基于W77E58雙串口通信的監(jiān)控系統(tǒng)

引 言：

Winbond公司的新型單片機(jī)W77E58，內(nèi)含2個(gè)增強(qiáng)型串口和 32KB大容量Flash存儲(chǔ)器。指令集與51系列單片機(jī)完全兼容，非常適合在智能化監(jiān)控系統(tǒng)中使用。本系統(tǒng)將3臺(tái)單相逆變器聯(lián)接成令牌網(wǎng)，采用標(biāo)準(zhǔn) RS485接口與逆變系統(tǒng)及上位機(jī)同時(shí)進(jìn)行串行通信，能夠?qū)崟r(shí)地在液晶屏或上位機(jī)上顯示逆變系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，并可以方便地對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行修改。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

圖1所示為W77E58監(jiān)控系統(tǒng)單機(jī)雙串口通信的硬件框圖。該電路符合最簡單的RS485總線接口標(biāo)準(zhǔn)。其中逆變系統(tǒng)采用Motorola公司的電機(jī)控制專用芯片68HC908MR16（以下簡稱MR16）作為主控芯片。該芯片內(nèi)含一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的可編程串行通信接口SCI模塊，通過RS485接口芯片 MAX3082與W77E58的串行口0進(jìn)行通信。同時(shí)，W77E58串行口1通過MAX3082傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，經(jīng)過一個(gè)RS485到RS232的電平轉(zhuǎn)換器與上位機(jī)進(jìn)行通信。通信電路都采用了光耦隔離。

圖1中使用Maxim公司的MAX3082作為RS485接口芯片，適用于半雙工通信。它采用平衡驅(qū)動(dòng)和差分接收，具有抑制共模干擾的能力，可用于惡劣環(huán)境中，最大通信距離達(dá)1200m。它具有發(fā)送使能和接收使能控制。當(dāng)使能無效時(shí)，發(fā)送和接收的輸出端呈高阻狀態(tài)。使用MAX3082構(gòu)成通信系統(tǒng)時(shí)，最大通信速率為0.125Mb/s，傳輸線上最多可掛128個(gè)收發(fā)器。

本系統(tǒng)采用非編碼鍵盤，擬用四個(gè)鍵：OK鍵、CANCEL鍵、UP鍵、DOWN鍵。采用一鍵復(fù)用技術(shù)使這四個(gè)鍵完成系統(tǒng)設(shè)定、參數(shù)修改、運(yùn)行狀態(tài)顯示等功能。

這里使用的液晶顯示器LCD為CAG1264-4點(diǎn)陣式液晶。該液晶內(nèi)帶亮度可調(diào)的背光源，輕盈超薄、編程靈活，整屏可以顯示8×4個(gè)國標(biāo)漢字或16×4個(gè)ASCII碼。硬件接口采用8位并行數(shù)據(jù)格式，握手協(xié)議簡單可靠。

由于工業(yè)上常用到三相交流電，所以本系統(tǒng)還具有將三臺(tái)單相逆變器經(jīng)過組網(wǎng)，自同步實(shí)現(xiàn)三相交流輸出的功能。如圖2所示，三臺(tái)單相逆變器串行口輸出經(jīng)過連接，組成一個(gè)簡單的令牌網(wǎng)，然后通過RS485到RS232的電平轉(zhuǎn)換器統(tǒng)一由上位機(jī)進(jìn)行管理控制。

2 串行口介紹及初始化設(shè)置

本通信系統(tǒng)中，我們規(guī)定，每1幀數(shù)據(jù)為10位：1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位。波特率均設(shè)置為9600bps。

2.1 W77E58串口

W77E58單片機(jī)其串口增強(qiáng)型特征在于特有的地址自動(dòng)識(shí)別和幀出錯(cuò)診斷功能。需要注意的是，串口0可以使用定時(shí)器T1或定時(shí)器T2作為波特率發(fā)生器；而串口1只能使用定時(shí)器T1作為其波特率發(fā)生器。下面以串口0為例，對(duì)W77E58串口的工作過程進(jìn)行簡單介紹。

串口0通過引腳RXD（串行數(shù)據(jù)接收端）和TXD（串行數(shù)據(jù)發(fā)送端）進(jìn)行串行通信，可同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，具有兩個(gè)物理上獨(dú)立的接收、發(fā)送緩沖器 SBUF，它們占用同一地址。串行口的發(fā)送和接收都是以特殊功能寄存器SBUF的名義進(jìn)行讀或?qū)懙?，發(fā)送數(shù)據(jù)完畢或接收到數(shù)據(jù)都會(huì)由硬件置位發(fā)送中斷標(biāo)志 TI或接收中斷標(biāo)志RI。值得注意的是，中斷標(biāo)志TI、RI均需由軟件來清零。串口1的工作過程和串口0相類似，只需對(duì)其相應(yīng)的寄存器及標(biāo)志位進(jìn)行類似操作即可。W77E58串行口是可編程接口，對(duì)它初始化編程只需對(duì)特殊功能寄存器SCON或SCON1和電源控制寄存器PCON寫入相應(yīng)的控制字即可。這里使用定時(shí)器T2作為串口0的波特率發(fā)送器，使用定時(shí)器T1作為串口1的波特率發(fā)生器。波特率均設(shè)為9600bps。

2.2 MR16串口

MR16帶有的1個(gè)可編程串行通信接口SCI模塊，支持MCU與外設(shè)之間采用全雙工、異步、NRZ（非歸零）格式進(jìn)行串行通信。它具有2個(gè)I/O引腳 RXD和TXD；有2個(gè)物理上獨(dú)立的，但占用同一地址的SCI數(shù)據(jù)寄存器SCDR。SCI模塊為接收器和發(fā)送器提供獨(dú)立的中斷請(qǐng)求和中斷向量。如果 SCRIE位被置位，當(dāng)SCI接收到一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀,并將數(shù)據(jù)傳送到SCDR，就會(huì)置位SCRF標(biāo)志并啟動(dòng)一個(gè)接收中斷；如果SCTIE位被置位，并將數(shù)據(jù)由SCDR傳送至發(fā)送移位寄存器時(shí)，就會(huì)置位標(biāo)志SCTE產(chǎn)生一個(gè)發(fā)送中斷。在讀取SCDR中的數(shù)據(jù)或?qū)懭隨CDR新的數(shù)據(jù)后，SCRF和SCTE會(huì)被自動(dòng)清零，無需軟件操作。SCI模塊具有一個(gè)可編程的波特率發(fā)生器，可產(chǎn)生32種不同的波特率，只需對(duì)波特率寄存器SCBR進(jìn)行設(shè)置即可。

2.3 上位機(jī)串口

由于上位機(jī)串口采用的是RS232標(biāo)準(zhǔn)接口，所以需要1個(gè)RS485與RS232的電平轉(zhuǎn)換器才能實(shí)現(xiàn)與下位機(jī)的通信。這里，采用的電平轉(zhuǎn)換器件是牛頓-7520，輸入電壓范圍為10 ~ 30V，允許的頻率范圍為300Hz ~ 115kHz。