单片机串行通信波特率的自适应实现方法
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在串行异步通信中,目前实现波特率自动检测并适应的设计思想有多种,可是他们或者需要额外的硬件支持,或者实现时方法繁杂且软件开销大。文章介绍了一种简单可靠的用软件实现波特率自动适应的方法,并给出了仿真调试电路原理图,给出了同步程序的详细框图。该方法提高了波特率解调的便捷性和兼容性。
1 仿真电路
SST89C54/58单片机是MCS-51系列单片机的派生产品,他们在指令系统、硬件结构和片内资源上与标准8052单片机完全兼容。实际上 SST公司的SST89C54/58是一款使用非常方便51系列单片机,如不考虑其看门狗定时器和内部Flash程序存储器,可以将其看成是一个可在线编程的标准8052单片机。图1为实现串行通信仿真调试硬件原理图,这是一个通用的串行通信接口电路INT0脚用来启动从机同步适应。同步建立后的数据传送过程中外部中断0被禁止,而一批数据传送完毕后进入待机监控状态时则开 放外中断。
2 波特率自适应实现原理
2.1 波特率
对于8052单片机,串行通信用定时器1或定时器2作波特率发生器,波特率取决于他们的溢出率。当串行口在工作方式1,3,用定时器1作波特率发生器时, 则波特率计算如下:
当定时器1工作方式2时,n=8,X为定时器1初值。
当定时器1工作方式1时,n=16,X为定时器1初值。
若用定时器2作波特率发生器时,则波特率计算公式如下:
其中:X为定时器2的初值。
2.2 波特率自适应原理
主机端要求和从机建立通信时,先发送同步字符80H,从机根据此同步字符来计算当前的通信速率,并设置此值为本从机的波特率,从而完成通信速率的自适应。以串行通信方式1为例,他是一个10位的数据格式,如图2所示。
所以,在发送同步字符80H时,在数据线上他所呈现的电平状态如图3所示。
从机通过检测本机RXD引脚的信号,并利用定时器对RXD信号的低电平进行宽度测量,其负脉宽时间TDOWN刚好是8位数据的宽度,这有利于波特率发生器初值的计算。采用定时器0方式1并置初值0对TDOWN进行定时,可得计数值TH0,TL0,用XT来表示,设从机晶振为ff,
比较式(3)和式(4),主机和从机波特率应设置相等,则可得从机波特率发生器T1的装入初值为:
由式(5)可看出,从机波特率发生器装入初值与晶振无关,且当N=8时分母为28,此时后一项做除法运算最为方便,分子右移8位即可,在程序运算中只需丢弃分子的最后一个字节即可。
若使用定时器2作波特率发生器,则易得其初值应为:
3 波特率自适应法在IAP编程握手同步中的应用
SST89C54/58单片机可以方便地实现IAP(InApplication Programming),通过IAP功能可以在应用板上直接下载程序,不需任何编程器就可以完成单片机系统的开发及单片机教学实验。作者基于IAP模块设计了一款专用的51单片机开发学习系统,其成本不超过50元,为标准51,52系列单片机的开发与学习提供了一种便捷而廉价的手段和方法。
使用IAP功能可以对产品的软件进行在线升级,而不需要其他硬件。可以这样说,单片机系统只要有串行口,利用IAP功能通过串行口便可将PC机内的产品升级软件下载到产品中去,而实现产品软件升级换代。甚至在远程通过Modem对产品进行软件升级,这也将是以后各种电子产品发展的必然趋势。而在线升级离不开通信速率的自动适应。
同步握手中断处理程序流程图如图4所示。从机在待机监控状态时,开放外部中断 0,当主机访问从机时,先发送同步字节80H,再送FEH(也可为55H, AAH等),则当80H发出时从机RXD脚出现负跳变,触发外部中断0,启动定时器0对同步脉冲进行测量,同时关闭外中断0,并初始化串行口建立串行口数据接收,等待下一同步字节FEH,若同步成功则发应答信号,否则进入监控程序继续等待同步。所有数据收发完毕后再开放外中断0,进入监控待机状态。
4 结 语
在自制的SST89C5X系列单片机IAP仿真系统上对文中提出的方法反复进行了测试,在从机主振为12 MHz条件下,从300~38 400 b/s范围的各种常用波特率从机均很好地适应。当波特率低于120 b/s时,定时器0会产生溢出,若主机可能用到此波特率,可以用T0中断计数对计数值进行修正。若采用查询RXD引脚电平的方式,则图1可进一步简化,即可以不用外中断0,这更能节约硬件资源。文中提出的方法可以很
方便地应用于多机分布式控制系统中,也可以应用于各种需要变波特率的场合。
参考文献
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[2]Silicon Storage Technology,Inc.SSTFlash-Flex51 microcontroller In-appliccationProgramming Basics[EB/OL].http://www.sst.com,2003-06-10.
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