单片机系统的光电隔离式RS_232接口设计.docx

文章编号 :1000 - 8829 (2001) 01 - 0062 - 03单片机系统的光电隔离式 RS2232 接口设计The De sign of R S2232 Photo ele ctric In s ulatio n Int erf a c e of Mc u Syst e m(合肥工业大学 精密仪器系 ,安徽 合肥 230009) 幸国全 , 李成斌 , 胡生清(中国科学技术大学 生命科学院实验室 ,安徽 合肥 230026) 王宜摘要 : 介绍了一种利用 MAX250/ 251 新型接口芯片给单片机加装光电隔离式 RS2232 串行通信接口的方法 ,并给出一个设计光电隔离式 RS2232 接口的应用实例 , 最后还给出了与 080C196 KC 单片机的串行通信程序 。 关键词 :MAX250/ 251 ;串行通信 ;单片机中图分类号 : TP334 . 4文献标识码 :B式 RS2232 接口实现的串行通信其可靠传输距离至少可达 50 m 。本文就结合给全自动绝缘耐压测试仪加 装 RS2232 串 行 通 信 接 口 的 实 例 , 介 绍 如 何 利 用MAX250/ 251 串行通信接口芯片给单片机加装光电隔 离式 RS2232 接口 。1 光电隔离式 RS2232 串行通信接口设计全自动绝缘耐压测试仪是一种工作在洗衣机生产 线上的在线测试设备 ,用于对洗衣机的绝缘电阻和电 气强度进行测试 。它本身是带有显示面板的 ,但现在 为了实现计算机监控 ,必须把测试结果送入计算机 ,因 此需要给它加装一个通信接口 。由于需要传输的距离 不是很远 (约 40 多米) ,出于可靠性 、安全性及成本方 面的考虑 ,采用给全自动绝缘耐压测试仪加装 RS2232 串行通信接口的方法来实现其与计算机的通信 。但考 虑到该设备工作在生产现场 ,通信线路易受环境的干 扰 ,为使数据可靠 、安全地传输到 40 多米远的控制计 算机处 ,采用了光电隔离式 RS2232 接口 。全自动绝缘耐压测试仪的核心是一块 80C196 KC 单片机 ,所以 ,利用 80C196 KC 单片机的全双工异步串 行通信接口 TXD/ RXD 来实现与上位计算机的通信 。 在设计光电隔离式 RS2232 串行通信接口时 ,出于 成本及性能上的考虑 ,选用了美国 MAXIM 公司生产的 双片光电隔离式 RS2232 接口芯片 MAX250/ 251 , 采用 该芯片可以很方便地构造一个完全电气隔离的 RS2232 接口 ,从而显著提高 RS2232 接口串行通信的抗干 扰能力 ,并使数据传输的距离更远 。同时 ,由于很多功 能块已经集成在这两块芯片上了 ,使得设计光电隔离 式 RS2232 接口时只需很少的硬件 ,其中包括 2 个廉价 的光耦 、4 个电容 、1 个二极管和 1 个高频变压器 。因 此 ,大大减少了接口的复杂性 ,也降低了成本 。Abstract :A method of adding a RS2232 photoelectric insula2tion interface to MCU by a new type of interface chip sMAX250/ 251 is introduced ,and an instance of adding a RS2232 photoelectric insulation interface to MCU is given , at last ,the serial communication program with 80C196 KC is al2 so given.Key words :MAX250/ 251 ; serial communication ;MCURS2232 是美国电子工业协会 ( EIA) 于本世纪 60 年代制定的一种串行接口标准 ,在通信领域用得十分普 遍 。由于计算机上普遍都带有 RS2232 接口 ,很适合与带有 RS2232 接口的测控设备互联 ,实现测控设备与计 算机间的通信 。因此 ,现在的大多数测控设备为了与计算机进行通信 ,都具有或要求具有 RS2232 接口 ,以 便充分利用计算机上已有的 RS2232 接口资源 、节约开发成本 。即便是一些老式的测控设备 ,现在为了实现 与计算机的通信 ,也在加装 RS2232 接口 。然而 ,在生产现场或环境恶劣的场合下进行 RS2232 通信易受各种干扰 ,造成通信的不稳定 ,同时 , RS2232 通信的距离也不远 ,按 RS22322C 标准规定只有 50英尺 ,约 15 . 24 m 。为解决抗干扰和传输距离问题 ,通 常需要采用光电隔离式 RS2232 接口 。采用光电隔离芯片采用 + 5 V 供电 , 具有两对接收器/ 发送器 、低功耗关闭模式和输出使能控制端 ,使用时非常灵活方便 。图 1 展示了 MAX250/ 251 的管脚配置 。主要管 脚的功能如下 :SHDN :关闭控制端 。低电平可使芯片工作在关闭收稿日期 :2000 - 01 - 03作者简介 : 幸国全 ( 1974 ) ,男 ,硕士研究生 ,现在合肥工业大 学精密仪器系测控及智能技术研究所从事计算机 、单片机的应 用开发研究 。方式 ,此时芯片关闭振荡器 , 断开驱动器输入上拉电阻 ,开放变压器驱动端 D1 、D2 ;高电平时芯片工作在正 常方式 。动绝缘耐压测试仪为例 , 讲述如何利用 MAX250/ 251给单片机加装光电隔离式 RS2232 串行通信接口 。EN :输出使能控制端 。低电平有效 ; 高电平时 ,管脚 T1LDR 、T2LDR 、R1OUT 、R2OUT处于高阻状态 。VCC : + 5 V 电压输入端 。T1LDR/ T2LDR :发送器 1/ 2 的光耦驱动端 。R1LDR/ R2LDR :接收器 1/ 2 的光耦驱动端 。 R1D IN/ R2D IN :接收器 1/ 2 的光耦接入端 。 T1D IN/ T2D IN :发送器 1/ 2 的光耦接入端 。R1 IN/ R2 IN :接收器 1/ 2 的 RS2232 电平输入端 。T1 IN/ T2IN :发送器 1/ 2 的 TTL/ CMOS 电平输入端 。R1OUT/ R2OUT :接收器 1/ 2 的 TTL/ CMOS 电平输出端。T1OUT/ T2OUT :发送器 1/ 2 的 RS2232 电平输出端 。D1/ D2 :变压器驱动端 。RTRI :接收器输出三态控制 。当接 + 5V 时 ,接收 器输出呈高阻状态 。GND1/ GND2 :隔离前/ 后的地 。MAX250/ 251 的应用是比较方便的 ,下面就以全自图 1 MAX250/ 251 管脚配置完整的光电隔离式 RS2232 串行通信接口电路如 图 2 所示 。其中 ,MAX251 芯片管脚 12 ( T1OUT) 为 RS2232 电平输出端 ; 管脚 9 ( R2为 RS2232 电平输入端 。IN)另外 ,MAX250 芯片输出使能控制端 (8 脚) 和关闭控制端(1 脚) 接地 ,使 MAX250/ 251 一直处于工作状态 ,以 便随时能够进行通信 。在接口电路中光耦的选择是比较讲究的 ,它是由串行通信的波特率决定的 。光耦的传输率必须大于波特率 ,且光耦的传输速率越高 ,通信的波特率就越高 。在本例中 ,由于波特率较低 ,为 1 200bit/ s ,故采用了两个 4N25 光耦 。图 2 用 MAX250/ 251 构成的 RS2232 接口接口中的高频变压器由 MAX250 芯片的 D1 、D2 端驱动 ,工作在推挽模式下 ,频率为 150 kHz ,原副边的匝 数比为 11 。可根据表 1 的参数确定所用的变压器 。通信前 ,上位机先发出任意一个字节的信息 ,全自动绝缘耐压测试仪接到信息后便开始发出 13 个字节 的本机数据 。其中最后一个字节为和校验信息 ,供上 位计算机校验通信的正确性 ,当校验出错时 ,上位机可向全自动绝缘耐压测试仪申请重新发送 。80C196 KC 单片机串行通信程序采用中断工作方 式 ,当接到上位机发出的一个字节信息后 ,便进入中断 服务程序 。待发送的有效数据放在 80C196 KC 单片机 的 6048 H 至 6054 H 处 ,共 12 个字节 。程序清单如下 :(1) 主程序 。表 1高频变压器的配置参数初级 电感初级泄 漏电感开关 频率绕线 电容直流 电阻隔离 强度匝数比ETIpks12. 5mH11 初级 1500VDC/ 1s中间抽头 50V2s 230mH150 kHz 100pF300mA2串行通信软件设计全自动绝缘耐压测试仪中 80C196 KC 单片机的振 荡器频率为 12 MHz 。根据实际测试的需要 ,将串行口 的工作模式设为 1 ,串行通信的波特率设为 1 200bit/ s , 并采用和校验的方式进行校验 。SP SBUF SPCONSPSTATEQU 18H EQU 07H EQU 11HEQU 11HSPSTAT EQU 30H;现场保护并关中断;复制状态;清中断标志;等 12 字节信息发送完SERINT :PUSHFORB SPSTAT,SPSTAT ANDB SPSTAT, # 0F9H CMP 20H , # 0CHJ E RETURN1ADDB 21H ,DATAS20H LDB SBUF ,DATAS20 H INC 20HLCALL DELAY SJMP RETURN2LDB SBUF ,21HPOPF RET( 略)IOC1INTM INTP BAUDDATASEQU 16H EQU 08H EQU 09H EQU 0 EH EQU 6048H ORG 200CHDCW SERINT ORG 2080HLD SP , # 00F0H DILDB IOC1 , # 20H LDB SPCON , # 09H LDB BAUD , # 70H LDB BAUD , # 82H LDB 20H , # 0000H LDB 21H , # 00H LDB INTM , # 40H CLRB INTPEISEND :;累加和;发送信息;延时 50 msRETURN1 : RETURN2 :;发送和校验信息;恢复现场并开中断;中断返回BEGIN :;关中断;选择 TXD;设置串口工作模式 1;设置波特率为 1200DELAY:3结束语实践证明 ,采用 MAX250/ 251 给全自动绝缘耐压测 试仪加装的光电隔离式 RS2232 接口完全能满足实际工 作的需要 ,而且成本低 ,抗干扰力强 ,工作性能可靠。参考文献;累加和单元置 0;开串口中断;清中断挂号;开中断李哲英等. MCS96 MC68 单片机原理与应用M . 北京 : 清华大学出1版社 ,1995 .(2) 中断服务程序 。(上接第 61 页)3 . 3存储器存储器分为 EPROM ( 程 序 、汉字点阵库 、图形点阵库) 和 E2 PROM ( 记事本等) ,系统 E2 PROM 容量视应用场 合的不同而不同 , 以模块化设计形式满足扩充的需求 。而其他信息的显示则采用图形点阵 LCD 。图形点阵 LCD 模块采用大连东方显示器材公司 生产的 EDM16032 液晶显示模块 。它是全屏幕图形点阵式液晶显示器组件 ,由控制器 、驱动器和全点阵液晶显示器组成 ,可完成图形显示 ,也可以显示汉字 (2 10个 16 16 点阵汉字) ,与 CPU 接口是 8 位数据线和 3条控制线 ( E ,D/ I , R/ W) 。D/ I =“0”时 , 表示 D0 D7为指令数据 ;D/ I =“1”表示数据总线上的数据是显示 数据 。R/ W =“1”且 E =“1”时 ,数据读到 D0D7 ,当R/ W =“0”、E 端电平出现负跳变时 ,数据写到模块内部数据寄存器 DR 。图 4 助理机显示面板这里采用 Xicor 公司生产的 X24C16 串行 E2 PROM , 其位密度为 16 K ,允许通过二线串行接口 ( I2 C) 执行双向 数据传送协议 。U3 的 SCL 串行时钟输入用于将所有数据与时钟同步输入和输出器件 ,串行数据线 SDA 是双向数据输 入输出 。由于 SCL 和 SDA 内部使用漏极开路电路 ,所 以要求使用上拉电阻 。U3 的写操作分有字节写和页写两种操作 。字节写要求有第二个地址域 ( 8 位字地址) ,接收到字地址 后 ,使用应答 (ACK) 作出响应 , 并等待下一个 8 位数据 ,再以 ACK 作出响应 ,循环接收直到遇上停止条件( stop condition) 。页写操作不是在第一个数据字被传 送之后结束写周期 ,而是再发送 15 个字节 ,在接收每 一字之后以 ACK 作出响应 。U3 的读操作分有当前地址读 、随机读和顺序读 ,读操作的开始与写操作类似 。3 . 4 显示模块助理机的显示界面如图 4 。为了降低成本和更直 观地显示有关信息 ,时间和日历的显示采用段式 LCD ,结束语利用机内固有的电子万年台历和温度 、湿度测报 功能 ,以及基于无线寻呼技术的综合信息传输功能 ,给 人们提供准确 、快捷的信息 。本技术尤其适用于企业4内部 、机关团体大院 、学校等场所 ,如开会通知的接收 、显示及提醒服务 。在信息的发送