基于单片机的波特率变换器设计方案

在一些复杂的系统中，系统与分系统、分系统与设备等之间存在数据的传递问题，往往采用通信的方式来解决。由于分系统、没备等通信波特率的不同，特别是一些特殊波特率设备的存在，使得系统中设备间的相互通信不易实现。例如，在一个系统中，上位机接收某一设备的数据，如图1所示，设备l和设备2采用的是172．8 kbps的波特率，而上位机用VB编程，其通信波特率为115．2 kbps、128 kbps或256 kbps，等，这样设备之间就不能相互通信，给设计带来困难。为了解决上述问题，采用双单片机电路，设计了波特率变换器，将接收波特率为172．8 kbps的数据，转换成波特率为115．2 kbps的输出，从而使不同波特率设备之间的通信成为可能。


1 波特率变换电路

波特率变换电路如图2所示。电路采用2片单片机89C5l作为电路的核心，利用单片机的UART串行口与相关设备通信。单片机u1_L．(接波特率低的设备)与波特率为115．2 kbps的设备通信，单片机U2_H(接波特率高的设备)与波特率为172．8 kbps的设备通信。Ul_I，与U2_H的通信采用并行口方式，以加快Ul_I。与U2_H之间数据传递的速率。U1_L与U2_H的通信可以采用中断查询的方式，也可以采用握手查询的方式进行数据传递。



电路采用2片75176接口驱动芯片组成一个RS-422通信接口。U3和U4组成的通信接口与115．2 kbps的设备相连，U5和U6组成的通信接口与172．8 kbps的设备相连，通信接口采用中断技术。波特率变换器工作原理如下：U1_I。从串行口收到设备的数据后，从Pl口输出数据，并通知U2_H取数，U2_H取到数据后向设备发出数据，同时通知Ul_I．已取走数据，为U1一L下一次输出数据做准备。当U2_H从串行口收到设备的数据后，查询U1_I，是否允许接收数据，如允许接收数据，U2_H从P1口输出数据，并通知Ul_L取数，Ul_L取到数据后向设备发出数据，同时通知U2_H已取走数据，为U2_H下一次输出数据做准备；如Ul_L不允许接收数据，则U2_H暂缓送数。

2 波特率变换器的应用

波特率变换器在应用中，根据使用情况可以分为单向传送和双向传送。两单片机之间的数据传递可以采用中断方式．也可以采用查询方式。如采用查询方式，编程时利用P2口的几位作为查询信号，实现单向或双向传送。

2．1 单向传送

单向传送就是通信口的数据流只向一个方向，即从Ul_L接收到的数据，从U2_H发送出去，或从U2_H接收到的数据，从Ul_L发送出去。用这种方式进行软件编程比较简单。现以U1_L只接收外部设备数据，U2_H只向外部设备发送数据，采用查询方式为例，两单片机之间数据传送的流程图如图3所示。其中Ul_L的P2．2作为向U2_H传送新数据的查询信号(U2_H的P2．5)，P2．2=“0”表示有新的数据，P2．2=“1”表示没有新的数据；U2_H的P2．2作为接收U1_L数据的查询信号(U1_L的P2．5)，P2．2=“O”表示可以接收新的数据，P2．2=“1”表示不能接收新的数据。如果采用中断方式，两单片机的查询信号更简单，只要Ul_L查询U2_H是否可以接收数据的信号就可以，U2_H无需查询U1_L的查询信号。



2.2 双向传送

双向传送就是通信口可以同时接收数据和发送数据，数据流是双向的，Ul_L和U2_H既接收数据也发送数据。这种方式软件编程比较复杂，特别是双向传送数据采用查询方式时。单片机之间的查询信号就更加复杂了。现以双向查询方式为例，两单片机之间数据传送的流程图如图4所示，U2_H的流程与U1_L一样。其中U1_L向U2_H传送数据时的查询信号与单向传送的定义一样，U2_H的P2．3作为向U1_L传送新数据的查询信号(U1_L的P2．4)，P2．3=“0”表示有新的数据，P2．3=“l”表示没有新的数据；Ul_L的P2．3作为接收U2_H数据的查询信号(U2_H的P2．4)，P2．3=“O”表示可以接收新的数据，P2．3=“1”表示不能接收新的数据。如果采用中断方式，查询信号可以减少，编程可以简化。



2.3 应用时的注意事项

两个单片机之间的握手方式如果采用中断，由于U2_H向外部发送数据比U1_L接收外部数据快，Ul_L向U2_H传送数据时，无需考虑U2_H的状态，而U2_H向U1_L传送数据时，由于U2_H接收外部数据比U1_L向外部发送数据快，U2_H必须查询Ul_L的状态，即U1_L是否处于接收U2_H数据的状态，否则，U2_H就不能向Ul_L传送数据。

若作为RS_485通信接口使用，只需对图2中的电路稍做改动，增加对75176芯片的读写控制，同时两个单片机中与主通信设备相连的单片机作为主机，通过P2口的一位来协调两个单片机是接收数据还是发送数据。

值得注意的是，该波特率变换器在不同的应用中会受到一定的限制，在使用时要注意下面几点：

①波特率很高时，要考虑单片机串行口能否实现；

②从波特率高的向波特率低的变换时，要考虑波特率低的单片机能否实现不丢数据的发送；

③当双向变换时，既要考虑上述情况，还有考虑程序的大小，以及执行时间对双向传送数据的影响，计算两个单片机能否实现不丢数据的变换，在时间上要留有余量；

④在查询时，要注意握手信号的关系，不要对同一数据产生重复读取，以至于数据重复；

⑤波特率不同时，单片机可以选用不同的晶振频率。

2.4 实例及源程序

在实际使用中若碰到如图1所示的情况，需要波特率变换器将坡特率为172.8kbps的通信数据转换成波特率为115.2kbps，再向上位机传送。实际使用的电路如图2所示。在该实例中，为了防止局部时刻接收数据比发送快而丢失数据，再U2_H单片机的程序中，加入了8个数据区作为接收数据存放缓冲区。

3 结论

通过长时间的通信实验和实际应用，设计的波特率变换器方案可行，通信可靠，没有出现数据丢失的情况。在一些系统中，由于通信波特率特殊，在设备之间通信存在波特率不匹配时，通过波特率变换器，可以实现不同波特率设备之间的通信。通过更改单片机的晶频振率，可以满足各种波特率（在单片机允许的范围内）的转换。