孫波，王勇

（南京郵電大學自動化學院，南京210003）

0 引言

隨著測控技術的發(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注。在實際應用中，作為控制中樞的計算機往往只有一至兩個串口，為了控制多臺被測計算機，需要對串口進行擴展。

目前RS232是PC與通信工業(yè)中應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準。RS232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。本設計用到RS232的三線和七線接線方式。

RS422標準全稱是“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 硬件設計

1.1 串口擴展方案功能要求

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

●對主控計算機接入的第二個RS232口（七線通信）進行擴展，擴出4個分時使用的RS232口和2個RS422口；

控制微處理機采用MSP430F149IPM，控制模塊主要功能：通過RS232串口與系統(tǒng)上位機進行通信，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 硬件電路總體設計

1.2.1 RS232和TTL電平轉換

圖2

RS232 標準規(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 ,單片機的I/O電壓一般是0～3.3V,為了與 單片機的供電電壓保持一致 ,必須經(jīng)過接口電路進行標準轉換 ,目前較常用的方法是使用集成電路轉換器件 ,本設計用的芯片是MAX3221。主控計算機的串口經(jīng)過電平轉換連接到單片機和多路復用器上。如圖3所示為本設計232轉換TTL模塊。

圖3 232轉換TTL模塊

1.2.2 RS232接口擴展

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

1.2.3 RS232轉422接口擴展

RS422 的接口標準與 RS485 相似，采用4線制方式，能夠與遠程測控終端進行全雙工通信，實現(xiàn)數(shù)據(jù)遠程高速傳輸。考慮到 MAX3491 芯片具有使能端，且由 MAX3491構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，故設計時選擇利用 2 片MAX3491來實現(xiàn)232到422的轉換。

圖4 串口擴展硬件連接圖

2 系統(tǒng)軟件設計

2.1 擴展端口的地址設計

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

表1

2.2 上位機與下位機通信

該系統(tǒng)由上位機和下位機協(xié)同工作,形成一個小型通訊系統(tǒng)。串口擴展模塊在工作時，數(shù)據(jù)通過中斷的方式與外設進行通信，當主機需要發(fā)送數(shù)據(jù)時，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，當下位機確定接受數(shù)據(jù)時，主機便將數(shù)據(jù)發(fā)送到UART。同理，下位機數(shù)據(jù)通過串口傳輸?shù)街骺貦C時，首先送入讀FIFO中，然后產(chǎn)生中斷請求，向主機指示該數(shù)據(jù)已可使用，上位機通過程序進行判斷，如果其他串口并未占用總線，就可以讀入數(shù)據(jù)。

2.3 程序實現(xiàn)

Rx_data=RXBUF1; //清除中斷標志

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)驗證

系統(tǒng)客戶端軟件采用Microsoft Visual C + + 6.0設計 , 打開客戶端軟件，進行串口設置，選擇端口，然后選擇被測計算機，客戶端軟件顯示相應計算機選通，此時主控機便可與此被測計算機通信。經(jīng)過現(xiàn)場反復測試，系統(tǒng)功能符合方案要求。

4 結束語

串行通信在工業(yè)控制領域應用廣泛，本文解決了MSP430單片機在串行通信應用系統(tǒng)中的串口使用局限問題，經(jīng)實際應用驗證，該串口擴展系統(tǒng)設計可靠，運行穩(wěn)定，滿足方案要求。用戶也可以根據(jù)實際情況增加或減少擴展數(shù)量。

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