不利用接口芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)通信的兩種方法

不利用接口芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)通信的兩種方法不利用接口芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)通信的兩種方法 摘要：本文介紹了兩種不利用接口芯片實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與PC機(jī)通信的方法，闡述了它們的工作原理與實(shí)現(xiàn)過程。 關(guān)鍵詞：串行通訊，鍵盤接口，異步半雙工 在工控系統(tǒng)中，經(jīng)常遇到單片機(jī)系統(tǒng)與PC機(jī)進(jìn)行通信的問題。一般單片機(jī)都提供有UART接口，而普通PC機(jī)也都有12個(gè)RS-232口，所以，實(shí)際近距離通信時(shí)經(jīng)常使用RS-232口進(jìn)行單片機(jī)與計(jì)算機(jī)之間的通信。 RS-232標(biāo)準(zhǔn)是廣泛使用的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，但使用的電平與TTL和MOS電平完全不同，因此，需要使用接口電路來實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的TTL電平或MOS電平與RS-232電平之間的轉(zhuǎn)換。目前已有現(xiàn)成的接口芯片可供選用，價(jià)格低一些的如MC1488（將TTL電平轉(zhuǎn)換為 RS-232C標(biāo)準(zhǔn)電平）和MC1489（將 RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平轉(zhuǎn)換為TTL電平），但需要12V的供電電壓。另外，也有許多使用單一的+5V電源供電的芯片可選擇，如MAX2003，但此類芯片價(jià)格不菲，且需要若干外圍元件。 這里，我介紹兩種全新的通信方法，因?yàn)樵趯?duì)體積和成本有較嚴(yán)格的要求時(shí)，利用機(jī)器本身的現(xiàn)有資源，進(jìn)一步簡(jiǎn)化接口有非常重要的作用。 1 鍵盤接口 鍵盤接口是PC機(jī)的固有接口。但在很多工控系統(tǒng)中，PC機(jī)的鍵盤接口常處于空閑狀態(tài)，浪費(fèi)了系統(tǒng)資源。以鍵盤接口作為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)與PC機(jī)通信接口，具有以下優(yōu)點(diǎn)：a）鍵盤接口的電氣標(biāo)準(zhǔn)能滿足TTL電平的傳送要求，不需要電平轉(zhuǎn)換。b）PC機(jī)的操作系統(tǒng)能夠解釋單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過鍵盤接口傳送來的數(shù)據(jù)，免除了編寫串行數(shù)據(jù)接收程序的工作。c）PC機(jī)能夠提供+5V電源。 1 1 鍵盤與PC機(jī)通信原理： PC機(jī)鍵盤分為PC/XT、PC/AT和PS/2三種類型。PC/XT和PC/AT鍵盤通過一個(gè)6針DIN插頭與PC機(jī)相連。三種接口結(jié)構(gòu)類似，在通信時(shí)有效的接口引腳都為4個(gè)：a) 鍵盤時(shí)鐘 ； b) 鍵盤數(shù)據(jù) ； c) 地 ；d) +5V電源。 在鍵盤與PC機(jī)通信中，采用AT協(xié)議的傳輸模式，鍵盤能接收來自AT- PS/2兼容PC機(jī)的指令和向PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)楨長度為11位，由起始位（低電平）、8位數(shù)據(jù)（低位在前，高位在后）、奇偶校驗(yàn)位（奇校驗(yàn)）和停止位（高電平）組成。 12 通信的實(shí)現(xiàn)： 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過鍵盤接口與PC機(jī)通信必須嚴(yán)格按照鍵盤與PC機(jī)通信的時(shí)序要求并且按照命令字進(jìn)行應(yīng)答。鍵盤與PC機(jī)通信命令字很多，這里僅介紹與單片機(jī)系統(tǒng)和PC機(jī)通信有關(guān)的命令字。表1為PC機(jī)和鍵盤發(fā)送的命令字及其16進(jìn)制值。當(dāng)系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通過鍵盤接口發(fā)送0AAH，模擬鍵盤自檢完成信息。之后，單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)檢測(cè)鍵盤接口數(shù)據(jù)線上電平，若數(shù)據(jù)線電平被PC機(jī)拉低，單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài)。當(dāng)單片機(jī)系統(tǒng)要發(fā)送數(shù)據(jù)或命令時(shí)，PC機(jī)操作系統(tǒng)能識(shí)別這些鍵盤命令并 PC機(jī)發(fā)送的命令字 16進(jìn)制值 鍵盤發(fā)送的命令字 16進(jìn)制值 置位/復(fù)位方式指示 ECHO 允許 重新發(fā)送 復(fù)位 ED EE F4 FE FE 自檢完成碼 自檢錯(cuò)誤碼 ECHO 確認(rèn) 重新發(fā)送 AA FC EE FA FE 表1 ： PC機(jī)和鍵盤發(fā)送的命令字及其16進(jìn)制值 進(jìn)行相應(yīng)的操作。在PC機(jī)端通信程序中，根據(jù)接收到的字符串執(zhí)行相應(yīng)的操作，這樣就省去了編寫將PC機(jī)端接收到的二進(jìn)制流解釋為相應(yīng)字符的程序。 2 簡(jiǎn)化接口電路 除利用機(jī)器本身的現(xiàn)有資源，筆者還設(shè)計(jì)了一種較簡(jiǎn)單的接口電路，如圖2所示。在電路中，PC機(jī)的RXD上的邏輯高電平（小于-3V）是以“偷電”的方式從本身的TXD端獲得。 21 工作原理： PC機(jī)TXD端的邏輯電平經(jīng)T1后變?yōu)門TL 電平或MOS電平。在單片機(jī)TXD端為邏輯低電平時(shí)，光耦的發(fā)光二極管發(fā)光，使得晶體管導(dǎo)通。其集電極的Vcc（一般為+5V）加在PC機(jī)的RXD端；而在單片機(jī)TXD端為邏輯高電平時(shí)，光耦的發(fā)光二極管不發(fā)光，晶體管截止。由于PC機(jī)的TXD端在空閑時(shí)處于邏輯高電平（小于-3V），因此，這個(gè)電平便通過電阻R4加到其RXD端。這樣，便實(shí)現(xiàn)了TTL電平或MOS電平到RS-232電平的轉(zhuǎn)換。 由于PC機(jī)的RXD和TXD端通過電阻接到了一起，會(huì)出現(xiàn)PC機(jī)自發(fā)自收的情況，這可以在軟件中加以處理。 22 電阻值的確定： R1和R2的取值范圍較大，一般只要使得T1正常工作在開關(guān)狀態(tài)下即可。R3=(Vcc-Vf-Vcs)/If ，其中Vcc是工作電源電壓，Vf是光耦的發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降（一般為1.1V），Vcs是單片機(jī)TXD端的低電平電壓（0.2V），If是發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的正常工作電流（10mA）。R4的取值受多種因素的影響，其中包括：光耦中晶體管的特性、R2的值、二極管D的特性、PC機(jī)RXD端的輸入電阻和輸入電平、TXD端的輸出電阻和輸出電平等。 不同種類的PC機(jī)由于主板設(shè)計(jì)的不同，其RS-232的特性也有差異，特別是RXD端的輸入電阻和TXD端的輸出電阻也相差甚遠(yuǎn)。筆者在各種常見品牌的數(shù)臺(tái)計(jì)算機(jī)上進(jìn)行了測(cè)試，得到了可以在各種計(jì)算機(jī)上可正常使用的R4值：15k。 3 結(jié)束語 在單片機(jī)和PC機(jī)的通信方法中，除接口芯片外，本文又為大家提供了兩種全新的通信 方法，具有成本低、占用印刷版面積小的優(yōu)點(diǎn)。且兩種方法在實(shí)際工作中都得到了較好的驗(yàn)證，從而證明了本設(shè)計(jì)開發(fā)的