单片机I/O 口模拟串行通信设计

目前普遍采用的MCS51 和PIC 系列单片机通常只有一个（或没有）UART异步串行通信接口，在应用系统中若需要多个串行接口（例如在多机通信系统中，主机既要和从机通信又要和终端通信）的情况下，通常的方法是扩展一片8251 或 8250 通用同步/异步接收发送芯片（USART），需额外占用单片机I/O 资源。

　　　1.串行接口的基本通信方式

　　串行接口的有异步和同步两种基本通信方式。异步通信采用用异步传送格式，如图1 所示。数据发送和接收均将起始位和停止位作为开始和结束的标志。在异步通信中，起始位占用一位（低电平）。

　　异步通信采用用异步传送格式

　　用来表示字符开始。其后为7 或8 位的数据编码，第8 位通常做为奇偶校验位。最后为停止位（高电平）用来表示字符传送结束。上述字符格式通常作为一个串行帧，如无奇偶校验位，即为常见的N.8.1帧格式。串行通信中，每秒传送的数据位称为波特率。如数据传送的波特率为1200 波特，采用N.8.1 帧格式（10 位），则每秒传送字节为120 个，而字节中每一位传送时间即为波特率的倒数：T=I/1200=0.833ms。同样，如数据传送的波特率为9600 波特，则字节中每一位传送时间为T=1/9600=0.104 ms。

　　2.硬件电路

　　89C51是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器（FPEROM—Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。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。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的89C51是一种高效微控制器，89C2051是它的一种精简版本。89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

　　89C51 单片机通过普通I/O 口与PC 机RS232 串口实现通信的硬件接口电路如图2 所示。由于PC 系列微机串行口为RS232C 标准接口，与输入、输出均采用TTL 电平的89C51 单片机在接口规范上不一致，因此TTL电平到RS232 接口电平的转换采用MAXIM 公司的MAX232 标准RS232接口芯片，该芯片可以用单电压（+5V）实现RS232接口逻辑“1”（-3V～215V）和逻辑“0”（+3V～15V）的电平转换。图中89C51 的P1.0 模拟发送端，P1.1 模拟接收端。

3.接口程序设计

　　软件设计中，89C51 单片机的P1.0 和P1.1 口分别模拟串行通信的发送和接收，其接口程序主要由INPUT 发送子程序和OUTPUT接收子程序组成。通信速率1200 bit /s，帧格式为N.8.1。发送时，先发送一个起始位（低电平），接着按低位在先的顺序发送8 位数据，最后发送停止位。接收时，先判断P1.1 接收端口是否有起始低电平出现，其中软件编写要严格按照异步通信的时序进行，每bit 位传送时间间隔按通信速率1200 bit /s计算为833μs。

　　其模拟串行通信程序清单见下，系统要求单片机晶振为6M。程序清单如下：

　　TXD EQU P1.0

　　RXD EQU P1.1 ；定义89C51 P1.0 为发送端，P1.1 为接收端

　　ORG 0000H

　　AJMP MAIN

　　ORG 0100H

　　MAIN: MOV A, #30H

　　MOV R5，#N

　　SETB RXD ；P1.0 置高

　　TX： LCALL INPUT ;调用发送子程序，将寄存器A 中内容发给PC 机

　　；

　　SETB TXD ；P1.1 置高

　　MOV R0,#40H

　　RX: LCALL OUTPUT ；调用接收子程序，将接收的N 个数据存放在以40H开始的地址中

　　MOV @R0,A

　　INC R0

　　DJNZ R5, RX ；N 个数据接收结束，则等待，否则转RX 继续接收

　　3

　　AJMP $

　　;**************延时833μs 子程序*****

　　DEL833: MOV R7 ,#205

　　MS11: DJNZ R7，MS11

　　RET

　　; **********************************

　　;******** 89C51发送数据给PC 机子程序****

　　INPUT: CLR C

　　MOV TXD,C ;发送起始位

　　LCALL DEL833 ；延时

　　MOV R3,#8

　　REP: RRC A

　　MOV TXD ,C

　　LCALL DEL833

　　DJNZ R3,REP ;发送8 位数据

　　SETB C ;发送停止位

　　MOV TXD,C

　　LCALL DEL833

　　RET

　　;********从PC 机接收数据子程序********

　　OUTPUT: JB RXD, $ ； 判断是否有起始位出现

　　LCALL DEL833

　　MOV R3,#8

　　OUT: MOV C ,RXD

　　RRC A

　　LCALL DEL833

　　DJNZ R3,OUT ； 接收8 位数据

　　JNB RXD ,$ ； 判断是否有停止位出现

　　RET

总结：　本文介绍的用 89C51 单片机I/O 口模拟实现串行通信的方法，已成功地应用在某电压数据采集系统中，这样的进步，让这项技术有了更加高的期待性，在社会上也有了很好的反应，这样就让这个研究成果有了很好的作用。