基于MSP430的串口扩展设计

2010-07-12孙波王勇

电子测试 2010年4期

关键词：寄存器电平串口

孙波，王勇

（南京邮电大学自动化学院，南京210003）

0 引言

随着测控技术的发展，通信功能越来越重要，串行接口作为一种主要的通信接口越来越受关注。在实际应用中，作为控制中枢的计算机往往只有一至两个串口，为了控制多台被测计算机，需要对串口进行扩展。

目前RS232是PC与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS232被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS232采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。本设计用到RS232的三线和七线接线方式。

RS422标准全称是“平衡电压数字接口电路的电气特性”，与RS232不一样，数据信号采用差分传输方式，也称作平衡传输，它使用一对双绞线，将其中一线定义为A，另一线定义为B，如图1所示。

图1

1 硬件设计

1.1 串口扩展方案功能要求

●与主控板通过RS232的第一个串口（三线通信）通信，接收主控板的指令并反馈数据；

●对主控计算机接入的第二个RS232口（七线通信）进行扩展，扩出4个分时使用的RS232口和2个RS422口；

控制微处理机采用MSP430F149IPM，控制模块主要功能：通过RS232串口与系统上位机进行通信，接收其发出的指令，并反馈接收命令正确与否信息；系统总体硬件框图如图2所示。

1.2 硬件电路总体设计

1.2.1 RS232和TTL电平转换

图2

RS232 标准规定逻辑1的电平为 -15～-3V ,逻辑0的电平为+3～+15, 而 CMOS 电路的电平范围一般是从0V到电源电压 ,单片机的I/O电压一般是0～3.3V,为了与单片机的供电电压保持一致 ,必须经过接口电路进行标准转换 ,目前较常用的方法是使用集成电路转换器件 ,本设计用的芯片是MAX3221。主控计算机的串口经过电平转换连接到单片机和多路复用器上。如图3所示为本设计232转换TTL模块。

图3 232转换TTL模块

1.2.2 RS232接口扩展

在本设计中 ,将 MSP430单片机的地址线RS232_A0、RS232_A1、RS232_A2 引出与多路复用器ADG707的 A0、A1、A2分别连通。ADG707芯片可以将输入的串口信号扩展为8组。通过A0，A1，A2三个片内寄存器,将主控计算机接入的第二个RS232口（三线通信）进行扩展，这样, ADG707的4个通道经由电平转换芯片连接实现TTL与RS232电平转换之后 ,即可实现串行数据的收发。同时，另外两路通道经由 RS485电平转换芯片实现与 422总线的数据交换。ADG707实现串口扩展的硬件连接如图4所示。

1.2.3 RS232转422接口扩展

RS422 的接口标准与 RS485 相似，采用4线制方式，能够与远程测控终端进行全双工通信，实现数据远程高速传输。考虑到 MAX3491 芯片具有使能端，且由 MAX3491构成的信号传输通道具有更好的噪声抑制能力、电缆长度和可靠性，故设计时选择利用 2 片MAX3491来实现232到422的转换。

图4 串口扩展硬件连接图

2 系统软件设计

2.1 扩展端口的地址设计

在硬件设计中，将MSP430地址线 RS232_A0、RS232_A1、RS232_A2 引出与多路复用器ADG707的 A0、A1、A2 分别连通，通过 A0，A1，A2三个片内寄存器选择管脚可访问或控制 ADG707的各个寄存器。通过以上的设计，就可以获得每个端口的每个寄存器的地址 ,剩下的事情就是对各个寄存器的读写访问了。ADG707真值表如表1所示。

表1

2.2 上位机与下位机通信

该系统由上位机和下位机协同工作,形成一个小型通讯系统。串口扩展模块在工作时，数据通过中断的方式与外设进行通信，当主机需要发送数据时，只需要将数据先写入发送FIFO，然后通过中断方式通知外设，当下位机确定接受数据时，主机便将数据发送到UART。同理，下位机数据通过串口传输到主控机时，首先送入读FIFO中，然后产生中断请求，向主机指示该数据已可使用，上位机通过程序进行判断，如果其他串口并未占用总线，就可以读入数据。