基于AT89C51应用系统的串行通信设计

在红外成像技术的电力设备状态检测系统中，基于AT89C51单片机的应用系统，采用美国雷态公司的型号为3iLRL3的非接触式红外测温仪．该测温仪采用的是RS232C串行通信标准接口，该接口在很多通信设备中通用，目前与PC机的直接串行通信也是RS 232C接口。尽管RS232C性能指标并非很好，但还是有广泛的市场支持。串行通信技术在测控系统中占有很重要的地位，只用三根线．就可以方便的在2个数字设备之间进行信息的交换，实现全双工的传送数据，硬件成本低．而且通用性好。

2 串行通信的硬件设计

    在所开发的系统中．红外测温仪将检测电力没备的工作和环境温度，通过RS 232C串口传给单片机，同时由单片机控制检测装置的在线工作组态，红外检测装置的工作组态的制订和选择是由上位PC机来完成的，这样，以单片机为核心组成的控制电路是数据的中转站，上位PC机下传红外测温仪的在线工作组态．上传红外测温仪的检测的电力设备的在线工作温度．以诊断电力设备的工作状态。在这里单片机与PC机的串行通信接口还是RS 232C的标准通信。AT89C51单片机仅有一个串口，这就要解决另一个串口外扩问题，系统利用的通用串行通信接口芯片8251A来扩展。该系统的串行通信的硬件电路如图1所示。
 

RS232是EIA(Electronics Industries Association)电平．信号电平采用负逻辑，逻辑"1"=一12V，逻辑"0"=+12 V。这与单片机的TTL信号电平不兼容，所以RS232C与89C51单片机的串口RXD(串行接收口)和TXD(串行发送口)不能直接连接，需要跨接一个转换器在RS232C与TTL电路之间进行电平转换。市场上电平转换的芯片很多，如早期广泛使用MCl488和MCl489，MC1488是接收TTL电平．输出RS 232C电平．MC1489是接收RS 232C电平，输出TTL电平，该电平转换接口的不便之处是需要±12 V工作电压，并且功耗较大．不适用于低功耗的系统。

    所以系统利用了MAXIM公司生产的MAX232实现2种电平之间的转换．其主要优点有：芯片内部有一个电压转换器，可以把输入的+5 V工作电压转换为RS 232C接口所需的±l 2 V电压；同时可以实现2路2种电平的双向转换．在该系统中可代替2片MCl488和2片MCl489，外接1个5 V的电源，而不需像MCl488和MCl489那样外接±12 V电源，所以电路简单，提高性能。
 
    在系统中，红外测温仪与PC机2个串行口，而89C51只有1个串口，利用可编程通用串行接口芯片8251A实现与上位Pc机通信，由于8251A串口芯片的片选端CS接到74LS138译码器的Y2．因此8251A的口地址为OA000H，RXCLK和TXCLK接收和发送时钟都连接51的T1口，利用T1作为波特率发生器[1]。

3 软件设计

    红外测温仪的串口通过MAX232直接与89C15连接，所以红外扫描传感头按给定的扫描策略扫描电力设备，读入温度扫描信号，做最大值、最小值、平均值及异常剔除处理，单片机记录扫描时间和温度值，等待PC机命令．向PC机发送数据，发送数据流程如图2所示。红外传感器通过Pc机下传的在线工作组态控制检测电力设备的状态，其接收数据的流程如图3所示。单片机与PC机之间的串行通信通过825lA，所以在通信程序中首先对825lA进行初始化编程，设置串口通信方式，确定通信协议。这些是通信程序设计的关键点。
 

(1)串口的工作方式设置

    通过对单片机的串口控制寄存器(SCON)的设置来完成，由于采用一帧11位的数据格式，所以89C51的串口的工作方式只能设置成方式2和方式3，数据传输的波特率有定时器控制，本系统采用方式3，单片机的串行接收的l帧数据中，奇偶校验位由SCON的TB8和RB8(第9位数据)来完成校验功能。

(2)串口波特率的设定
 

     通过此公式的计算可以进一步验证在设计系统选用的晶振的频率为11．0592 MHz时计算出来的T1初值没有误差。

(3)握手信号的规定

    请求信号定为FFH、应答信号定为FEH、错误信号定为FDH、结束信号定为FCH。

(4)数据传送方式

    利用RS 232C的2根传输线实现全双工的发送和接收数据。

(5)通信方式

    异步通信方式，以字为单位传送数据，由于发送与接收双方使用各自的时钟，所以在异步通信中严格规定数据帧的格式。

(6)数据帧的格式

    一帧数据为11位，包括起始位、数据位、奇偶检验位、停止位，数据格式如下[2]：

    所以8251A初始化方式控制字为7DH。
 

    PC机采用Visual basic编程，VB支持面向对象的程序设计，具有结构化的事件驱动编程模式并可以使用无限扩增的控件，而且可以十分简便地做出良好的人机界面。在标准的串口通信方面，VB提供了具有强大的通信控件MSCOMM，文件名为MSCOMM．VBX。该控件可设置串行 通信的数据发送和接收，对串口状态及串行通信的信息格式和协议进行设置。在发送或接收数据的过程中触发onComm事件，通过编程访问CommEvent属性了解通信事件的类型，分别各自的处理。VB串行初始化通信软件如下[3]：