基于单片机的接口转换设计及应用

1 引言

在电子测量与仪器领域内，GPIB和RS232C属于应用较广泛的标准接口总线。GPIB适于建立自动测试系统（ATS），RS232C常用于数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的联接。目前，已研制了许多专用大规模集成电路芯片来帮助设计者实现GPIB和RS232C接口，且这些芯片都与微处理器的内部总线相容。标准接口总线解决了设备与设备之间，或者功能组件与功能组件之间的接口问题。借助适当的接口总线把若干设备或功能组件联接起来就可构成一个ATS。如果把基于一种标准接口系统的测试装置作为子系统，再把若干子系统联接起来构成大系统或测试和控制网络，则实际需解决的就是不同标准接口总线之间的转换问题。

2 接口转换硬件设计

GPIB（即IEEE488）是目前普遍使用的一种可程控测量仪器的接口，并已有正式颁布的IEEE488和IEC625标准文本。最早投入市场的大规模集成电路GPIB接口片子是Motorola公司的MC68488。RS232C则是用得最多的一种串行通信标准，用于DTE和DCE之间的接口，串行通信接口常用的标准LSI芯片是Intel8251A。把与GPIB和RS232C标准相容的集成接口芯片作为微处理器内部总线上的输入／输出口，就能构成GPIB－RS232C转换器。GPIB－RS232C转换电路板即以AT89C51作为控制中心，用MC68488与GPIB系统母线相连，用INTEL8251A作为AT89C51同RS232C的接口，从而实现GPIB－RS232C接口转换。

AT89C51是一种带4K字节闪速可编程可擦除只读存储器（PEROM）的低功耗、高性能CMOS8位微控制器。该器件采用ATMEL高密度、非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS－51指令集和输出管脚相兼容。AT89C51具有以下一些标准特性：4K字节的闪速存储器，128字节RAM，32个I／O线，2个16位定时器／计数器，5个两级中断源结构，1个全双工串行口，片内振荡器和时钟电路。此外，AT89C51设有静态逻辑，可以在低到零频率的条件下工作，支持2种软件可选的省电模式。在闲置模式下，CPU停止工作，但RAM、定时器／计数器、串口和中断系统仍在工作。在掉电模式下，保存RAM的内容，并且冻结振荡器，禁止所有其他片内控制单元功能，直到下一个硬件复位为止。

GPIB－RS232C接口转换电路板的主要功能有：MC68488具有完整的GPIB听／讲能力，而Intel8251A有能力发送和接收位串行数据，因此，在GPIB控制器管理下能正确实现GPIB器件与RS232C器件之间的数据交换；该接口转换电路板作为GPIB器件具有单个或双主－副地址识别能力，响应GPIB控制器发送的有关GPIB命令。图1为GPIB－RS232C接口转换电路示意图。



3 接口转换软件设计

因为有大规模集成电路接口芯片，该接口转换电路板硬件实现较为容易，关键是要设计一个完善的监督管理程序。程序流程图如图2所示，流程设计是以GPIB传送数据给RS232C为主，因此监控系统初始化之后，首先识别MC68488是否听受命？一旦听受命就接收GPIB数据，直到完成一个数据块的输入为止。数据块输入完成后，就启动Intel8251数据发送部分工作，连续发送从MC68488输入的数据字节。RS232C接收数据是从识别Intel8251接收中断开始。如果Intel8251状态寄存器D7＝1，监督程序就转入从RS232C接收数据分支。首先从Intel8251接收整个数据块，然后借助GPIB的SRQ线向GPIB控制器提出服务请求；待GPIB控制器执行串行查询序列，响应该转换器服务请求后，就可以通过MC68488把接收到的数据块输给GPIB系统受命的听器件（或控制器）。注意从RS232C接收数据块时，要约定末字节识别标志。



4 接口转换应用实例

PCB程控探针定位设备是一种对被测试的印制电路板进行测试点定位的设备，它在计算机的支持下自动定位于被测试点，并且穿透印制板防护层，获取被测试点的电信号。其组成结构见图3，其定位功能由系统主控制器通过GPIB总线实现，而PCB的供电、信号源及测试仪器由具体的被测PCB的特性来确定。程控探针定位设备采用步进电机开环控制实现探针X、Y方向的自由移动，采用电磁铁吸合控制实现探针的上下升降，探针通过刻划来穿透PCB阻焊层，保持与测试点的可靠接触。该定位设备的微处理器电路板属于外购产品，可实现对步进电机移位和电磁铁吸合的控制，并且，微处理器电路板中已设计了RS232C接口，可以实现与测试系统主控计算机的串行通信。但是在ATS中，对程控台式测试设备通常采用GPIB控制，因此需要进行GPIB－RS232C接口转换。通过上述方法设计的接口转换电路，能确保PCB程控探针定位设备挂上GPIB总线，顺利地连入ATS中。并且，程控信号除了使用GPIB接口外，拔除与接口转换电路板中相连的RS232C插头，用外部电缆可直接使用RS232C控制方式完成PCB程控探针定位设备的全部功能，而此时GPIB的控制无效。