單片機(jī)輸出輸入接口擴(kuò)展等問題解析方案

串行通信雖然有其自身優(yōu)點(diǎn)：如適合長距離通信，有一定的糾錯能力等，但并行通信在短距離(數(shù)米范圍內(nèi))傳輸過程中的優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的。首先串行通信時(shí)要設(shè)置串口數(shù)據(jù)，如：串口號(Com1、Com2或者其他串口)、波特率、數(shù)據(jù)位數(shù)、停止位、校驗(yàn)位等等。而且單片機(jī)與PC機(jī)的串口數(shù)據(jù)必須一一對等，否則不能傳輸。而并行傳輸時(shí)，無需上述過程。其次，PC機(jī)的串口電平值為+12V~-12V，單片機(jī)是TTL電平(0~+5V)，兩者必須要經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行電平間的轉(zhuǎn)換。而進(jìn)行并行傳輸時(shí)，由于雙方都是TTL電平，所以PC的并口可以與單片機(jī)或其他芯片直接相連;另外，串行傳輸速度慢，每次只能傳送一位，而并行每次可以傳送8位，速度上的差異顯而易見。

而對于單片機(jī)，串口(UART)是最常用的端口，尤其對于存在兩個(gè)或多個(gè)串口的單片機(jī)來說，充分利用串口進(jìn)行通信是非常重要的。

輸出輸入接口的擴(kuò)展

單片機(jī)串口實(shí)現(xiàn)并行通信，其原理就是將PC機(jī)傳過來的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)，送入單片機(jī)的串口再由其進(jìn)行相應(yīng)處理。實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)數(shù)據(jù)串-并、并-串轉(zhuǎn)換的過程。

PC的并口為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的25針插座，包含一個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)端口(地址為378H)，即第2腳到第9腳;一個(gè)輸入控制端口(地址為379H)，即第15腳、13腳、12腳、10腳、11腳，其另外低三位無定義;一個(gè)輸出控制口(地址為37AH)，即第1腳、14腳、16腳、17腳，其另外高四位無定義。由此可見后面兩個(gè)端口都不是完全的8位。

輸出接口電路擴(kuò)展

這里使用常用的移位寄存器74LS164與單片機(jī)的RXD口構(gòu)成輸出接口電路。

雙列直插式74LS164引腳定義如圖1所示。

其中：QA~QH為并行輸出的數(shù)據(jù)，送入PC機(jī)并口378H端口(接收數(shù)據(jù)的8個(gè)數(shù)據(jù)位);單片機(jī)串口輸出的數(shù)據(jù)從AB輸入;CLR信號用于清除輸出數(shù)據(jù)(通常用在移位完成時(shí));內(nèi)部數(shù)據(jù)移位依靠時(shí)鐘CLK信號上升沿(由單片機(jī)TX提供)控制。

表1是該芯片工作的真值表。

輸入接口電路擴(kuò)展

使用常用的移位寄存器74LS165與單片機(jī)的RXD口構(gòu)成輸入接口電路。

雙列直插式74LS165引腳定義如圖2所示。

其中：A~H為并行輸入的數(shù)據(jù)，接PC機(jī)并口378H端口(接收數(shù)據(jù)的8個(gè)數(shù)據(jù)位);單片機(jī)串口接收的數(shù)據(jù)(RXD端口)從QH輸入;SH/LD信號用于重新裝載數(shù)據(jù)(通常用在數(shù)據(jù)完全移出后);SER是用于填充數(shù)據(jù)移出后的空位的邏輯電平信號(邏輯1或0);而數(shù)據(jù)是否移動由CLK INH和CLK聯(lián)合控制;內(nèi)部數(shù)據(jù)移位依靠時(shí)鐘CLK信號(仍由單片機(jī)的TXD提供)上升沿控制。

表2是該芯片工作的真值表。

其他軟硬件準(zhǔn)備工作

輸入輸出控制端口的連接。將單片機(jī)的P3.4、P3.5口分別與PC并口的第15腳、第16腳相連。這樣在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信時(shí)，兩者的握手信號傳輸就解決了：當(dāng)并口的第16腳置高電平時(shí)，用來通知單片機(jī)接收PC機(jī)已準(zhǔn)備就緒的數(shù)據(jù)，單片機(jī)收到以后就可以進(jìn)行相應(yīng)控制，接收數(shù)據(jù);當(dāng)單片機(jī)接收完數(shù)據(jù)時(shí)，會置P3.4為高電平并被379H的第15腳接收，于是PC機(jī)準(zhǔn)備發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)……單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，情況與此類似，由P3.4發(fā)送信號給PC機(jī)，而由P3.5接收PC機(jī)發(fā)送過來的信號。

軟件方面，由于是用串口進(jìn)行并行通信，因此就不能將串口的工作方式設(shè)置為方式0(移位寄存器輸入/輸出方式)以外的其他方式。還要注意此時(shí)串口的波特率固定為單片機(jī)外接晶振頻率的1/12。串行數(shù)據(jù)通過RXD輸入/輸出，TXD用于發(fā)送控制輸入輸出數(shù)據(jù)移位的時(shí)鐘脈沖。收發(fā)的數(shù)據(jù)為8位，低位在前。

設(shè)計(jì)實(shí)例

由于這一并行通信實(shí)現(xiàn)方法非常簡單，所以對于有一定單片機(jī)編程經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)人員來說，只要硬件電路確定下來，軟件方面的問題就非常容易。圖3為電路原理圖。

需要說明的是：1、單片機(jī)與PC機(jī)并口要共地;2、由于并行通信存在應(yīng)答信號(本圖中由單片機(jī)的P3.4、P3.5實(shí)現(xiàn)此功能)，所以不會出現(xiàn)RXD端口數(shù)據(jù)混亂的情況。

小結(jié)

現(xiàn)在單片機(jī)的應(yīng)用越來越廣泛，單片機(jī)與PC之間的通信是一個(gè)非常重要的應(yīng)用。如果單純的從實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC的并行通信的角度來說，該實(shí)現(xiàn)方法并不是最簡單的。最簡單的方法是將PC的并口對應(yīng)引腳與單片機(jī)的P1口和P3口直接相連，然后軟件上實(shí)現(xiàn)。本文的目的是充分利用單片機(jī)的串口資源與PC機(jī)進(jìn)行通信。