1 引言

在某些特定的情況下，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)需要連接多個串行外設(shè)，如微型打印機(jī)、液晶模塊、上位計算機(jī)等，此種情況稱為點(diǎn)對多點(diǎn)通信方式；或者多個單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過串行接口連接到一臺主控計算機(jī)上，稱為多點(diǎn)對一點(diǎn)通信方式。通常單片機(jī)只提供一個異步串行通信接口(SCI)。因此，上述兩種情況下，都涉及串行接口的擴(kuò)展問題。以下將針對點(diǎn)對多點(diǎn)通信的串口擴(kuò)展，給出一種使用串口擴(kuò)展接口器件GM8123的解決方案。

2 點(diǎn)對多點(diǎn)通信的硬件解決方案

目前，點(diǎn)對多點(diǎn)通信在擴(kuò)展串行接口時，除了使用軟件虛擬的方式，將單片機(jī)的普通I／O虛擬為異步串行接口外，更多的是采用硬件接口器件擴(kuò)展方法。而硬件擴(kuò)展串行接口，一方面可采用多路模擬開關(guān)，或使用門電路，按需要選通相應(yīng)的串行通道，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對多點(diǎn)的通信；另一方面可使用專用的串口擴(kuò)展器件擴(kuò)展串行接口。前者的主要問題是占用較多的單片機(jī)硬件資源，更重要的是通信過程中的實(shí)時性較差。采用的專用串口擴(kuò)展器件可有效地解決上述問題。 3 基于GM812X的典型串口擴(kuò)展電路

GM812X是成都國騰公司生產(chǎn)的專用串口擴(kuò)展器件，包括GM8123(一擴(kuò)三)、GM8125(一擴(kuò)五)兩個主要型號。GM8123可以將一個全雙工的標(biāo)準(zhǔn)串口擴(kuò)展成3個標(biāo)準(zhǔn)串口，并能通過外部引腳控制串口擴(kuò)展模式：單通道工作模式和多通道工作模式，既可以指定一個子串口和母串口以相同的波特率工作，也可以讓所有子串口在母串口波特率基礎(chǔ)上分頻同時工作。母串口和子串口的工作波特率可由軟件調(diào)節(jié)，而不需要修改外部電路和晶振頻率。圖1為GM8123構(gòu)成的典型串口擴(kuò)展電路。

由于GM8123串口擴(kuò)展器件不具有上電復(fù)位功能，因此使用單片機(jī)的P3.7控制GM8123的復(fù)位端，復(fù)位信號低電平有效，并保持200 ms。器件復(fù)位后，內(nèi)部所有的BUFFER和寄存器清零，此時器件的默認(rèn)狀態(tài)為：波特率1 200 b／s，數(shù)據(jù)格式為11位／幀?；谝陨显颍谑褂脮r，必須對器件進(jìn)行初始化設(shè)置。初始化設(shè)置包括幀格式設(shè)置和通信波特率設(shè)置。

3.1 GM8123的初始化設(shè)置

初始化設(shè)置也就是對器件的工作方式進(jìn)行設(shè)置，包括幀格式設(shè)置和波特率設(shè)置。器件工作方式設(shè)置僅多通道模式有效，在單通道模式下。則無需工作方式設(shè)置，并且已設(shè)置的命令字也不起作用。多通道模式下的工作方式設(shè)置如下： ●將地址線STADD1、STADD0置為00

●將MS置0，選擇寫入命令字

●對母串口寫入命令字，命令字的格式如下：

應(yīng)注意的是，命令字的高4位必須為全1，便于和無效數(shù)據(jù)相區(qū)別。命令字中的FL用于控制串行通信時的幀格式，"0"=10位，"1"=11位。BR2～BR0用于波特率設(shè)置，與波特率的關(guān)系如表1所示。

以上均是在多通道模式下對器件子串口的波特率設(shè)置。在此模式下，各個子串口的波特率是一致的，而對應(yīng)母串口的波特率為子串口的4倍，由于母串口與單片機(jī)的異步串口連接，因此，單片機(jī)串口的波特率必須與GM8123器件的母串口波特率相一致。

必須注意：在完成工作方式設(shè)置后，必須將STADD1、STADD0置為非全0后，設(shè)置才會生效。

3.2 GM8123的工作模式

通過對模式控制引腳MS的設(shè)置，可使GM8123工作在單通道模式和多通道模式下。

3.2.1 單通道工作模式

當(dāng)模式控制引腳MS為1時，GM8123工作在單通道模式下。在此模式下，任何時刻只允許一組子串口與母串口進(jìn)行通信。器件的地址引腳用于選擇期望與母串口相連接的子串口，外部單片機(jī)通過兩條輸入地址線和兩條輸出地址線指定和母串口連接的子串口。單通道下各地址線定義如表2所示。

3.2.2 多通道工作模式

當(dāng)模式控制引腳MS=1時。GM8123工作在多通道工作模式下，它允許3個串口同時全雙工工作。在此模式下，器件地址線STADD1、STADD0為輸入口，由單片機(jī)控制發(fā)送數(shù)據(jù)的子串口，地址線SRADD1、SRADD0為輸出口，用于向單片機(jī)返回接收數(shù)據(jù)的子串口地址。在該模式下，各個子串口的波特率相同，母串口的波特率為子串口的4倍。

基于以上分析，在點(diǎn)對多點(diǎn)通信的情況下，使用GM8123實(shí)現(xiàn)單片機(jī)串行接口的擴(kuò)展，在不過分占用單片機(jī)硬件資源的前提下，具有寫控制字對器件實(shí)施控制、各個子串口波特率可調(diào)以及串行通信的數(shù)據(jù)格式可選等特點(diǎn)，是點(diǎn)對多點(diǎn)通信方式下串行接口擴(kuò)展的方式。 4 串口擴(kuò)展應(yīng)用實(shí)例

圖2為GM8123串口擴(kuò)展器件在單晶定向粘接系統(tǒng)中的應(yīng)用電路。在圖2的電路中，主控單片機(jī)通過串行通信接口，不但可實(shí)現(xiàn)對微型打印機(jī)的打印控制，還可以實(shí)時接收來自角度計數(shù)單元電路的實(shí)時角度信息。在獲取角度信息后，還可根據(jù)用戶需要，將計算后的單晶定向角度上傳至計算機(jī)，實(shí)現(xiàn)信息存儲?；谝陨显O(shè)計需要，設(shè)計中使用了一擴(kuò)三串口擴(kuò)展器件GM8123，將主控單片機(jī)P89V51RD2的串行接口擴(kuò)展為三個，分別與微型打印機(jī)、角度計數(shù)板及上位計算機(jī)連接。

使用專用的串行口擴(kuò)展器件實(shí)現(xiàn)單片機(jī)串行通信接口的擴(kuò)展，在不影響單片機(jī)I／O口使用的前提下，具有接口電路簡單、易于操作以及安全穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。在單晶定向粘接系統(tǒng)的應(yīng)用中，通信性能穩(wěn)定，在用戶一年多的使用過程中，沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)通信錯誤的現(xiàn)象。但在系統(tǒng)開發(fā)實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，使用51單片機(jī)控制，需要在寫人命令字后立即讀取命令字，由于51單片機(jī)串口工作時序是發(fā)送停止位的同時將TI置1，如果此時立即將MS置1讀取命令字，將導(dǎo)致器件還未接收到命令字字節(jié)的停止位就轉(zhuǎn)入讀命令字模式，使寫入操作無法完成，所以編程時要注意在TI置1后至少延時1個機(jī)器周期以上的時間才能將MS置1，以保證器件有足夠的時間完成寫命令字操作。

參考文獻(xiàn):

[1]. P89V51RD2 datasheet http://www.hbjingang.com/datasheet/P89V51RD2_875979.html.