2020年基于多单片机的串口扩展设计论文.doc

基于多单片机的串口扩展设计论文 1前言 笔者在用单片机开发一款称重仪表时，功能较多，对串口的需求很高。需要的串口数量多，至少要五个串口，包括称重传感器通信串口，电脑上位机通信串口，GIM900A通信串口，大屏幕数码管显示的通信串口，打印模块的通信串口等。而且对串口要求稳定性高，大部分串口都要求实时双工通信。根据实际情况和产品串口需求，采用不用的方法进行串口扩展，主要用到了模拟串口和多单片机实现串口扩展。 2串口扩展的一般方法 (1)模拟串口。模拟串口利用其他单片机引脚模拟串口收发时序进行串口扩展。这种串口扩展，缺点比较明显，通信速率慢，可靠性不高，占用CPU资源较多。高速双工通信时一般不用此方案进行串口扩展，低速情况下可以考虑。笔者的项目中大屏幕数码管显示就用了这种方案，显示的时候只发不收，单向通信，波特率要求低，最高不过9600bps。 (2)利用专门的串口扩展芯片处理。串口扩展芯片进行串口扩展，通信稳定性高，能达到一般的串口要求。市场上的串口扩展芯片，性能不同，价格也不一样，但普遍成本较高，少则二三十元，多则七八十元，不利于产品的成本控制。串口需求较多时，一块串口扩展芯片上串口数量不足，还需要多块串口扩展芯片级联，更增加了成本。 (3)利用多串口单片机。目前市场上有多串口的单片机，很多低成本单片机都自带两个串口，比如stc12多串口系列。用三串口及其以上的单片机成本更贵。 (4)基于多单片机的串口扩展设计。在一定成本要求下，结合目前单片机产品自身的优势，利用多单片机进行串口扩展，也是一种串口扩展的方案。一般c51系列单片机自带双串口的只要几元钱，完全可以把单片机用来做串口扩展，而且有的单片机自带spi通信接口，可以很方便的实现主从单片机之间的级联和通信，同时双单片机工作时，可以利用从单片机处理一定的程序，减轻主单片机的负担，达到“双核”效果。 3基于多单片机的串口扩展设计 3.1串口扩展系统框图 整个系统由两块单片机构成主从结构，主机完成产品的大部分功能，从机只是进行了串口扩展，扩展出了两个双工硬件串口，如果有需要，也可以分担部分主机的其他功能。两者之间通过SPI硬件接口通信，该硬件SPI总线是一种全双工、高速、同步的通信总线，支持主模式和从模式两种操作模式，主模式中支持高达3Mbps的速率，完全可以完成主机和从机之间的可靠通信。主机和从机的串口通信，和一块单片机使用时的用法一样，只是先要经过SPI传输。当需要向从机串口发数据时，先要通过主机的SPI通信送给从机，再通过从机串口发给外围模块;当需要接收从机串口数据时，先从机接收到串口数据，从机再利用SPI传输给主机。在进行软件开发时，只要定义好主机和从机的SPI通信协议，即可完成可靠的串口数据收发。 3.2主机和从机之间的SPI通信 主机和从机串口之间需要SPI通信做桥梁，因此主从机之间的SPI通信显得极其重要，必须要求高速、可靠、实时，一次SPI采用中断完成。主机部分需要用到常用的四个函数，即主机SPI初始化，SPI主从机之间的数据交换，向从机发送数据，主机SPI中断接收等。 1)主机SPI初始化： SPDAT=0; SPCTL=0xfd; SPSTAT=0xc0; IE2=IE2|0x2; 2)主机SPI数据交换 SPDAT=dat; while(!(SPSTAT&SPI_SPIF); SPSTAT=0xc0; returnSPDAT; 3)向从机发送字符串数据 SPCTL=0xfd; IE2=IE2&0x01; SPISS=0; 4)SPI接收中断函数 ucharucRecvSpi; SPDAT=SPDAT; SPSTAT=0xc0; ucRecvSpi=SPDAT; ?/SPI接收到的数据处理 ?循环SPI数据交换 发送字符串 SPISS=1; SPCTL=0xec; IE2=IE2|0x3; 从机部分也需要用到主机一样的四个函数，即从机SPI初始化，SPI主从机之间的数据交换，向主机发送数据，从机SPI中断接收等。程序函数与主机大部分相同，只有细微区别。在从机SPI初始化时，SPCTL控制寄存器初值为0xec。 3.3扩展的串口处理 从机自带的两个双工串口即是扩展出来的串口，要实现收发数据，需要用到基本的3个函数，即从机串口初始化，从机串口向外围模块发送数据，从机中断接收数据。串口4和串口5函数类似，下面只列举串口4的初始化函数部分。 1)串口1初始化 TMOD=0x20; SCON=0x5a; TH1=TL1=-3; TR1=1; ES=1;EA=1; 2)串口接收中断 RI=0; Bufi=SBUF;/接收串口数据存入数组 if(SBUF=0x0a&Bufi-2=0x0d) 接收到结束符，则向