单片机系统多串行口设计技术

复用器切换到第二通道，接受ＲＸＤ２的数据。一个字节接收完毕后，将复用器切换回第一通道。

文献的方法占用了一个外部中断，且只能将一路串口扩展为两路。基于同样的思路，可以利用四选一多路复用器将一路串行口扩展为两路以上。发送

数据的操作过程同上。为了实现数据的接收，需要用可编程逻辑器件或锁存器及编码器设计一个通道选择电路，哪一路先有起始位，将多路复用器选通到哪一路。ＣＰＵ根据通道选择电路的输出确定所收数据的通道编号。

⑧运用ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ设计串行口

ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ具有强大的电路模拟功能。利用ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ可以设计并行口转串行口的时序逻辑电路，该电路一般由四部分组成：总线接口与控制逻辑部分、波特率发生部分、移位输出与锁存部分、移位输入与锁存部分。该电路波特率可以调节，有片选线和读写线。ＣＰＵ通过并行口对电路进行访问。从实质上说，该电路模拟了可编程控制器１６Ｃ５５０的串行接口功能。事实上，ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ有很大的灵活性。可根据实际需要和系统资源对电路进行适当裁剪，也可把多路复用技术或时分复用技术运用于串行口的模拟。

３　多串行口设计方法的比较研究与选择原则

以上８种方法，各有利弊。显然，选用多串口ＣＰＵ是最为直接有效的方法，但是选用一种新型号的ＣＰＵ，对于开发者来说，有一定的开发风险，有时还有受到供货渠道和开发条件的限制。选用专用芯片是一种可靠性最高的串口外部扩展法，有技术成熟、软件工作量小等诸多优势。不足之处是硬件成本增加、体积增加，有时还要占用外部中断源。选用多路复用器。其好处是可以实现ＣＰＵ一点对多点的通讯、软硬件成本低、可靠性高，致命缺点是ＣＰＵ不能同时接收多路输入数据。选用ＦＰＧＡ／ＣＰＬＤ既可以设计串行接口本身，又可以用来实现多路串口切换，或管理多个串行接口芯片的中断源。优点是可靠性高、ＣＰＵ软件开销小，不足是开发成本稍大、硬件成本高。用分立元件实现串行口的转换，优点是软件工作量小，不足是电路复杂、可靠性差、要占用外部中断源。利用软件模拟串行接口，其优点不言而喻．既不增加任何硬件，又不占用外部中断源。缺点是软件复杂度高、ＣＰＵ开销大、要占用软件定时器。

以上八种多串口的设计方法可以归纳为五种设计思想：

①直接从ＣＰＵ上下手，选择多串行口单片机；

②挖掘器件本身的资源，在ＣＰＵ　Ｉ／Ｏ口线上用软件模拟串行口；

③使用功能电路实现串、并转换；

④使用功能电路将一路高速串行口分解为多路低速串行口；

⑤通过分时复用实现一路到多路的切换。

针对这几种不同的设计思想和其具体的实现方法，在应用时该如何选择，不但要依据以上几种方法的软硬件复杂度、ＣＰＵ时间开销、实时性和可靠性，还要依据应用系统中所需串行接口的总路数、各个串口之间的独立性和波特率，以及现有的开发条件和综合成本指标。选择时要根据各种因素进行综合权衡。要在能实现所要求功能的基础上，充分利用现有资源、降低系统的复杂度、提高可靠性，力求使设计代价最小、总体成本最低。当然，这些方法的选择应该灵活多样，不必拘泥于一种方法，也可以因地制宜地选择几种方法的组合。

４　应用举例

在某型无人机飞行控制器设计中，ＣＰＵ选用的是８０Ｃ１９６ＫＣ。ＣＰＵ上原有的一路串口用于遥控遥测。为了测量飞机的航向角。系统中应用了数字罗盘ＨＭＲ３０００。该传感器为串口接口，波特率为１９２００，输出数据为ＮＭＥＡＣ１８３格式，每秒２０帧，每帧３５字节，为此需要给控制器增加一路全双工异步串行接口。

基于对以上８种设计方法的比较与分析，在权衡系统的软硬件复杂度之后，选用了第四种方法，即利用１６Ｃ５５０可编程通讯控制器扩展出一路串行口。专门与该传感器通讯。１６Ｃ５５０使用了ＦＩＦＯ功能，在接收１４个字节后向ＣＰＵ提出一次中断请求。这样ＣＰＵ最多中断４次就可以全部接收一帧姿态测量数据。控制器的软件对ＨＭＲ３０００一帧输出数据的解码时间仅为１．１８７ｍｓ，ＣＰＵ的负担并不大。ＣＰＵ、１６Ｃ５５０和ＨＭＲ３０００的连接电路如图１所示。

图１ 可编程通讯控制器１６Ｃ５５０与单片机系统的接口电路图