孫波，王勇

（南京郵電大學(xué)自動化學(xué)院，南京210003）

0 引言

隨著測控技術(shù)的發(fā)展，通信功能越來越重要，串行接口作為一種主要的通信接口越來越受關(guān)注。在實(shí)際應(yīng)用中，作為控制中樞的計(jì)算機(jī)往往只有一至兩個(gè)串口，為了控制多臺被測計(jì)算機(jī)，需要對串口進(jìn)行擴(kuò)展。

目前RS232是PC與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。本設(shè)計(jì)用到RS232的三線和七線接線方式。

RS422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，與RS232不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸，它使用一對雙絞線，將其中一線定義為A，另一線定義為B，如圖1所示。

圖1

1 硬件設(shè)計(jì)

1.1 串口擴(kuò)展方案功能要求

●與主控板通過RS232的第一個(gè)串口（三線通信）通信，接收主控板的指令并反饋數(shù)據(jù)；

●對主控計(jì)算機(jī)接入的第二個(gè)RS232口（七線通信）進(jìn)行擴(kuò)展，擴(kuò)出4個(gè)分時(shí)使用的RS232口和2個(gè)RS422口；

控制微處理機(jī)采用MSP430F149IPM，控制模塊主要功能：通過RS232串口與系統(tǒng)上位機(jī)進(jìn)行通信，接收其發(fā)出的指令，并反饋接收命令正確與否信息；系統(tǒng)總體硬件框圖如圖2所示。

1.2 硬件電路總體設(shè)計(jì)

1.2.1 RS232和TTL電平轉(zhuǎn)換

圖2

RS232 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定邏輯1的電平為 -15～-3V ,邏輯0的電平為+3～+15, 而 CMOS 電路的電平范圍一般是從0V到電源電壓 ,單片機(jī)的I/O電壓一般是0～3.3V,為了與 單片機(jī)的供電電壓保持一致 ,必須經(jīng)過接口電路進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)換 ,目前較常用的方法是使用集成電路轉(zhuǎn)換器件 ,本設(shè)計(jì)用的芯片是MAX3221。主控計(jì)算機(jī)的串口經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換連接到單片機(jī)和多路復(fù)用器上。如圖3所示為本設(shè)計(jì)232轉(zhuǎn)換TTL模塊。

圖3 232轉(zhuǎn)換TTL模塊

1.2.2 RS232接口擴(kuò)展

在本設(shè)計(jì)中 ,將 MSP430單片機(jī)的地址線RS232_A0、RS232_A1、RS232_A2 引出與 多路復(fù)用器ADG707的 A0、A1、A2分別連通。ADG707芯片可以將輸入的串口信號擴(kuò)展為8組。通過A0，A1，A2三個(gè)片內(nèi)寄存器,將主控計(jì)算機(jī)接入的第二個(gè)RS232口（三線通信）進(jìn)行擴(kuò)展，這樣, ADG707的4個(gè)通道經(jīng)由電平轉(zhuǎn)換芯片連接實(shí)現(xiàn)TTL與RS232電平轉(zhuǎn)換之后 ,即可實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)的收發(fā)。同時(shí)，另外兩路通道經(jīng)由 RS485電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)與 422總線的數(shù)據(jù)交換。ADG707實(shí)現(xiàn)串口擴(kuò)展的硬件連接如圖4所示。

1.2.3 RS232轉(zhuǎn)422接口擴(kuò)展

RS422 的接口標(biāo)準(zhǔn)與 RS485 相似，采用4線制方式，能夠與遠(yuǎn)程測控終端進(jìn)行全雙工通信，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程高速傳輸。考慮到 MAX3491 芯片具有使能端，且由 MAX3491構(gòu)成的信號傳輸通道具有更好的噪聲抑制能力、電纜長度和可靠性，故設(shè)計(jì)時(shí)選擇利用 2 片MAX3491來實(shí)現(xiàn)232到422的轉(zhuǎn)換。

圖4 串口擴(kuò)展硬件連接圖

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1 擴(kuò)展端口的地址設(shè)計(jì)

在硬件設(shè)計(jì)中，將MSP430地址線 RS232_A0、RS232_A1、RS232_A2 引出與多路復(fù)用器ADG707的 A0、A1、A2 分別連通，通過 A0，A1，A2三個(gè)片內(nèi)寄存器選擇管腳可訪問或控制 ADG707的各個(gè)寄存器。通過以上的設(shè)計(jì)，就可以獲得每個(gè)端口的每個(gè)寄存器的地址 ,剩下的事情就是對各個(gè)寄存器的讀寫訪問了。ADG707真值表如表1所示。

表1

2.2 上位機(jī)與下位機(jī)通信

該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)協(xié)同工作,形成一個(gè)小型通訊系統(tǒng)。串口擴(kuò)展模塊在工作時(shí)，數(shù)據(jù)通過中斷的方式與外設(shè)進(jìn)行通信，當(dāng)主機(jī)需要發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，只需要將數(shù)據(jù)先寫入發(fā)送FIFO，然后通過中斷方式通知外設(shè)，當(dāng)下位機(jī)確定接受數(shù)據(jù)時(shí)，主機(jī)便將數(shù)據(jù)發(fā)送到UART。同理，下位機(jī)數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)街骺貦C(jī)時(shí)，首先送入讀FIFO中，然后產(chǎn)生中斷請求，向主機(jī)指示該數(shù)據(jù)已可使用，上位機(jī)通過程序進(jìn)行判斷，如果其他串口并未占用總線，就可以讀入數(shù)據(jù)。

2.3 程序?qū)崿F(xiàn)

Rx_data=RXBUF1; //清除中斷標(biāo)志

if ((Rx_data==0xAA)&&(Rx_flag==0))

{

Rx_flag=1; //接受到頭幀

}

else if (Rx_flag==1)

{

Rx_flag=0; //接收到命令,清空標(biāo)志

Tx_PC(0xAA);

switch (Rx_data)

{

case 0x00:

{

ADG707_state&=0xf8; //A2=0,A1=0,A0=0

P4OUT=ADG707_state;

Tx_PC(0x00);

break;

}

}

}

3 系統(tǒng)驗(yàn)證

系統(tǒng)客戶端軟件采用Microsoft Visual C + + 6.0設(shè)計(jì) , 打開客戶端軟件，進(jìn)行串口設(shè)置，選擇端口，然后選擇被測計(jì)算機(jī)，客戶端軟件顯示相應(yīng)計(jì)算機(jī)選通，此時(shí)主控機(jī)便可與此被測計(jì)算機(jī)通信。經(jīng)過現(xiàn)場反復(fù)測試，系統(tǒng)功能符合方案要求。

4 結(jié)束語

串行通信在工業(yè)控制領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，本文解決了MSP430單片機(jī)在串行通信應(yīng)用系統(tǒng)中的串口使用局限問題，經(jīng)實(shí)際應(yīng)用驗(yàn)證，該串口擴(kuò)展系統(tǒng)設(shè)計(jì)可靠，運(yùn)行穩(wěn)定，滿足方案要求。用戶也可以根據(jù)實(shí)際情況增加或減少擴(kuò)展數(shù)量。

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