一種單片機(jī)控制的指令轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)

1 引言

在某大型指揮控制系統(tǒng)中，由于指令發(fā)送裝置與接收裝置的指令格式有很大的區(qū)別，兩者不能直接通信。而更換其中之一都會(huì)造成巨大的資金浪費(fèi)，指令轉(zhuǎn)換器的目的就是在不改變發(fā)送和接收裝置的情況下對(duì)發(fā)送裝置所產(chǎn)生的指令進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，使產(chǎn)生的指令格式與接收裝置所能接收的指令格式一致，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的順利通信。

2 硬件設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

指令轉(zhuǎn)換器的硬件總體結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。所有電路模塊集中在一塊印刷電路板上，主要有89C51單片機(jī)、串口擴(kuò)展電路、中斷擴(kuò)展電路、監(jiān)測(cè)電路、靜態(tài)存貯器擴(kuò)展電路、輸出電路及分頻電路等幾個(gè)部分，下面將對(duì)各部分進(jìn)行詳細(xì)介紹。

2.2 中央控制單元

2.2.1時(shí)鐘電路

89C51的內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端，這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外諧振器一起構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器。89C51有內(nèi)部和外部?jī)煞N時(shí)鐘方式，本系統(tǒng)采用外部時(shí)鐘方式。

2.2.2復(fù)位電路

復(fù)位電路設(shè)計(jì)的核心是：在振蕩器運(yùn)行時(shí)，保證89C51的RST引腳上出現(xiàn)10ms以上穩(wěn)定的高電平，這樣可以使89C51可靠地復(fù)位。常用的復(fù)位電路有上電復(fù)位、電平開關(guān)復(fù)位、兩種復(fù)位電路相結(jié)合的控制電路等,本系統(tǒng)采用上電復(fù)位電路。

2.3 串口擴(kuò)展電路

89C51單片機(jī)僅有一個(gè)異步串行通信接口，而指令轉(zhuǎn)換器需要同時(shí)與指令發(fā)送裝置、指令接收裝置進(jìn)行通信，需要兩個(gè)專用的串行口，利用Intel 8251擴(kuò)展串行口，可有效解決問題。8251可用于同步和異步傳輸。異步傳送時(shí)，可傳送5-8bits字符，時(shí)鐘速率為通信波特率的1、16或64倍；可產(chǎn)生1、1.5或2位的停止位，可檢查假啟動(dòng)位，自動(dòng)監(jiān)測(cè)和處理終止字符；完全雙工，具有雙緩沖器發(fā)送和接收器；具有奇偶、溢出和幀錯(cuò)誤檢測(cè)電路。本系統(tǒng)用兩片8251進(jìn)行擴(kuò)展串口，其片選地址分別為#1FFFH、#3FFFH。

2.4 外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路

89C51單片機(jī)內(nèi)部有128個(gè)字節(jié)RAM存儲(chǔ)器。CPU對(duì)內(nèi)部RAM具有豐富的操作指令。但在用于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和處理時(shí)，僅靠?jī)?nèi)部的128個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，在這種情況下，可以利用89C51的擴(kuò)展功能，擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器。

2.5 中斷擴(kuò)展電路

89C51單片機(jī)僅提供了兩個(gè)外部中斷源，而指令格式轉(zhuǎn)換器需要四個(gè)中斷源，為了解決此問題，利用能夠管理多級(jí)中斷請(qǐng)求Intel 8259A來(lái)進(jìn)行中斷擴(kuò)展是一個(gè)有效的辦法。

由于8259A與 89C51的接口并不完全兼容，因此必須對(duì)89C51輸出的控制信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的變換后再對(duì)8259A進(jìn)行控制。這需要解決硬件與軟件兩個(gè)問題，下面先給出硬件解決方案。

硬件方面，當(dāng)8259A發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)INT=1后，要求CPU返回一個(gè)中斷應(yīng)答信號(hào) 送至8259A，以控制8259A調(diào)用機(jī)器指令碼的發(fā)送，但89C51不會(huì)自動(dòng)發(fā) =0的信號(hào)，可以通過對(duì)89C51的 信號(hào)與INT信號(hào)相結(jié)合，如圖2-2所示，通過CPU連續(xù)執(zhí)行三條指令MOVX A，@R0指令可產(chǎn)生8259A的 所需要的中斷應(yīng)答信號(hào)。

2.6 輸出電路

為了使信號(hào)轉(zhuǎn)換器和指令發(fā)送裝置之間能夠通信，本系統(tǒng)采用標(biāo)準(zhǔn)異步通信接口RS-232作為輸出端口。

RS-232電路采用MAXIM公司的232專用接口芯片MAX238DIP，該芯片單5V供電，包含4路收，4路發(fā)，可以全雙工方式工作，MAX238DIP引腳定義及典型應(yīng)用電路如圖2-3所示，引腳定義見表2-1，T1IN、T2IN、T3IN、T4IN到T1OUT、T2OUT、 T3OUT、T4OUT實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)輸入到232轉(zhuǎn)換，R1IN、R2IN、R3IN、R4IN到R1OUT、R2OUT、R3OUT、R4OUT實(shí)現(xiàn)232 到驅(qū)動(dòng)輸出轉(zhuǎn)換。

表2-1 MAX238DIP引腳定義