又假定在默認情況下，89C51通過(guò)I/O口控制Max353，將CH1和89C51的串口相連。當CH1有信息來(lái)，將引起89C51的串口中斷，實(shí)時(shí)地接收CH1的信息；反之，當CH2發(fā)來(lái)信息時(shí)，即由遠端機發(fā)來(lái)“發(fā)送字符”（發(fā)送該字符的目的僅僅是要89C51產(chǎn)生外部中斷，該字符姑且稱(chēng)之為“發(fā)送字符”）以引起外部中斷。利用該中斷，控制MAX353將CH2切到89C51的串口，為接受來(lái)自CH2的正規信息作準備；CH2再有信息來(lái)時(shí)，即可通過(guò)89C51串口接收，實(shí)現串口擴展。

通過(guò)以上步驟，系統已經(jīng)在硬件上已經(jīng)完成了串口擴展，尚需編制相應的支撐軟件。

如果89C51是發(fā)送方，那么端機地址(這里地址指的是通道)顯然已知，據此控制MAX353，將串口切換到正確的通道上即可；如果89C51是接收方，89C51不知道信息何時(shí)、從何通道來(lái)，為此需要建立特定的全局標志。

首先89C51的串口中斷服務(wù)程序應區分是CH1還是CH2引起的串口中斷，檢查控制MAX353串口I/O引腳狀態(tài)可作出判斷；設置全局標志CH1_Abort作為CH1串口中斷服務(wù)程序提前終止標志；設置全局標志Extern_on以表明外部中斷曾發(fā)生。CH1串口中斷服務(wù)程序檢測該標志，決定是否需要快速退出并復位Extern_on；為了提供系統的容錯能力，用一個(gè)定時(shí)器檢查CH2占用串口的時(shí)間。定時(shí)器的時(shí)間定為通道切換的最長(cháng)時(shí)間（包括軟件和硬件所需時(shí)間）。圖２給出了89C51的詳細工作流程。在此采用了下面直觀(guān)的類(lèi)狀態(tài)遷移圖的形式，特別是對全局性的狀態(tài)標志(如Extern_on、CH1_Abort等)的設立和復位進(jìn)行說(shuō)明。

從圖１可以清楚地看出，本方案硬件開(kāi)銷(xiāo)極少；原則上，以此方法可對微控制器的串口作進(jìn)一步的擴展。串口的擴展為系統提供了實(shí)時(shí)性強、可靠性高的串行通信能力；可通過(guò)改變通道和MAX353連接改變兩通道的優(yōu)先級，達到靈活配置通道優(yōu)先級的目的?！?/font>