基于8250的多機通信設(shè)計

作者：時間：2012-01-19 來源：網(wǎng)絡(luò)

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實現(xiàn)串行通信的方法很多，例如可以根據(jù)通信協(xié)議的要求，用編寫程序的方法完成串行通信中數(shù)據(jù)字符的接收和發(fā)送，但這種方法比較麻煩；為了快速、簡便、有效的實現(xiàn)串行通信，PC系列及其兼容機都可以采用一個可編程異步串行通信接口芯片來執(zhí)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大規(guī)模集成通信組件，稱為通用異步接收/發(fā)送器，或簡稱UART（Universal Asynchronous Receiver/Transmitter）。

1﹒ 8051實現(xiàn)多機通信原理

8051串行通信相關(guān)的三個控制寄存器SCON（Serial Controller）、PCON（Power Controller）和IE（Interrupted Enhanced）分別用于設(shè)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(shù)據(jù)異步通信方式，發(fā)送或接收一幀數(shù)據(jù)為1l 位：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位、1位附加的校驗位和1位停止位。其中附加的第9位數(shù)據(jù)是可編程的，利用這一可控的第9位數(shù)據(jù)，可以實現(xiàn)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個可尋址寄存器供CPU讀/寫，以實現(xiàn)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全雙工的串行通信口，既可以實現(xiàn)雙機通信，也可以實現(xiàn)多機通信。當(dāng)串行口工作在方式2或方式3時，若串行控制寄存器SCON的多機通信控制位SM2由軟件設(shè)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，8051發(fā)送的幀格式是11位，其中第9位是SCON中的發(fā)送數(shù)據(jù)位TB8,它是多機通信時發(fā)送地址（TB8=1）或發(fā)送數(shù)據(jù)（TB8=0）的標志。串行發(fā)送時自動裝入串行幀格式的相應(yīng)位。在接收端，一幀數(shù)據(jù)的第9位信息被裝入SCON的接受數(shù)據(jù)位RB8中，接收機根據(jù)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(yīng)或不響應(yīng)串行中斷，這樣就實現(xiàn)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，是專門為了適用于Intel公司的微處理機的數(shù)據(jù)通信而設(shè)計的。它接受來自CPU的并行數(shù)據(jù)，然后將其轉(zhuǎn)換為連續(xù)的串行數(shù)據(jù)，通過發(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，其中一幀最長為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(yīng)的地址/數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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，但通過軟件的辦法，可使得8250滿足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(nèi)部寄存器的端口地址見表1。

表1 8250內(nèi)部寄存器的端口地址

序號	名稱	端口地址	輸入/輸出形式
1	數(shù)據(jù)發(fā)送保持寄存器	3F8H	輸出
2	數(shù)據(jù)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	通信線路控制寄存器	3FBH	輸出
8	MODEM控制寄存器	3FCH	輸出
9	通信線路狀態(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(shù)據(jù)幀，這11位數(shù)據(jù)幀由1位起始位、8位數(shù)據(jù)位、1位奇偶校驗位和1位停止位組成，其格式如下：

起始位

奇偶位

停止位

而8051單片機通信的典型數(shù)據(jù)格式為：

起始位

TB8

停止位

其中TB8是可編程位，通過使其為0或1而將數(shù)據(jù)幀和地址幀區(qū)別開來。

比較上面兩種數(shù)據(jù)格式可知：它們的數(shù)據(jù)位長度相同，不同僅在于奇偶校驗位和TB8。如果通過軟件的方法可以編程8250的奇偶校驗位，使得在發(fā)送地址時為“1”，發(fā)送數(shù)據(jù)時為“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的通信線控制寄存器寫入特定的控制字。

仔細研究串行卡的通信線控制寄存器3FBH的DS位功能可發(fā)現(xiàn)，在串行口初始化時設(shè)定3FB的D5=1，D3=1，而在發(fā)送地址時設(shè)置D4=0，在發(fā)送數(shù)據(jù)時設(shè)置D4=1，這樣實現(xiàn)了8051中TB8的功能，不必每次都進行調(diào)整。這種方法不僅節(jié)省了軟件開支，而且提高了通信速度。

通過對8250的線路控制寄存器（LCR）的設(shè)置，可使8250具有很大的靈活性。要使8250與8051實現(xiàn)多機通信，關(guān)鍵在于控制它的線路狀態(tài)，使它的數(shù)據(jù)傳輸格式與8051保持一致。根據(jù)8250線路控制寄存器的結(jié)構(gòu)特點，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(zhí)行

MOV DX，3FBH

MOV AL，2BH

OUT DX，AL

這三條語句，此時幀格式為：

起始位

停止位

若要求8250的奇偶位為0，只需執(zhí)行

MOV DX，3FBH

MOV AL，3BH

OUT DX，AL

這三條語句，此時幀格式為：

起始位

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(shù)據(jù)幀。

4﹒ PC機非標準波特率的設(shè)置

8051單片機系統(tǒng)時鐘絕大多數(shù)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(nèi)部定時器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(diào)用ROM BIOS INT14（串行口中斷），那么只能設(shè)置幾種標準的波特率。在這種標準波特率下，8051很難實現(xiàn)，如4800的波特率，對使用6MHz晶振的單片機就無法實現(xiàn)。然而在實際應(yīng)用中，不大可能只為滿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，可以通過直接對8250的除數(shù)鎖存器編程，以取得非標準波特率。

假設(shè)多機通信波特率計算值為2400，由于單片機無法實現(xiàn)，因此可設(shè)計為1953，在單片機上令TH1=248且SMOD=0，而在PC機上令除數(shù)等于59，這樣便可以實現(xiàn)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(shè)定通信的規(guī)程，如波特率、奇偶校驗方式、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)字節(jié)長度等；

step2：讀取通信線路(或MODEM)的狀態(tài)，判斷是否可以進行通信；

step3：送出（或接收）一個字節(jié)；

step4：重復(fù)step2和step3直到通信完畢。

當(dāng)允許中斷時，CPU送出（或接收）一個字節(jié)后，并不需要不斷查詢控制器的狀態(tài)，而可轉(zhuǎn)向執(zhí)行其他任務(wù)。當(dāng)有中斷信號INT4發(fā)生并響應(yīng)后，再按上述step2、step3第三步處理即可。

應(yīng)用8250進行串行通信時，首先要對其初始化，即設(shè)置波特率、通信采用的數(shù)據(jù)格式、是否使用中斷、是否自測試操作等。初始化后，則可采取程序查詢方式或中斷方式進行通信。

8250的初始化一般分三步：

step1：設(shè)置波特率（假設(shè)為1200）

MOV AL，80H