1 引言

在研究采場瓦斯積聚模擬試驗臺的過程中，筆者設計了主從式多機采控系統(tǒng)結構。主從式多機控制系統(tǒng)是實時控制系統(tǒng)中較為普遍的結構形式，它具有可靠性高，結構靈活等優(yōu)點。當選用單串口51單片機構成這種主從式多機系統(tǒng)時，51單片機一方面可能要和主機Computer通信，一方面又要和下位機通信，這時就需要擴展串行通道。本文具體介紹了兩種串行通道的擴展方法。

2 串行口的擴展方法

常用的標準51 單片機 內部僅含有一個可編程的全雙工串行通信接口，具有UART的全部功能。該接口電路不僅能同時進行數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收，也可作為一個同步移位寄存器使用。當以此類型單片機構成分布式多級應用系統(tǒng)時，器件本身的串口資源就不夠用了。筆者在實際開發(fā)中，查閱了有關資料，總結出如下兩種常用而有效的串行通道擴展方法。
2.1 基于SP2538的擴展方法
SP2538是專用低功耗串行口擴展芯片，該芯片主要是為解決當前基于UART串口通信的外圍智能模塊及器件較多，而 單片機 或DSP原有的UART串口又過少的問題而推出的。利用該器件可將現(xiàn)有單片機或DSP的單串口擴展至5個全雙工串口。使用方法簡單、高效。
在應用SP2538擴展串行通道時，母串口波特率K1=2880*Fosc_in，單位是MHz，且Fosc_in小于20.0MHz, 在SP2538輸入時鐘Fosc_in =20.0MHz時母串口可自適應上位機的56000bps和57600bps兩種標準波特率輸入。子串口波特率K2=480*Fosc_in。
母串口和所有子串口都是TTL電平接口，可直接匹配其他 單片機 或TTL數(shù)字電路，如需連接PC機則必須增加電平轉換芯片如MAX202 、MAX232 等。SP2538具有內置的上電復位電路和可關閉的看門狗監(jiān)控電路。上位機寫命令字0x10可實現(xiàn)喂狗，寫命令字0x15關閉看門狗，初次上電后看門狗處于激活狀態(tài)或寫命令字0x20激活看門狗監(jiān)控功能。上位機可通過芯片復位指令0x35在任何時候讓芯片進行指令復位，也可通過芯片睡眠指令0x55在任何時候讓芯片進入微功耗睡眠模式以降低系統(tǒng)功耗。初次上電后芯片不會自行進入睡眠模式，但只能由上位機通過母串口任意發(fā)送一個字節(jié)數(shù)據(jù)將其喚醒，其他子串口不具備這一功能。
圖(1)是AT89C52 單片機 與SP2538的電路連接，圖中，AT89C52的全雙工串口與SP2538的母串口5相連，該串口同時也作為命令/數(shù)據(jù)口。SP2538的ADRI0、ADRI1、ADRI2分別與AT89C52的P2.3、P2.4、P2.5口相連，可用于選擇發(fā)送數(shù)據(jù)是選擇相應的串口0~4；ADRO0、ADRO1、ADRO2與P2.0、P2.1、P2.2相連，用于判斷接收的數(shù)據(jù)來自哪一個串口。 SP2538的時鐘頻率選為20.0MHZ，此時母串口5的波特率為57600bps，串口0~4的波特率為9600bps。
下面是與上述硬件電路相關的接口程序，該程序用A51匯編語言編制，程序僅說明了中斷方式下對子串口0(TX0、RX0)的操作，其它子串口類似。
TBLOCK DATA 20H
RBLOCK DATA 30H
LENGTH DATA 14H
…
TXR_REV_SEND: CLR ES
JBC RI,RECEIVE
CLR TI
MOV A,@R0
CLR P2.0 ; 寫數(shù)據(jù)到"SBUF"前必須先置欲發(fā)送子串口的地址
CLR P2.1
CLR P2.2
MOV SBUF,A
DJNZ R2,NEXT
SJMP $
NEXT: INC R0
RETI
RECEIVE: MOV A,P2
AND A,#31H ;判斷是否為子串口0
JNZ ELSE
MOV A,SBUF
MOV @R1,A
INC R1
RETI

圖(1) AT89C52與SP2538的電路連接

2.2 基于Intel8251的串行口擴展方法
上面基于SP2538的串口擴展方法可以說是一種串行的擴展方法，這里基于Intel8251的擴展方法則是一種并行的方法。Intel8251是一種通用的同步/異步發(fā)送器(USART)，它的工作方式可以通過編程設置。能夠以同步或異步串行通信方式工作，能自動完成幀格式。
Intel8251具有獨立的接收/發(fā)送器。在異步方式下，用于產生8251內部時序的時鐘CLK輸入至少應為發(fā)送或接收時鐘的4.5倍。接收/發(fā)送(RXC/TXC)時鐘應為波特率的1倍、16倍或64倍(由8251的工作方式字設定)。
圖(2)是用Intel8251擴展一個串行通道的電路原理，圖中，11.0592MHZ晶振經(jīng)ALE6分頻后于 、組合，產生1.8432MHZ的時鐘頻率，分別作為8251與8253的時鐘輸入，若設定8251通信波特率為9600bps，波特率因子為16，則需要 153.6KHZ的接收/發(fā)送時鐘頻率，該頻率可由8253的OUT0產生。
下面的A51程序段說明了如何設置8253使其產生153.6KHZ的方波，以及如何用8251收/發(fā)數(shù)據(jù)：
;設置8253的程序段：
MOV A,#36H ; 計數(shù)器0輸出方波控制字
MOV DPTR,#0FFFFH ; 指向控制字寄存器
MOVX @DPTR,A
MOV DPTR,#0FFFCH ; 指向0計數(shù)器地址
MOV A,#0DH
MOVX @DPTR,A
MOV A,#0
MOVX DPTR,A
SETB P1.0
;操作8251的程序段：
…
START: MOV DPTR,#7FFFH ;8251控制、命令口地址
MOV A,#5EH ;一個停止位，奇校驗，8位數(shù)據(jù)，異步*16
MOVX @DPTR,A ;寫入方式字
MOV A,#15H
MOVX @DPTR,A ;命令字，啟動發(fā)送和接收器
…
LOOP: SJMP LOOP ;等待8251中斷
8251_INT: ;現(xiàn)場保護
MOV DPTR,#7FFFH
MOV A,@DPTR
JB ACC.0,TX_INT
JB ACC.1,RX_INT
INT_EXIT: ;恢復現(xiàn)場
RETI
;發(fā)送數(shù)據(jù)
TX_INT: MOV DPTR,#7FFEH ;8251數(shù)據(jù)口地址
MOV A,20H
MOVX @DPTR,A
…
AJMP INT_EXIT
;接收數(shù)據(jù)
RX_INT: MOV DPTR,#7FFEH
MOVX A,@DPTR
MOV 30H,A
…
AJMP INI_EXIT


圖(2)用8251擴展串行通道的硬件電路原理

3 結束語
以 單片機 為核心的多級分布式系統(tǒng)的應用越來越廣泛，上面討論的兩種串行口的擴展方法為此類多串口應用領域提供了一個良好的解決方案。筆者在實際中采用基于SP2538的擴展方法，設計了采場瓦斯積聚模擬試驗臺的多級分布式采控系統(tǒng)，效果良好。

參考文獻

[1] 孫和平，楊寧，白晶 單片微機原理與接口技術 冶金工業(yè)出版社 2003.1
[2] 胡漢才 單片機 原理及其接口技術 清華大學出版社 1996.7
[3] SP2538數(shù)據(jù)手冊 成都視普科技有限公司 2003.2.12