PC机与多MCS-51单片机间的串行通信设计

　　1　引　言

　　在测控系统和工程应用中，常遇到多项任务需同时执行的情况，因而主从式多机分布式系统成为现代工业广泛应用的模式。它们大多由IBM-PC微机和MCS-51单片机组成。单片机功能强、体积小、价格低廉、开发应用方便，尤其具有全双工串行通讯的特点，在工业控制、数据采集、智能仪器仪表、家用电器方面都有广泛的应用。同时，IBM-PC机正好补充单片机人机对话和外围设备薄弱的缺陷。各单片机独立完成数据采集处理和控制任务，同时通过通信接口将数据传给PC机，PC机将这些数据进行处理、显示或打印，把各种控制命令传给单片机，以实现集中管理和最优控制。

　　故IBM-PC机(上位机)与各MCS-51单片机(下位机)之间的通信显得尤其重要。本文主要探讨它们之间的远距离串行通信接口和软件程序设计。

　　2　硬件设计接口

　　RS-232-C串行通信接口是美国电气工业协会(EIA)与BELL公司等一起开发的一种标准通信协议，现在它在终端、外设与计算机中被广泛采用。该标准规定了21个信号和25个引脚，但在智能仪器与计算机之间的通信中常用2个信号及3个引脚(2脚数据输入，3脚数据输出，7脚信号地)。它采用双极性的负逻辑信号，0逻辑信号为+3V至12V，1逻辑信号为-3V至-12V，它的传输速率最大为20kbit/s，传输距离仅为15m。由于RS-232主要是完成电平移位、转换和信号反相等，所以它有自己的电平转换与驱动芯片，如MC1488(发送)与MC1489(接受)。IBM-PC机有两个标准的RS-232串行口，其电平采用的是EIA电平，而MCS-51单片机的串行通信是由TXD(发送数据)和RXD(接收数据)来进行全双工通信的，它们的电平是TTL电平，为了PC机与MCS-51机之间能可靠地进行串行通信，需要用电平转换芯片。由于MC1488和MC1489需要±12V、+5V电源供电，故采用MAXIM公司生产的低功耗、单电源的MAX232芯片，因为它自身带有电源电压变换器，可以把+5V电源变换成RS-232输出电平所需的±10V电压，能实现RS-232的技术指标，并只需要+5V的电源，为串行通信带来了较好的性能和低廉的价格。MAX232的接口电路图如图2所示。

　　PC机采用可编程串行异步通信控制器8251A来实现，通过对INS8251A初始化可以控制串行数据传送格式和速度及其工作方式，使得它与单片机的通信方式一致，从而实现PC机与单片机之间的通信。MCS-51和8251A的连接图见图3。

　　由于远距离数据传输，在系统中用了两片MAX485芯片进行数据传送，还采用了两级光电隔离来提高系统的抗干扰能力。单片机和PC机之间的RS-232通信硬件接口电路框图如图4所示。