基于80C196KC微处理器的高速串行通讯

2006-05-07 15:50:05来源: 电子技术应用

       摘 要: 讨论了基于80C196KC微处理器串行通讯口的硬件设计、波特率设置和软件开发的技术途径,并简要介绍了串行通讯在某型雷达仿真平台中的应用,其主要性能和可靠性达到了系统的设计要求。

      关键词: 微处理器 串行通讯 波特率设置

       Intel公司的MCS-96系列微处理器是目前性能最强、应用最广泛的16位微处理器。近年来,在国内各个领域中,特别是航天、航空等工业领域应用相当广泛。80C196KC是lntel公司九十年代初期推出的性能较强的第三代CMOS芯片,其数据/地址线均为16位,使用MCS-96家族共享的指令系统,除了8X96已包括的一些外设(如时钟发生器、1/O端口、A/D转换、PWM输出、串行口、定时/计数器、监视定时器WATCHDOG、高速输入/输出器等)外,还集成了先进的外设事务服务器(PTS)和事件处理器阵列(EPA)。80C196KC在串行口功能上除了支持异步串行口之外,还增加了同步串行口,可以支持多种标准同步串行传输协议。

       t1.gif (12423 字节)图1是80C196KC串行通讯接口的具体结构。该电路使用了符合RS232通信标准的驱动电路MAX232芯片,进行串行通讯。MAX232功耗低,集成度高,只用单-5V电源,芯片内部有电泵,不需外接正负12V电源,具有两个接收和发送的通道。整个接口电路简单,可靠性高。

      1 80C196KC串行通信口工作原理

      1.1 串行口的通信模式

       80C196KC具有4种通信模式:三种异步模式,一种同步模式。

        模式0:称为同步模式,常用于I/O扩展,实现并-串输入或者串-并输出,它不能直接同时发送或接收数据,需要外接双向缓冲器。

       模式1:称为标准异步通信模式,是最常用的模式。在这种模式下,串行通信的每帧数据是由10位组成的,即1位起始位,8位数据位,1位停止位。该模式下TXD用来发送数据,RXD用来接收数据,可用中断和查询两种方式进行控制:当一个数据帧最后一个数据位发送完毕后,发送中断的标志TI置位;而一个数据帧的最后一个数据位被接收后,接收中断的标志RI置位。

       模式2:称为异步第9位辩识通信模式。在这种模式下,每帧数据由11位构成:1位起始位,8位数据位,1位可编程数据位,1位停止位。

       模式3:称为带校验位的通信模式。该模式的帧格式与模式2相同,只是在串行口控制寄存器(SP_CON)的PEN位被置位时,可编程数据位作为奇偶校验位。模式2和模式3通常互相配合,用于多机通信。

      1.2 串行口控制

      80C196KC串行口的控制由串行口控制/状态寄存器(SP-CON/SP-STAT)实现,其定义见图2。数据的发送或接收都通过访问串行口数据缓冲器SBUF,这里需要指出的是80C196KC发送寄存器SBUF(TR)和接收寄存器SBUF(PX)在物理上是分开的两个寄存器,因此串行口在异步模式下是全双工工作的。由图2t2.gif (9053 字节)可见,读或写串行口控制/状态寄存器时,都是访问其中的某些位:低5位只写,属于SP_CON;高3位只读,属于SP_STAT。当发送或接收操作完成后,相应的中断标志TI或者RI将置位,以通知CPU继续发送或者准备接收下一帧数据,或做其它处理;读SP_STAT后,TI和RI也被清除。

       在所有异步模式下(模式1~3)下,向SBUF写入数据就会自动启动一次发送过程。在发送停止位之前,保持在SBUF中的新数据应保持不变。若接收允许位(REN)已经被置1,则RXD脚上出现的下降沿就会启动一次接收过程。

       在80C196KC中,TXD和P2.0是共用一个引脚的,对I/O控制器1的位5置1才能选通TXD功能。RXD和P2.1也是共用引脚,但不受IOC影响,而是受SP_CON的REN位控制。

     1.3 串行通信波特率的计算

       在80C196KC中波特率寄存器的内容决定了串行口通信的波特率,向该寄存器写入数据时必须用连续写入两个字节的方式,低位字节在前。寄存器的最高位用于选择波特率发生器的输入频率源。当选用晶振XTAL1为时钟源时,80C196KC内部时钟信号是由振荡器二分频后得到的,因此可以用以下公式计算波特率寄存器(BAUD_REG)的写入值:

       同步模式0:BAUD_REG=XTAL1/(BAUD_RATE*2)-1 或者T2CLK/BAUD_RATE

       异步模式1、2和3:BAUD_REG=XTAL1/(BAUD_RATE*16)-1

       或者T2CLK/(BAUD_RATE*8)

       b1.gif (8049 字节)表1列出的是XTAL作为时钟源时异步模式常用波特率对应的波特率寄存器的值。

       当采用12MHz频率时,异步模式的最大波特率为750kbps,同步模式为3Mbps。

      2 串行通讯的软件设计

       80C196KC串行通讯的软件设计可以采用查询和中断两种不同的方式。查询方式通过访问串行口控制/状态寄存器的标志位TI和RI,检查发送寄存器SBUF(TR)是否空或者接收寄存器SBUF(RX)已经接收了一帧数据。

       下面的程序采用查询方式接收和发送N个字节数据,其中串行口设置为工作模式1,波特率57600,不设奇偶校验,12MHz晶振。

      初始化程序:

     ldb  sp .#offfoh  ;设置堆栈指针

     ldb  r_buf, #0e000h   ;设置接收数据区地址指针

     ldb     t _b u f #2300h   ;设置发送数据区地址指针

    orb  ioc 1,   #20h  ;选通TXD引脚功能

      ldb  temp,    #20h    ;设置临时寄存器

     ldb  baud _rate ,  #och    ;设置波特率57600

     ldb  baud _rate,   #80h

    ldb  sp_con,# 19h   ;设置串行通讯方式1,不设奇偶校验

   ldb  count, # N ;设置通讯数据块大小

      ………

      接收程序:

      read : ldb  temp , sp _stat ;查询状态寄存器Ri标志

      jbs  temp , 6 , read 

      ldb  dl ,  sbuf   ;接收并保存数据

      stb  dl,[  r _buf]+ ;将数据存入接收数据缓冲区

      djnz  count,  read   ;未接收完数据,继续跳转查询状态寄存器RI

      ………

      发送程序:

      send : ldb  temp,  sp _stat ;检查状态寄存器TI标志

      jbc  temp,  5,  send

      ldb  dl,  [ t _buf]+ ;发送寄存器空,取数据

      ldb  sbuf , dl ;发送数据

      djnz  count,  read    ;未发完数据,继续跳转查询状态寄存器TI

      ………

       查询方式设计程序简单,但由于CPU不断查询标志位,不能做其它工作,因此,程序效率不高,不能用于对实时性要求高的场合,利用串行中断设计程序可以有效克服这些缺点。在96系列微处理器中,8098和8096只有一种中断方式,而80C196KB以后的产品又增设了发送中断和接收中断,分别设置了独立的中断向量。下面的程序采用中断方式接收和发送N个字节数据,其中串行口设置为工作模式1,波特率57600,不设奇偶校验,1MHz晶振。

      初始化程序:

      1db  sp ,#lfffoh ;设置堆栈指针

      ld   bx,  #2200h ;设置接收中断向量地址

      l d  ax,  #2032h

      st   bx,  [ax]

      ld  bx,   #2250h   ;设置发送中断向量地址

      ld  ax,  #2030h

      st  bx , [ax]

      orb  ioc1,  #20h   ;选通TXD引脚功能

      ldb  temp,   #20h ;设置临时寄存器

      1db   baud _rate,  #0  ch ;设置串行通讯波特率56700

      1db  baud _rate,  #80h

      1db  sp  _con,  #19h ;设置串行通讯方式1,不设奇偶校验

      clrb  int  _mask ;清除中断屏蔽寄存器和中断悬挂寄存器

      clrb  int  _pend 

      clrb  int _mask 1

      clrb  int  _pend 1

      orb  int  _mask 1,#03h ;置中断屏蔽寄存器1,容许发送和接收中断

      1d  count,   #N ;设置通讯数据块大小

      ei ;开中断

      ………

      1db    d1,   [ t_buf] +

      1db  sbuf,   dl

      ………

      接收中断子程序 :org  2200h

      pushf ;保护现场

      1db  d1,   sbuf   ;接收并保存数据

      stb  d1,   [ r_buf]+

      djnz  count,  exit  1 ;未接收完数据,退出等待下一次接收中断

        ………

      exit 1:   popf   ;出栈

      ret

      发送中断子程序:org  2250h

      pushf ;保护现场

      orb  int  _mask1,#01h  ;置中断屏蔽寄存器1,容许发送中断

      1db  d1,   [ t _buf]+ ;发送数据

      1db  sbuf,  d1

      djnz  count,  exit2

       ………

      exit2:  pop ;恢复现场出栈

      ret

      3 串行通讯应注意的几个问题

       用户在串行通讯设计时应注意,串行口中断不要与接收中断、发送中断同时打开,只能开放二者中的一个,设计中通常采用接收中断和发送中断,实现全双工串行口的功能;由于访问状态寄存器SP_STAT后,其中内容即被清除,因此,必须用其它寄存器保存SP_STAT的内容;另外,当利用发送器的双缓冲器特点发送数据时,不应把串行口中断屏蔽掉,否则可能会漏记被发送的字节数;此外,当串行口两端采用不同的晶振频率或链路的一端是80C196KC串行口,另一端为其他系统时,应认真考虑两者的匹配问题,若发送端和接收端的波特率完全一致,则接收端对每一数据位的采样都发生在位周期的中点,能够可靠通讯;若发送端和接收端的波特率不一致,则在数据的连续传输过程中,接收端对数据位的采样点将愈来愈偏离位周期的中点,产生累积误差,最终导致通讯紊乱。所以,用户在串行口设计中,必须考虑波特率误差带来的影响。通讯方式,通讯数据量,握手方式等通讯协议的内容,必须通过实验测试加以验证。

       4 80C196KC串行通讯的应用

        某雷达仿真平台的控制电路中采用了80C196KC微处理器作为核心芯片,利用串行口完成目标坐标诸元数据和命令的交换。其中,80C196KC微处理器的串行口采用通讯模式1,波特率为57600,接收采用中断方式,发送采用查询方式。串行通讯内容分为数据和命令两类,各由HEAD和BODY两部分组成,80C196KC每次接收到串行口上的信息时,产生接收中断。在中断服务程序中,完成对接收到的信息的识别和处理,检查标志并提取其中的有效部分,若为指令,则执行;若为数据,则存入接收数据缓冲区。若从串口发送数据时,按照通信协议的格式,将发送数据送入发送缓冲区,以查询方式将数据写入SBUF,直至发完全部数据。 目前,该串行口运行良好,实现了计算机同微处理器之间的高速(57600和115200两种波特率)通讯,达到了系统的设计要求。

       参考文献

     1 涂时亮姚志石.单片微机MCS—96/98实用子程序.上海复旦大学出版社1991年9月

      2 张幽彤陈宝江.MCS8098系统实用大全.北京:清华大学出版社1993年9月

      3  朱晓强姚志石 .8096/8098单片机原理及应用.上海:复旦大学出版社 .1993年5月

      4 孙涵芳 .lntel  16位单片机.北京:北京航空航天大学出版社1995年11月

      5 鲍可进.一种实用的单片机系统的RS—232接口.

        实验室研究与探索.1997;(5):75~78

      (收稿日期:1999-06-21)

 

 

 

 

   

 

 

 

编辑: 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/designarticles/network/200605/2921.html
本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。
论坛活动 E手掌握
微信扫一扫加关注
论坛活动 E手掌握
芯片资讯 锐利解读
微信扫一扫加关注
芯片资讯 锐利解读
推荐阅读
全部

小广播

About Us 关于我们 客户服务 联系方式 器件索引 网站地图 最新更新 手机版

站点相关: 安防电子 医疗电子 工业控制

北京市海淀区知春路23号集成电路设计园量子银座1305 电话:(010)82350740 邮编:100191

电子工程世界版权所有 京ICP证060456号 京ICP备10001474号 电信业务审批[2006]字第258号函 京公海网安备110108001534 Copyright © 2005-2016 EEWORLD.com.cn, Inc. All rights reserved