不利用接口芯片实现单片机与PC机通信的两种方法

不利用接口芯片实现单片机与PC机通信的两种方法不利用接口芯片实现单片机与PC机通信的两种方法 摘要：本文介绍了两种不利用接口芯片实现单片机与PC机通信的方法，阐述了它们的工作原理与实现过程。 关键词：串行通讯，键盘接口，异步半双工 在工控系统中，经常遇到单片机系统与PC机进行通信的问题。一般单片机都提供有UART接口，而普通PC机也都有12个RS-232口，所以，实际近距离通信时经常使用RS-232口进行单片机与计算机之间的通信。 RS-232标准是广泛使用的串行通信标准，但使用的电平与TTL和MOS电平完全不同，因此，需要使用接口电路来实现单片机的TTL电平或MOS电平与RS-232电平之间的转换。目前已有现成的接口芯片可供选用，价格低一些的如MC1488（将TTL电平转换为 RS-232C标准电平）和MC1489（将 RS-232标准电平转换为TTL电平），但需要12V的供电电压。另外，也有许多使用单一的+5V电源供电的芯片可选择，如MAX2003，但此类芯片价格不菲，且需要若干外围元件。 这里，我介绍两种全新的通信方法，因为在对体积和成本有较严格的要求时，利用机器本身的现有资源，进一步简化接口有非常重要的作用。 1 键盘接口 键盘接口是PC机的固有接口。但在很多工控系统中，PC机的键盘接口常处于空闲状态，浪费了系统资源。以键盘接口作为单片机应用系统与PC机通信接口，具有以下优点：a）键盘接口的电气标准能满足TTL电平的传送要求，不需要电平转换。b）PC机的操作系统能够解释单片机应用系统通过键盘接口传送来的数据，免除了编写串行数据接收程序的工作。c）PC机能够提供+5V电源。 1 1 键盘与PC机通信原理： PC机键盘分为PC/XT、PC/AT和PS/2三种类型。PC/XT和PC/AT键盘通过一个6针DIN插头与PC机相连。三种接口结构类似，在通信时有效的接口引脚都为4个：a) 键盘时钟 ； b) 键盘数据 ； c) 地 ；d) +5V电源。 在键盘与PC机通信中，采用AT协议的传输模式，键盘能接收来自AT- PS/2兼容PC机的指令和向PC机发送数据。数据桢长度为11位，由起始位（低电平）、8位数据（低位在前，高位在后）、奇偶校验位（奇校验）和停止位（高电平）组成。 12 通信的实现： 单片机应用系统通过键盘接口与PC机通信必须严格按照键盘与PC机通信的时序要求并且按照命令字进行应答。键盘与PC机通信命令字很多，这里仅介绍与单片机系统和PC机通信有关的命令字。表1为PC机和键盘发送的命令字及其16进制值。当系统上电复位时，单片机应用系统通过键盘接口发送0AAH，模拟键盘自检完成信息。之后，单片机应用系统检测键盘接口数据线上电平，若数据线电平被PC机拉低，单片机系统进入接收数据状态。当单片机系统要发送数据或命令时，PC机操作系统能识别这些键盘命令并 PC机发送的命令字 16进制值 键盘发送的命令字 16进制值 置位/复位方式指示 ECHO 允许 重新发送 复位 ED EE F4 FE FE 自检完成码 自检错误码 ECHO 确认 重新发送 AA FC EE FA FE 表1 ： PC机和键盘发送的命令字及其16进制值 进行相应的操作。在PC机端通信程序中，根据接收到的字符串执行相应的操作，这样就省去了编写将PC机端接收到的二进制流解释为相应字符的程序。 2 简化接口电路 除利用机器本身的现有资源，笔者还设计了一种较简单的接口电路，如图2所示。在电路中，PC机的RXD上的逻辑高电平（小于-3V）是以“偷电”的方式从本身的TXD端获得。 21 工作原理： PC机TXD端的逻辑电平经T1后变为TTL 电平或MOS电平。在单片机TXD端为逻辑低电平时，光耦的发光二极管发光，使得晶体管导通。其集电极的Vcc（一般为+5V）加在PC机的RXD端；而在单片机TXD端为逻辑高电平时，光耦的发光二极管不发光，晶体管截止。由于PC机的TXD端在空闲时处于逻辑高电平（小于-3V），因此，这个电平便通过电阻R4加到其RXD端。这样，便实现了TTL电平或MOS电平到RS-232电平的转换。 由于PC机的RXD和TXD端通过电阻接到了一起，会出现PC机自发自收的情况，这可以在软件中加以处理。 22 电阻值的确定： R1和R2的取值范围较大，一般只要使得T1正常工作在开关状态下即可。R3=(Vcc-Vf-Vcs)/If ，其中Vcc是工作电源电压，Vf是光耦的发光二极管导通时的正向压降（一般为1.1V），Vcs是单片机TXD端的低电平电压（0.2V），If是发光二极管导通时的正常工作电流（10mA）。R4的取值受多种因素的影响，其中包括：光耦中晶体管的特性、R2的值、二极管D的特性、PC机RXD端的输入电阻和输入电平、TXD端的输出电阻和输出电平等。 不同种类的PC机由于主板设计的不同，其RS-232的特性也有差异，特别是RXD端的输入电阻和TXD端的输出电阻也相差甚远。笔者在各种常见品牌的数台计算机上进行了测试，得到了可以在各种计算机上可正常使用的R4值：15k。 3 结束语 在单片机和PC机的通信方法中，除接口芯片外，本文又为大家提供了两种全新的通信 方法，具有成本低、占用印刷版面积小的优点。且两种方法在实际工作中都得到了较好的验证，从而证明了本设计开发的