一种单片机控制的指令转换器的设计

1 引言

在某大型指挥控制系统中，由于指令发送装置与接收装置的指令格式有很大的区别，两者不能直接通信。而更换其中之一都会造成巨大的资金浪费，指令转换器的目的就是在不改变发送和接收装置的情况下对发送装置所产生的指令进行格式转换，使产生的指令格式与接收装置所能接收的指令格式一致，实现整个系统的顺利通信。

2 硬件设计

2.1 总体结构

指令转换器的硬件总体结构如图2-1所示。所有电路模块集中在一块印刷电路板上，主要有89C51单片机、串口扩展电路、中断扩展电路、监测电路、静态存贮器扩展电路、输出电路及分频电路等几个部分，下面将对各部分进行详细介绍。

2.2 中央控制单元

2.2.1时钟电路

89C51的内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是此放大器的输入端和输出端，这个放大器与作为反馈元件的片外谐振器一起构成一个自激振荡器。89C51有内部和外部两种时钟方式，本系统采用外部时钟方式。

2.2.2复位电路

复位电路设计的核心是：在振荡器运行时，保证89C51的RST引脚上出现10ms以上稳定的高电平，这样可以使89C51可靠地复位。常用的复位电路有上电复位、电平开关复位、两种复位电路相结合的控制电路等,本系统采用上电复位电路。

2.3 串口扩展电路

89C51单片机仅有一个异步串行通信接口，而指令转换器需要同时与指令发送装置、指令接收装置进行通信，需要两个专用的串行口，利用Intel 8251扩展串行口，可有效解决问题。8251可用于同步和异步传输。异步传送时，可传送5-8bits字符，时钟速率为通信波特率的1、16或64倍；可产生1、1.5或2位的停止位，可检查假启动位，自动监测和处理终止字符；完全双工，具有双缓冲器发送和接收器；具有奇偶、溢出和帧错误检测电路。本系统用两片8251进行扩展串口，其片选地址分别为#1FFFH、#3FFFH。

2.4 外部数据存储器扩展电路

89C51单片机内部有128个字节RAM存储器。CPU对内部RAM具有丰富的操作指令。但在用于实时数据采集和处理时，仅靠内部的128个字节的数据存储器是远远不够的，在这种情况下，可以利用89C51的扩展功能，扩展外部存储器。

2.5 中断扩展电路

89C51单片机仅提供了两个外部中断源，而指令格式转换器需要四个中断源，为了解决此问题，利用能够管理多级中断请求Intel 8259A来进行中断扩展是一个有效的办法。

由于8259A与 89C51的接口并不完全兼容，因此必须对89C51输出的控制信号进行相应的变换后再对8259A进行控制。这需要解决硬件与软件两个问题，下面先给出硬件解决方案。

硬件方面，当8259A发出中断请求信号INT=1后，要求CPU返回一个中断应答信号 送至8259A，以控制8259A调用机器指令码的发送，但89C51不会自动发 =0的信号，可以通过对89C51的 信号与INT信号相结合，如图2-2所示，通过CPU连续执行三条指令MOVX A，@R0指令可产生8259A的 所需要的中断应答信号。

2.6 输出电路

为了使信号转换器和指令发送装置之间能够通信，本系统采用标准异步通信接口RS-232作为输出端口。

RS-232电路采用MAXIM公司的232专用接口芯片MAX238DIP，该芯片单5V供电，包含4路收，4路发，可以全双工方式工作，MAX238DIP引脚定义及典型应用电路如图2-3所示，引脚定义见表2-1，T1IN、T2IN、T3IN、T4IN到T1OUT、T2OUT、 T3OUT、T4OUT实现驱动输入到232转换，R1IN、R2IN、R3IN、R4IN到R1OUT、R2OUT、R3OUT、R4OUT实现232 到驱动输出转换。

表2-1 MAX238DIP引脚定义

2.7 分频电路

分频电路由12MHz晶振、74LS14、74LS92计数器（用于12倍分频）、74LS90计数器（用于10倍分频）组成，其主要目的是产生 的时钟信号，供串口扩展芯片8251的 使用，同时产生 的CLK信号，供8251内部时钟使用。

2.8 检测电路

为了便于维护、管理，本系统设计了系统自我检测功能模块，各由三极管和发光二极管组成的四组检测电路分别接至89C51的P14~P17，用于指示系统自检、来自指令发送装置的指令数据接收检测、发送应答数据至指令发送装置的检测及发送指令数据至指令接收装置的检测4种状态。

3 软件设计

软件是信号转换器的关键组成部分，本系统采用了KEIL C51集成开发环境。KEIL C51标准C编译器为89C51微控制器的软件开发提供了C语言环境,同时保留了汇编代码高效、快速的特点。

3.1 8251初始化编程

8251是一个可编程的多功能通讯接口，所以在使用时必须对它进行初始化编程，确定它的具体工作方式。例如：规定工作在同步方式还是异步方式、传送的波特率、字符格式等。初始化编程必须在系统RESET以后，在USART工作以前进行，即USART不论工作于任何方式，都