基于單片機的波特率變換器設(shè)計方案

在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中，系統(tǒng)與分系統(tǒng)、分系統(tǒng)與設(shè)備等之間存在數(shù)據(jù)的傳遞問題，往往采用通信的方式來解決。由于分系統(tǒng)、沒備等通信波特率的不同，特別是一些特殊波特率設(shè)備的存在，使得系統(tǒng)中設(shè)備間的相互通信不易實現(xiàn)。例如，在一個系統(tǒng)中，上位機接收某一設(shè)備的數(shù)據(jù)，如圖1所示，設(shè)備l和設(shè)備2采用的是172．8 kbps的波特率，而上位機用VB編程，其通信波特率為115．2 kbps、128 kbps或256 kbps，等，這樣設(shè)備之間就不能相互通信，給設(shè)計帶來困難。為了解決上述問題，采用雙單片機電路，設(shè)計了波特率變換器，將接收波特率為172．8 kbps的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成波特率為115．2 kbps的輸出，從而使不同波特率設(shè)備之間的通信成為可能。



1 波特率變換電路

波特率變換電路如圖2所示。電路采用2片單片機89C5l作為電路的核心，利用單片機的UART串行口與相關(guān)設(shè)備通信。單片機u1_L．(接波特率低的設(shè)備)與波特率為115．2 kbps的設(shè)備通信，單片機U2_H(接波特率高的設(shè)備)與波特率為172．8 kbps的設(shè)備通信。Ul_I，與U2_H的通信采用并行口方式，以加快Ul_I。與U2_H之間數(shù)據(jù)傳遞的速率。U1_L與U2_H的通信可以采用中斷查詢的方式，也可以采用握手查詢的方式進行數(shù)據(jù)傳遞。



電路采用2片75176接口驅(qū)動芯片組成一個RS-422通信接口。U3和U4組成的通信接口與115．2 kbps的設(shè)備相連，U5和U6組成的通信接口與172．8 kbps的設(shè)備相連，通信接口采用中斷技術(shù)。波特率變換器工作原理如下：U1_I。從串行口收到設(shè)備的數(shù)據(jù)后，從Pl口輸出數(shù)據(jù)，并通知U2_H取數(shù)，U2_H取到數(shù)據(jù)后向設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)，同時通知Ul_I．已取走數(shù)據(jù)，為U1一L下一次輸出數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。當(dāng)U2_H從串行口收到設(shè)備的數(shù)據(jù)后，查詢U1_I，是否允許接收數(shù)據(jù)，如允許接收數(shù)據(jù)，U2_H從P1口輸出數(shù)據(jù)，并通知Ul_L取數(shù)，Ul_L取到數(shù)據(jù)后向設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)，同時通知U2_H已取走數(shù)據(jù)，為U2_H下一次輸出數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備；如Ul_L不允許接收數(shù)據(jù)，則U2_H暫緩送數(shù)。

2 波特率變換器的應(yīng)用

波特率變換器在應(yīng)用中，根據(jù)使用情況可以分為單向傳送和雙向傳送。兩單片機之間的數(shù)據(jù)傳遞可以采用中斷方式．也可以采用查詢方式。如采用查詢方式，編程時利用P2口的幾位作為查詢信號，實現(xiàn)單向或雙向傳送。

2．1 單向傳送

單向傳送就是通信口的數(shù)據(jù)流只向一個方向，即從Ul_L接收到的數(shù)據(jù)，從U2_H發(fā)送出去，或從U2_H接收到的數(shù)據(jù)，從Ul_L發(fā)送出去。用這種方式進行軟件編程比較簡單?，F(xiàn)以U1_L只接收外部設(shè)備數(shù)據(jù)，U2_H只向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，采用查詢方式為例，兩單片機之間數(shù)據(jù)傳送的流程圖如圖3所示。其中Ul_L的P2．2作為向U2_H傳送新數(shù)據(jù)的查詢信號(U2_H的P2．5)，P2．2=“0”表示有新的數(shù)據(jù)，P2．2=“1”表示沒有新的數(shù)據(jù)；U2_H的P2．2作為接收U1_L數(shù)據(jù)的查詢信號(U1_L的P2．5)，P2．2=“O”表示可以接收新的數(shù)據(jù)，P2．2=“1”表示不能接收新的數(shù)據(jù)。如果采用中斷方式，兩單片機的查詢信號更簡單，只要Ul_L查詢U2_H是否可以接收數(shù)據(jù)的信號就可以，U2_H無需查詢U1_L的查詢信號。



2.2 雙向傳送

雙向傳送就是通信口可以同時接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流是雙向的，Ul_L和U2_H既接收數(shù)據(jù)也發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方式軟件編程比較復(fù)雜，特別是雙向傳送數(shù)據(jù)采用查詢方式時。單片機之間的查詢信號就更加復(fù)雜了?，F(xiàn)以雙向查詢方式為例，兩單片機之間數(shù)據(jù)傳送的流程圖如圖4所示，U2_H的流程與U1_L一樣。其中U1_L向U2_H傳送數(shù)據(jù)時的查詢信號與單向傳送的定義一樣，U2_H的P2．3作為向U1_L傳送新數(shù)據(jù)的查詢信號(U1_L的P2．4)，P2．3=“0”表示有新的數(shù)據(jù)，P2．3=“l(fā)”表示沒有新的數(shù)據(jù)；Ul_L的P2．3作為接收U2_H數(shù)據(jù)的查詢信號(U2_H的P2．4)，P2．3=“O”表示可以接收新的數(shù)據(jù)，P2．3=“1”表示不能接收新的數(shù)據(jù)。如果采用中斷方式，查詢信號可以減少，編程可以簡化。



2.3 應(yīng)用時的注意事項

兩個單片機之間的握手方式如果采用中斷，由于U2_H向外部發(fā)送數(shù)據(jù)比U1_L接收外部數(shù)據(jù)快，Ul_L向U2_H傳送數(shù)據(jù)時，無需考慮U2_H的狀態(tài)，而U2_H向U1_L傳送數(shù)據(jù)時，由于U2_H接收外部數(shù)據(jù)比U1_L向外部發(fā)送數(shù)據(jù)快，U2_H必須查詢Ul_L的狀態(tài)，即U1_L是否處于接收U2_H數(shù)據(jù)的狀態(tài)，否則，U2_H就不能向Ul_L傳送數(shù)據(jù)。

若作為RS_485通信接口使用，只需對圖2中的電路稍做改動，增加對75176芯片的讀寫控制，同時兩個單片機中與主通信設(shè)備相連的單片機作為主機，通過P2口的一位來協(xié)調(diào)兩個單片機是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)。

值得注意的是，該波特率變換器在不同的應(yīng)用中會受到一定的限制，在使用時要注意下面幾點：

①波特率很高時，要考慮單片機串行口能否實現(xiàn)；

②從波特率高的向波特率低的變換時，要考慮波特率低的單片機能否實現(xiàn)不丟數(shù)據(jù)的發(fā)送；

③當(dāng)雙向變換時，既要考慮上述情況，還有考慮程序的大小，以及執(zhí)行時間對雙向傳送數(shù)據(jù)的影響，計算兩個單片機能否實現(xiàn)不丟數(shù)據(jù)的變換，在時間上要留有余量；

④在查詢時，要注意握手信號的關(guān)系，不要對同一數(shù)據(jù)產(chǎn)生重復(fù)讀取，以至于數(shù)據(jù)重復(fù)；

⑤波特率不同時，單片機可以選用不同的晶振頻率。

2.4 實例及源程序

在實際使用中若碰到如圖1所示的情況，需要波特率變換器將坡特率為172.8kbps的通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成波特率為115.2kbps，再向上位機傳送。實際使用的電路如圖2所示。在該實例中，為了防止局部時刻接收數(shù)據(jù)比發(fā)送快而丟失數(shù)據(jù)，再U2_H單片機的程序中，加入了8個數(shù)據(jù)區(qū)作為接收數(shù)據(jù)存放緩沖區(qū)。

3 結(jié)論

通過長時間的通信實驗和實際應(yīng)用，設(shè)計的波特率變換器方案可行，通信可靠，沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。在一些系統(tǒng)中，由于通信波特率特殊，在設(shè)備之間通信存在波特率不匹配時，通過波特率變換器，可以實現(xiàn)不同波特率設(shè)備之間的通信。通過更改單片機的晶頻振率，可以滿足各種波特率（在單片機允許的范圍內(nèi)）的轉(zhuǎn)換。