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标题: 单片机与PC通信的简化接口 [打印本页]

作者: liyf    时间: 2012-1-27 19:46
标题: 单片机与PC通信的简化接口

  
         
    摘要:给出了一种单片同与PC进行通信的低成本接口的设计方法,并给出了其中的关键参数,通过在实践中检验证明:该接口在对成本和体积有严格要求的系统中有着广泛的应用。
    关键词:单片机 PC 接口 通信
在单片机系统的设计中,经常遇到需要与PC进行通信的问题。一般单片机都提供有UART接口,而普通PC机也都有1~2个RS-232口,所以,实际使用时经常用RS-232进行单片机与计算机间的通信。在近距离通信中,以零调制三线经济型使用最为广泛。
RS-232标准是广泛使用的串行通信标准,但使用的电平与TTL和MOS电平完全不同,逻辑“0”至少为+3V,逻辑“1”至少为-3V,而单片机系统则使用TTL电平或MOS电平。因此,需要使用接口电路来实现TTL电平或MOS电平与RS-232电平之间的转换。目前已有现成的接口芯片可供选用,价格低一些的如MC地488(将TTL电平转换为RS-232C标准电平)和MC1489(将RS-232标准电平转换为TTL电平),但MC1488需要±12V的供电电压。另外,也有许多使用单一的+5V供电芯片可供选择,如MAX2003,但此类芯睡价格不菲,且需要若干外围元件。在对体积和成本有较严格的要求时,进一步简化接口电路很有必要。
1 一种简单的接口电路
实用中,单片机与PC的通信通常采用半双工通信,这时,可以采用一种较简单的接口电路(如图1所示)。在这种电路中,PC机的RXD上的逻辑高电平(小于-3V)是以“偷电”的方式从本身的TXD端获得。这种电路的工作原理如下:


PC机TXD端的逻辑电平经T1后变为TTL电平或MOS电平。在单片机TXD端为逻辑低电平时,光耦的发光二极管发光,使得晶体管导通。其集电极的VCC(一般为+5V)加在PC机的RXD端;而在单片机TXD端为逻辑高电平时,光耦的发光二极管不发光,晶体管截止。由于PC机的TXD端在空闲时处于逻辑高电平(小于-3V),因此,这个电平便通过电阻R4加到其RXD端。这样,便实现了TTL电平或MOS电平到RS-232电平的转换。但需要注意的是,由于PC机的RXD和RXD端通过电阻接到了一起,因此有时会出现PC机自发自收的情况,这一点需要在编程时加以处理。
2 电阻值的确定
图1电路中,R1、R2的取值范围较大,一般只要使得T1正常工作在开关状态下即可。R3的取值可按下式进行计算:
R3=(Vcc-VF-Vcs)/IF
其中Vcc是工作电源电压,Vcs是单片机TXD端的低电平电压(一般取0.2V),VF是光耦中的发光二极管导通时的正向压降(一般为1.1V左右),IF是其正常工作电流(一般为10mA)。
R4取值的合适与否是本电路的关键。取值过小,可能会在单片机发送逻辑低电平时,使PC机的RXD端电平受自身TXD端的影响太大而导致电压过低,从而达不到逻辑低电平的要求而不能正确接收;取值过大,则会在单片机发送逻辑高电平时,PC机RXD端受其输入电阻的影响而不能将自身TXD端的逻辑电平正确传送过来,这样也不能正确接收。实际上,R4的取值受多种因素的影响,其中包括:光耦中晶体管的特性、R2的值、二极管D的特性、PC机RXD端的输入电阻和输入电平、TXD端的输出电阻和输出电平等。而这些因素中,尤以后两乾的影响为甚。
在PC机系统中,异步通信适配器以INS8250通讯芯片为核心,再配以可进行电平转换的发送器和接收器电路而组成的。不同种类的PC机由于主板设计的不同,其RS-232的特性也有差异,特别是RXD端的输入电阻和TXD端的输出电阻相去甚远。因此,若要用计算的方法得到R4的取值,需要了解各种主板的电路设计,这样非常麻烦。但是对各种常见品牌计算机的RS-232口的特性进行测试却是相对简便的。笔者在各种常见品牌的近百台计算机上进行了测试,得到了可以在各种计算机上可正常使用的R4值,具体取值如表1所列。

表1 PC与单片机通信情况和R4值的关系
[table]


机   型[/td]
联想500[/td]
同创100[/td]
东海550[/td]
兼容机300[/td]
PHILIPS350[/td][/tr]

R4值[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td][/tr]

5.6kΩ[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td][/tr]

10kΩ[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td][/tr]

11kΩ[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td][/tr]

12.2kΩ[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td][/tr]

15.6kΩ[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td][/tr]

20kΩ[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td][/tr]

21kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

22kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

30kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

56kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

77kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

100kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

131kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

150kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

200kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

240kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

280kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    0[/td]
1    1    1 [/td]
1    1    1[/td][/tr]

300kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    1[/td][/tr]

开路[/td]
0    1    1[/td]
0    1    0[/td]
0    1    0[/td]
0    1    0[/td]
0    1    0[/td][/tr]
作者: robter    时间: 2013-1-25 08:01
很好,正在学习,谢谢楼主
作者: 俏皮女王    时间: 2014-7-25 16:59
学习学习!




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