第１期 电光系统 Ｎｏ．１ ２０１０年ｏ３月 Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏ－ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ Ｍａｌ＂．２Ｏ１０ 基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ和ＴＬ１６Ｃ７５４的异步通信串１３扩展及实现 周军华，韩树科，宋建云，王 艺，谢安 中国电子科技集团公司第二十七研究所，郑州４５００４７ 摘要：文章介绍了基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ单片机和ＴＬ１６Ｃ７５４异步通信芯片实现异步通信串口扩展的整体方 案。该系统主要由ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ单片机、ＴＬ１６Ｃ７５４及ＳＮ５４ＬＳ２４５驱动芯片构成，通过开展相应的试验，证 明了该处理方案的有效性，并在某工程项目中应用。 关键词：ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ；ＴＬ１６Ｃ７５４；异步通信；串口扩展 中图分类号：ＴＮ９１５．９ 文献标识码：Ａ Ｅｘｐａｎｄｉｎｇ ａｎｄ Ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ＳｅｒｉａＩ ＰＯｒｔ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ ａｎｄ ＴＬ１６Ｃ７５４ ＺＨＯＵ Ｊｕｎ－ｈｕａ。ＨＡＮ Ｓｈｕ－ｋｅ，Ｓ０ＮＧ Ｊｉａｎ．ｙｕｎ，ＷＡＮＧ Ｙｉ，ＸＩＥ Ａｎ ｆ ｅ ２７ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｃｈｉｎａ Ｅｆｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ。Ｚｂｅｎｇｚｈｏｕ ，Ｄ０４７。Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｓｃｈｅｍｅ ｏｆ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ ａｎｄ ＴＬ１６Ｃ７５４ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｉｔｈ ｗｈｉｃｈ ｔｈｅ ｅｘ— ｐａｎｄｅｄ ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｅｒｉａｌ ｐｏｒｔ ｉｓ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ ａ ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ，ａ ＴＬ１６Ｃ７５４ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａ ＳＮ５４ Ｌ：Ｓ２４５ ｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｉｓ ｓｃｈｅｍｅ ｈａｓ ｂｅｅｎ ｐｒｏｖｅｄ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｌｙ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｈａｓ ｂｅｅｎ ａｐｐｌｉｅｄ ｉｎ ａｎ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ｐｒｏｊｅｃｔ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ；ＴＬ１６Ｃ７５４；Ａｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；Ｓｅｒｉａｌ－ｐｏｒｔ Ｅｘｐａｎｄｅｄ 时器（Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ Ｓｔａｒｔ—ｕｐ Ｔｉｍｅｒ，ＯＳＣ），除了一个 １引言 看门狗定时器之外，另外还有３个定时器及２个 ＣＣＰ模块，输出具有较强的驱动能力，程序存储器 在工程实践中，主机与外设之间有许多采用 最多可到８ Ｋ的字（１４位宽），数据存储器（ＲＡＭ） 串口进行通信的实例。当与主机连接的外设较多 最多到３６８的字节（８位）以及２５６字节的数据存 时，就需要进行串口扩展，对主机与外设之间的数 储器，除了部分程序分支（Ｂｒａｎｃｈ）的指令需要两 据通讯进行管理，根据通信协议分发相关信息给 个指令周期外，所有的指令执行时间都只需要一 主机或外设。本文介绍的内容正是基于这样的应 个指令周期，支持中断处理（１４个中断源）。 用背景进行的，它同时减轻了主机和外设对数据 ２．２ ＴＬ１６Ｃ７５４介绍 处理的负担，实现了串口服务的功能。 ＴＬ１６Ｃ７５４由四个带有逻辑控制的异步通信 单元组成，每个通道相对独立，可单独控制；具有 ２硬件简介 可编程的波特率发生器，在５ Ｖ工作电压下，最高 可达３ Ｍｂｐｓ． ２．１ ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ介绍 可选择ＤＭＡ模式或ＦＩＦＯ模式，在ＦＩＦＯ模式 ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ是Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司生产的使用高 下，每个ＡＣＥ发送器和接收器均带有６４字节的 性能ＲＩＳＣ ＣＰＵ核心的微处理器，其工作频率范围 ＦＩＦＯ缓冲，通过ＣＰＵ设置合适的触发层级，可减 为ＤＣ一２０ ＭＨｚ，内置ＰＯＲ（Ｐｏｗｅｒ—ｏｎ Ｒｅｓｅｔ）和 少ＣＰＵ的中断次数，具有可编程的串行数据格式： ＢＯＲ（Ｂｒｏｗｎ—ｏｕｔ Ｒｅｓｅｔ）两种复位功能和上电延时 数据长度可设为５，６，７或８ ｂｉｔ，停止位长度可为 定时器（Ｐｏｗｅｒ—ｕｐ Ｔｉｍｅｒ，ＰＷＲＴ），振荡器起振定 ｌ，１．５或２ ｂｉｔ，校验模式可以是奇校验、偶校验，也 作者简介：周军华（１９８１一），男，助理工程师，毕业于西安电子科技大学技术物理学院，研究方向：系统工程。 总第１３１期 周军华，等：基于ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ和ＴＬ１６Ｃ７５４的异步通信串口扩展及实现４３ 可以无校验。 图１ ＴＬ１６Ｃ７５４功能模块图 ２．２．１主要引脚功能及工作原理 Ａ０一Ａ２：连接地址线的低３位，与读、写模式， ＬＣＲ的ＤＬＡＢ位及其它相关寄存器状态位一起构 成ＴＬ１６Ｃ７５４的片内寄存器的选择信号，其可选择 寄存器如表１所示。 表１ ＴＬ１６Ｃ７５４寄存器地址列表 Ｄ０一Ｄ７：数据总线，用于ＴＬ１６Ｃ７５４与ＣＰＵ之 间的数据，控制和状态信息提供双向路径，Ｄ０为 最低有效位； ＣＳＡ—ＣＳＤ：片选端，每个片选端（ＣＳＸ）是能 相应通道的读写操作； ＴＸＡ—ＴＸＤ：分别为４个通道的串行数据输 出端； ＲＸＡ—ＲＸＤ：分别为４个通道的串行数据输 入端； ＩＮＴＡ—ＩＮＴＤ：４个串行口中断输出，将中断信 号送往ＣＰＵ． ＴＬ１６Ｃ７５４与ＣＰＵ之间通信是通过Ｄ０一Ｄ７ 这８个数据端口并行传输，ＴＬ１６Ｃ７５４与外设之间 通信是通过ＴＸＡ—ＴＸＤ与ＲＸＡ—ＲＸＤ这８个数 据端口分别串行输出与串行输入。 ３总体设计 ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ，ＴＬ１６Ｃ７５４，ＳＮ５４ＬＳ２４５，主机及 外设的组成如图２所示。本设计方案可实现四路 串口扩展，支持高达２．５ Ｍｂｐｓ的波特率，可实现高 速通信。 ＨＣ１６／７８７７Ａ ｇＮ５４ＬＳ２４５ ＴＬ１６（７７５４ ， 图２系统主机及串口扩展框图 ＲＥ０一ＲＥ２连接Ａ２一Ａ０地址端，结合对 ＴＬ１６Ｃ７５４的读、写及ＬＣＲ的ＢＩ１＿７用于选择 ＴＬ１６Ｃ７５４内置的各个寄存器，根据需要对其进行 配置。ＲＡ０一ＲＡ２连接ＣＳＡ—ＣＳＤ，ＣＰＵ根据约定 的协议或者中断信号源选择相应的通道，发送或 者接收相应通道的数据，并对这些数据进行处理。 ＲＢ４一ＲＢ７连接ＩＮＴＡ—ＩＮＴＤ，ＴＬ１６Ｃ７５４产生 ＦＩＦＯ接收数据有效中断、超时中断、接收器线路状 态中断、发送器保持寄存器空中断等中断时，将中 断信号发给ＣＰＵ，ＣＰＵ收到中断信号后，进入相应 电光系统 第１期 的中断处理程序。ＲＣ０一ＲＣ２分别连接ｌＯＷ，ＩＯＲ 及ＲＥＳＥＴ，由ＣＰＵ控制所选ＴＬ１６Ｃ７５４通道的写 操作、读操作及内部寄存器复位操作。在作为一 般的ｌ／Ｏ端口时，ＰＩＣ１６Ｆ８７７Ａ的ＰＯＲＴＤ口为施 密特触发缓冲器，因此，进行数据传输时在ＲＤ０一 ＲＤ７与Ｄ７一Ｄｏ端口之间加一双向信号驱动芯片 ＳＮ５４ＬＳ２４５，以保证数据传输的正确性、完整性，对 于ＳＮ５４ＬＳ２４５来说，ＯＥ为使能端，当ＤＩＲ为高时， 数据由Ａ流向Ｂ；为低时，数据由Ｂ流向Ａ．本方 案中使扩展串口的Ａ通道与主机通信，Ｂ，ｃ，Ｄ通 道分别与外设通信，各个通道的参数可单独设置。 ４软件设计 为保证通信的实时性，在程序处理中我们采 用了中断方式。因此，软件设计主要包括主程序 和中断服务程序两部分，在主程序中主要完成了 一图３程序流程 些参数的初始化设置，包括对单片机的初始设 置，打开或关闭单片机中断，对ＴＬ１６Ｃ７５４内部寄 ５结束语 本方案保证了主机与外设之间数据通信的实 时性、正确性，能保证在高波特率的条件下实现串 口的扩展，对数据进行有效管理，大大降低了主机 与外设的数据处理负担。其已应用于某工程项目 的通信处理中，运行中效果良好。 参考文献 ［１］何信龙，李雪银，编著．把ＰＩＣ１６Ｆ８７Ｘ快速上手［Ｍ］．北 京：清华大学出版社，２００２． ［２］．ＴＩ公司．ＴＬ１６Ｃ７５４ Ｄａｔａ Ｓｈｅｅｔ． 存器设置参数，这些参数中包含通信波特率，数据 位数，停止位数，奇偶校验，中断方式，ＦＩＦＯ触发层 级，中段使能等；中断服务子程序中，主要实现判 断中断信号源，对收到的数据进行处理，并将处理 过的数据发往约定的通道，同时对外设进行一定 的控制。 在应用于某工程时，主机与３个外设通信设 计参数为波特率１１５．２ ｋｂｐｓ，数据位长度为８ ｂｉｔ， １ ｂｉｔ停止位，奇校验。在ＦＩＦＯ中断模式下，允许 接收数据有效中断和超时中断，允许接收器线路 状态中断。其软件流程如图３所示。 （上接第２８页） 电子邮电出版社。１９９５． 高速红外图像采集系统并成功地和红外摄像机对 接。从实际采集数据情况看来，完全满足了最初 对设计的要求，能够实时、准确地存储图像，在最 快帧率（５０帧／ｓ）下也符合要求，并且控制方便，能 在系统上对图像进行初步处理，如回放、亮度对比 度处理、去坏点等。 参考文献 ［Ｉ］沈兰荪．高速数据采集系统的原理与应用［Ｍ］．北京： ［２］刘乐善。微型计算机接口技术及应用［Ｍ］．武汉：华中 理工大学出版社，２０００。 ［３］［美］Ｔｏｍ Ｓｈａｎｌｅｙ，Ｄｏｎ Ａｎｄｅｒｓｏｎ．ＰＣＩ系统结构［Ｍ］． 刘晖，等译北京：电子工业出版社，２０００．７． 『４］ＡＭＣＣ公司￥５９３３ Ｄａｔａ Ｂｏｏｋ． ［５］ＡＬＴＥＲＡ公司产品手册． ［６］武安河．Ｗｉｉｎｄｏｗｓ设备驱动程序（ＶｘＤ与ＷＤＭ）开发 实务［Ｍ］．北京；电子工业出版社，２００１．