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2—计算机与单片机多机串口通信的设计
基于USB接口实现计算机与多个单片机串行通信
郑勇第一作者简介:
郑勇(1970-),男,河北省泊头市人,副教授,主要从事自动化技术与计算机应用方面的教学与科研工作。
,曾水平1,关晓菡2,翟维枫1
( 1 北方工业大学 机电工程学院 北京 100144; 2 北方工业大学 信息工程学院 北京 100144)
摘要:本文给出了一种计算机通过USB接口与多单片机串行通信的实现方法,从硬件和软件两方面做了详细阐述。系统由以高集成度的C8051F020 MCU为核心设计的多块硬件板卡和上位机软件组成,上位机软件可分为VB/VC与组态王两种,根据制定的通信协议,数据采集板和计算机之间采用USB转串口芯片CP2102通信,连接方便,可以构成功能完善的数据采集与控制平台。
关键词:USB;CP2102;C8051F020;多机通信
1 引言
目前很多分布式测控系统是由PC机与多个单片机控制装置组成,单片机采集现场的数据和状态通过串行口传送到PC机进行分析、存储与显示,PC机的控制指令通过串行口传到单片机,以控制设备的运转。
我们开发的单片机的控制装置以C8051F020为核心,扩展有2路DA,8路AD,通过P1、P2口扩展16路DI输入,通过P6口扩展8路DO输出,P5口连接8位拨码开关用于地址设定,单片机和计算机之间采用USB转串口芯片CP2102实现通信,并可方便地改装成RS485通信,通过制定相应的通信协议,上位机最多可与256个单片机进行通信,上位机软件包是基于VB/VC或组态王软件开发的,配合相应的扩展电路可应用于信号采集、过程控制、机械自动化等诸多领域。
2 硬件电路设计
2.1微控制器的选择及电路设计
下位机的微控制器采用美国Silicon Laboratories公司的C8051F020,此单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SOC),具有与MCS-51完全兼容的指令内核,具有高速、流水线结构,可达25MIPS。具有全速、非侵入式的系统调试接口,方便程序的下载、调试;具有真正12位、100ksps的8通道ADC,带PGA和模拟多路开关,可以满足数据采集卡模数转换的需要;两个12 位DAC,具有可编程数据更新方式,可以满足数据采集卡数模转换的需要;足够多的通用IO口,可以扩展数字量输入输出;64K字节可在系统编程的FLASH存储器,以及4352字节的片内RAM,足可满足软件编程需要;两个UART串行接口方便单片机和计算机的通讯。图1为CPU电路图,其中P5口连接8位拨码开关用于板卡地址设定。
图1 CPU电路设计
2.2 USB接口电路设计
USB通讯电路芯片选用美国Silicon公司的USB-UART桥接电路芯片CP2102,该电路的集成度高,内置USB2.0全速功能控制器、USB收发器,振荡器和带有全部的调制解调器控制信号的异步串行数据总线(UART),全部功能集成在一个5mm×5mm MLP-28封装的IC中,无需其他的外部USB元件,外围电路设计简单,使用方便。在程序编写上完全可以把USB接口作为一个串口来使用,从而简化编程。如图2电路所示,可以简单地通过SS34二极管将多个单片机同时连接到1个CP2102,再与计算机的USB口连接,以轮询的方式组成1对多通信网络,与此类似,该系统也可方便地转为RS-485通信的方式以加大信号传输距离。
图2 USB硬件电路
3 单片机与VB/VC应用软件实现通信
3.1 单片机与VB/VC应用软件通信协议设计
系统采用串行通信,115200bps,8位数据位,1位停止位,无奇偶校验位,通信协议见表1。
表1 单片机与VB/VC应用软件通信协议
指令字节1字节2字节3字节4回复DA0输出(需回执模拟量输出)ADDR000XXX01DA1输出(需回执模拟量输出)ADDR010XXX01AD(模拟量输入)ADDR02任意通道号00-070X XXDO(需回执P6口数字量输出)ADDR03任意XX01DI (P1口数字量输入)ADDR04任意任意XX(P1口状态)DI (P2口数字量输入)ADDR05任意任意XX(P2口状态)DI (P6口数字量输入)ADDR06任意任意XX(P6口状态)注:XX代表十六进制数据00-FF
3.2 单片机与VB/VC应用软件通信程序设计
程序采用C51语言进行设计,以循环的方式接收串口数据,协议的处理采用查询模式,根据指令不同作出不同的处理并回复。
//ADDR Setting
#define A0 (P50x01)
#define A1 (P50x02)
#defi
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