基于uar的pc14工控機串口通信的設(shè)計

基于uar的pc14工控機串口通信的設(shè)計

0pc104研究意義pc104嵌入式微型計算機采用青石技術(shù)、大規(guī)模集成技術(shù)和表面密封（smt）技術(shù)，體積更小，功能更低。PC104有如下特點:(1)結(jié)構(gòu)小巧緊湊。PC104廢除了母板結(jié)構(gòu),采用僅有迭接插針構(gòu)成母線的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),連接之后在各模板之間增加支柱級聯(lián)固定,構(gòu)成穩(wěn)定整體。(2)全部使用CMOS器件,使整機功耗更低。(3)總線易于擴充。PC104模板具有橫向的總線信號引出插針,便于使用原PC機的XT/AT總線進行擴充。(4)CPU板的并行口和串行口得到強化。并行口的數(shù)據(jù)線為雙向口,控制線為準(zhǔn)雙向口,使用靈活,可以定義為標(biāo)準(zhǔn)PC機打印口或其它I/O口。串行口可以作為標(biāo)準(zhǔn)PC的COM1通信口或擴展為控制臺串行口,用于鍵盤輸入和顯示終端輸出或計算機之間的串行輸入/輸出口。(5)PC104提供與CPU板迭接的MDA、CGA、EGA、VGA等顯示控制板,各自向下兼容。鑒于PC104以上的特點,開發(fā)以PC104為工作平臺的野外現(xiàn)場儀器是一個非常理想的方案,因此作者開發(fā)了適合于串口采集的多道脈沖幅度分析器(以下簡稱MCA)的軟件,并對串行通信作了研究。串行通信是在實際應(yīng)用程序中最常遇到的問題,特別是在控制工程,數(shù)據(jù)采集和集散系統(tǒng)中尤為常用。串行通訊是利用微機的RS-232串行接口,把微機同其它外部設(shè)備或智能儀器相連,相互進行交換的一種手段。一般有中斷和查詢兩種通訊方式,作者在本文討論的是以中斷方式接收數(shù)據(jù)。1pc104工業(yè)控制系統(tǒng)的遠(yuǎn)程通信分析和使用PC104工控機異步通信適配器是工控機與微機、MODEM、外設(shè)之間異步通訊的接口,該適配器采用UART(通信異步收\發(fā)器)。1.1uart芯片的控制模塊UART芯片的信號線基本上分為兩大類,即與CPU系統(tǒng)總線相連的信號和與通信設(shè)備連接的的信號。八根并行數(shù)據(jù)線D0～D7完成CPU與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)傳送;電平轉(zhuǎn)換器完成電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換;地址譯碼與控制邏輯完成對UART芯片的控制并產(chǎn)生串口的有效地址。另外,UART異步通信適配器是不能以DMA方式傳送數(shù)據(jù)的。1.2市售crdr和brds之間的片位信息PC104工控機系統(tǒng)只分配了七個I/O端口地址進行訪問,因此其中必有兩個端口地址為兩個寄存器共用。為此,UART內(nèi)部結(jié)構(gòu)已指定:(1)發(fā)送保持寄存器(THR)和接收數(shù)據(jù)寄存器(RDR)共用一個端口地址,而且UART芯片的最低地址號,以“寫”訪問THR,以“讀”訪問RDR,以示區(qū)別。(2)波特率除數(shù)寄存器(BRD)的除數(shù)值是16位,分高、低兩個字節(jié)存放,它的低字節(jié)BRDL寄存器所使用的端口地址與前面的THR寄存器和RDR寄存器的端口地址相重。為了便于識別,專門在通信線路控制器(LCR)中設(shè)置了一個除數(shù)寄存器訪問允許位DLAB(D7位),當(dāng)要訪問波特率除數(shù)寄存器時,必須使DLAB置為1(D7=1)。若訪問THR和RDR寄存器時,則必須使DLAB為0(D7=0)。1.2.1對lsr的驅(qū)動發(fā)送時,CPU將待發(fā)送的字符寫到UART的發(fā)送保持寄存器THR,然后再送發(fā)送移位寄存器,在發(fā)送時鐘的作用下,從SOUT引腳輸出。一旦THR的內(nèi)容發(fā)送移位寄存器(TSR)后,THR變空,并使通信線路狀態(tài)寄存器LSR的D5位置“1”,以此產(chǎn)生中斷請求,要求CPU發(fā)送下一個字符。當(dāng)CPU向THR寫入一個字符后,D5位又置“0”。如此重復(fù),直到全部數(shù)據(jù)發(fā)送完畢?？傊?利用LSR的D5位指示THR是否變空,只有當(dāng)D5=1,即THR變空時,才能向THR寫數(shù)據(jù)。接收時,串行數(shù)據(jù)在接收時鐘作用下,從SIN引腳先輸入到接收移位寄存器(RSR),然后由RSR并行送到接收數(shù)據(jù)寄存器RDR,一旦RDR變滿,就使LSR的D0位置“1”,產(chǎn)生中斷請求,要求CPU讀取數(shù)據(jù)字符。CPU從RDR讀取一個字符后,D0置“0”。如此重復(fù),直到全部數(shù)據(jù)接收完畢?？傊?利用LSR的D0位指示RDR是否變滿,只有當(dāng)D0=1,即RDR變滿時,才能從RDR讀數(shù)據(jù)。1.2.2中斷源未被完全處理的中斷UART具有很強的中斷管理能力,內(nèi)部設(shè)有四個中斷優(yōu)先級(PC16550內(nèi)部有五個優(yōu)先級),它們的優(yōu)先順序是:接收數(shù)據(jù)出錯中斷,接收數(shù)據(jù)寄存器滿中斷,(接收FIFO字符超時中斷),發(fā)送保持寄存器空中斷,以及來自MODEM的控制信號狀態(tài)改變的中斷。為了具體識別究竟是哪種事件引起的中斷(即中斷源),UART內(nèi)部設(shè)置了中斷識別寄存器IIR。它保存著正在請求中斷的中斷類型編碼。IIR是只讀寄存器,它的內(nèi)容隨中斷源而改變。中斷源提出的中斷請求被允許還是被禁止,由中斷允許寄存器IER控制,只要相應(yīng)位寫“1”就允許中斷請求,寫“0”就禁止中斷請求。在編寫中斷處理程序時應(yīng)注意,若同一時間內(nèi)允許有一個以上中斷請求,則在處理完高一級的中斷之后,中斷返回之前一定要檢查中斷識別寄存器IIR的D0位IP是否為0,即是否尚有未被處理的中斷源,否則,會造成某些中斷未被處理。通信適配器的中斷允許控制除了INS8250的IER之外,還使用INS8250的OUT2引腳控制INTRPT是否送往CPU,因此,OUT2作為異步適配器中斷允許總控制信號。1.2.3除數(shù)鎖存器lsr(1)通信線路控制寄存器(LCR)主要用來指定異步通信數(shù)據(jù)格式,同時它的最高位DLAB用來指定允許訪問除數(shù)鎖存器。它的內(nèi)容不僅可以寫入而且還是可讀的。(2)通信線路狀態(tài)寄存器(LSR)用來向CPU提供數(shù)據(jù)接收和發(fā)送過程中產(chǎn)生的狀態(tài)。這些狀態(tài)可以被CPU用查詢方式獲得,也可讓它們以中斷請求的方式主動向CPU報告。LSR可讀可寫(除位6外),寫LSR是為了人為地設(shè)置某些錯誤狀態(tài),供系統(tǒng)自檢時使用。2a/s1654作者研究了PC104串口MCA,其結(jié)構(gòu)如圖2所示。A/D轉(zhuǎn)換采用高速模/數(shù)轉(zhuǎn)換器件A/D1674,該器件轉(zhuǎn)換速度為8μs,并自動提供轉(zhuǎn)換結(jié)束信號。轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)經(jīng)鎖存器傳送到6264中保存起來,以確保向串口及時地提供數(shù)據(jù)。單片機協(xié)調(diào)各個芯片正常工作。MAX232起電平匹配作用,已使MCA可直接向計算機傳送數(shù)據(jù)。3譜線分析與中斷軟件共分四個模塊:文件操作、設(shè)置操作、譜線操作、譜線分析。文件操作完成譜數(shù)據(jù)的存取和打開;設(shè)置操作完成測量時間的設(shè)置和死時間的顯示等功能;譜線操作完成譜線的擴展、移動等功能;譜線分析完成核素含量的計算等功能。使用COM1進行通信時,COM1產(chǎn)生的硬件中斷信號為IRQ4,對應(yīng)的中斷向量為0CH,因而要開放這個中斷。這個過程在enableports中完成,中斷服務(wù)程序由函數(shù)voidinterruptfarasyncint(void)完成,主要是從數(shù)據(jù)端口3F8H中讀入相應(yīng)的數(shù)據(jù),關(guān)閉這個中斷則由disableports()完成,程序中voidInit()是對COM串行口的有關(guān)數(shù)據(jù)進行初始化。4常、準(zhǔn)確、準(zhǔn)確用以上程序便可實現(xiàn)兩臺386微機之間的數(shù)據(jù)通訊,通過測試,通訊正常、準(zhǔn)確。為了把該程序