時間：2023-01-09 06:10:17
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關(guān)鍵詞：通信；RS-232RS-485/RS-422收發(fā)器LMS202E/LMS485
1概述
LMS202E和LMS485分別是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的RS－232通信用雙收發(fā)器和多點傳輸線用高速雙向數(shù)據(jù)通信差分總線／線路收發(fā)器。這兩種器件均使用5V單電源供電，電源電流分別為1mA（LMS202E）和0．32mA（LMS485的典型值）。
LMS202E滿足E1A／T1A－232和CCITTV．28規(guī)范，數(shù)據(jù)傳輸率可達230kbps，而其±15kV的靜電放電（ESD）保護指標(biāo)符合IEC1000－4－2（EN61000－4－2）標(biāo)準(zhǔn)要求。LMS202E主要用于銷售點終端POS（條形碼閱讀機）、手持式設(shè)備（或裝置）和通用目的RS－232通信等方面。
LMS485滿足ANSI標(biāo)準(zhǔn)E1A／T1ARS485／RS－422，數(shù)據(jù)速率為2．5Mbps。LMS485的應(yīng)用領(lǐng)域主要是低功率RS－485系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)中心、橋路和路由器銷售點設(shè)備（自動柜員機ATM、條形碼掃描儀）、局域網(wǎng)（LAN）、綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)網(wǎng)（ISDN）、工業(yè)可編程邏輯控制器、高速串／并聯(lián)應(yīng)用以及噪聲環(huán)境下的多點應(yīng)用系統(tǒng)等。
2RS－232雙收發(fā)器LMS202E
LMS202E采用16引腳SOIC封裝，可與MAXIM公司的MAX202E相互代換。
LMS202E的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及典型應(yīng)用電路如圖1所示。該器件內(nèi)含DC－DC變換器，利用電路中的C1～C4使內(nèi)部對偶充電泵為兩個發(fā)送器提供±10V的雙電源。通過C1，電荷泵可將＋5V的電源電壓轉(zhuǎn)換為＋10V，并存儲在C3中。而通過C2電荷泵則可將＋10V轉(zhuǎn)換為－10V電壓，而后再把－10V存儲在C4中。
發(fā)送器輸入信號可從腳11和腳10輸入且兩個發(fā)送器在14腳和7腳上的輸出與T1A／E1A－232E電平一致。T1和T2兩個發(fā)送器的輸出擺幅為±8V，開路輸出電壓擺幅為（V＋－0．6V）～V－。接收器的R1IN和R2IN信號從腳13和腳8輸入以接收T1A／E1A信號，并從腳12和腳9輸出與TTL／CMOS兼容的信號。RS－232接收器的輸入電壓VRi范圍為－30V～＋30V，VS為5V時的輸入低門限電平是1．4V，高門限電平為2V。接收器輸出電壓的最大范圍為－0．3V～（VS＋0．3V），從輸入到輸出的傳輸延遲時間為0．08μs（典型值）。
LMS202E的所有引腳都帶有ESD保護。除了發(fā)送器輸出腳（7腳和14腳）和接收器輸入腳（8腳和13腳）外，其它引腳帶有±2kV的人體模型（HBM）和±200V的機器模型（MM）ESD額定值。RS－232總線引腳（7腳、8腳、13腳和14腳）帶有±15kV的HBM和IEC1000－4－2的耐沖擊ESD保護。此外，總線引腳還能滿足±8kV的IEC1000－4－2接觸ESD保護要求。因此，這種ESD結(jié)構(gòu)在加電、斷電等場合可以承受較高ESD沖擊。
3LMS485低功率差分?jǐn)?shù)據(jù)收發(fā)器
LMS485采用8引腳DIP或SOIC封裝，可與MAX485互相代換。LMS485芯片在內(nèi)部集成了一個TRI－STATETM差分線路驅(qū)動器（D）和一個差分輸入接收器，圖2所示是LMS485芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及引腳排列圖。
LMS485的DI（4）腳是驅(qū)動器輸入，DE（3）腳為驅(qū)動器輸出使能輸入，A（6）腳和B（7）腳分別是驅(qū)動器（同相和反相）輸出和接收器輸入，RO（1）腳和RE（2）腳分別是接收器輸出和接收器輸出賦能輸入，GND（5）腳為接地腳，VCC（8）腳為5±0．25V電源電壓輸入端。
LMS485的輸入與輸出邏輯真值表如表1所列。其中“X”為不相干，“Z”為三態(tài)，“OPEN”為非終止（僅開路輸入）。
表1真值表
驅(qū)動器
REDED1AB
XHHHL
XHLLH
XLXZZ
接收器
REDEA-BRO
LL≥+0.2VH
LL≤-0.2VL
HXXZ
LLOPENH
LMS485的主要特點如下：
滿足ANSI標(biāo)準(zhǔn)RS－485－A和RS－422－B；
采用5V單電源工作，低功率BiCMOS工藝可保證電源電流典型值不超過320μA，工作溫度范圍為－40～85℃；
總線上允許掛接的收發(fā)器數(shù)目多達32個，數(shù)據(jù)速率可達2．5Mbps；
帶熱關(guān)閉保護、短路保護和接收器開路故障安全保護功能；
關(guān)鍵詞：VXD實時串口通信
引言
在微軟的視窗操作系統(tǒng)中，系統(tǒng)內(nèi)核掌管所有的應(yīng)用程序，通過獨特的任務(wù)調(diào)度算法實現(xiàn)CPU的分時多任務(wù)處理方式。多任務(wù)處理對大多數(shù)用戶可能是件好事，但是對那些想把實時通信建立在Windows操作系統(tǒng)上的特殊用戶來說，操作界面的圖形化并不比MS-DOS的單任務(wù)更具吸引力。在視窗操作系統(tǒng)里可以進行實時通信和控制碼？答案是：VXD技術(shù)可以幫我們在獲取友好的人機界面的同時還擁有很強的實時性。
1VXD技術(shù)解析
VXD技術(shù)可追溯到Windows3.1，它的引入就是要讓操作系統(tǒng)實現(xiàn)多工以及硬件資源的共享。為了支持多個MS-DOS任務(wù)同時執(zhí)行，Windows98讓每個MS-DOS應(yīng)用程序在各自的虛擬機（VM）上運行，各自互不相干；而所有的Widnows應(yīng)用程序卻都在一個虛擬機上運行。圖1所示的結(jié)構(gòu)框圖很好地說明了Windows98的整體架構(gòu)。
圖1中，由眾多的VXD組成系統(tǒng)級代碼處于最底層。其中，處于中心地位的是一名為VMM32的VXD，它負責(zé)協(xié)調(diào)和管理所有的VXDs。其它VXDs則通過消息機制（這個消息機制由VMM32.VXD來維護）彼此聯(lián)系。由所有VXDs開放出的服務(wù)接口（API）組成了一個服務(wù)網(wǎng)，它們彼此通過合作的方式，提供Windows98的系統(tǒng)底層驅(qū)動服務(wù)。
從以上Windows98系統(tǒng)架構(gòu)可以看出，要想在視窗平臺下獲取很強的實時性，僅靠提升應(yīng)用程序線程優(yōu)先級的方法是不夠的。因為Win32應(yīng)用程序代碼屬于Ring3級，而VXD代碼則屬于Ring0級；采用VXD撰寫的實時通信程序可以完全不受代碼限制，可以直接對硬件進行操作。VXD的這個特點正是實時通信建立所必須的。
設(shè)計實時通信的VXD前，先解釋以下幾個問題：
①VMM32使用VPICD.VXD虛擬化每個硬件和軟件中斷。VMM32為每個虛擬機（VM）維護一個IDT結(jié)構(gòu)，當(dāng)中斷發(fā)生時，CPU先保護中斷現(xiàn)場，然后經(jīng)由當(dāng)前VM的IDT把這個中斷引導(dǎo)至相應(yīng)的中斷處理程式。
中斷的虛擬化，使我們有機會給每個中斷提供新的中斷處理函數(shù)，并可以讓多個硬件共享同一個中斷號。VPICD.VXD為我們提供這些服務(wù)。
②VMM有兩個調(diào)度器，用以在多個線程和VMs之間實現(xiàn)搶占式多工。主調(diào)度器負責(zé)選定下一個將被執(zhí)行的線程。這個選擇可以是一個，也可以是多個。然后，主調(diào)度器把選擇結(jié)果送給所謂的時間片調(diào)度器，并由后者完成各個應(yīng)用程序間的時間片分配。調(diào)度器也時應(yīng)用程序經(jīng)由呼叫Win32線程優(yōu)先調(diào)整API（如SetThreadPriority和SetPriorityClass等）做出回應(yīng)。當(dāng)中斷發(fā)生時，VMM32自動提升中斷處理函數(shù)所在VM之優(yōu)先級，保證中斷處理函數(shù)能及時被執(zhí)行。
③VXD和Win32應(yīng)用程序可直接通信。Win32應(yīng)用程序可通過一個系統(tǒng)API（DevicelOControl（…））來呼叫位于底層的VXD為其服務(wù)。在呼叫VXD前，首先必須調(diào)用CreatFile（…）這個API加載該VXD（如果該VXD是一個靜態(tài)VXD，則不用加載）。所有的呼叫動作其實都通過VMM32完成。VXD也可以通過消息方式和位于上層的Win32應(yīng)用程序通信。She11.VXD為所有希望以消息機制和Win32應(yīng)用程序通信的VXD提供了這一服務(wù)。
以上是編寫一個串口通信驅(qū)動需要的系統(tǒng)層面知識。對于Windows底層的了解。
2用VXD實現(xiàn)一個實時串口通信驅(qū)動
接下來用VXD技術(shù)實現(xiàn)一個實時串行通信的驅(qū)動。這個VXD是一個動態(tài)（Dynamic）VXD，當(dāng)它的服務(wù)被呼叫時，VMM32會動態(tài)加載這個VXD。作者采用的工具是C+98DDK。當(dāng)然也可以使用其它的工具，如MASM6.11（或更高版本）、VtoolsD。用C搭配DDK完成VXD構(gòu)建的好處是，可以使用C語言完成絕大部分的程序，程序比較容易閱讀和維護。
用C來實現(xiàn)一個VXD驅(qū)動，需要準(zhǔn)備如下條件：一個.ASM的匯編語言接口文件（在其中定義VXD要處理的系統(tǒng)消息和輸出API），一個.C的函數(shù)實現(xiàn)文件（在其中完成自己函數(shù)實體），一個.DEF的定義文件（在其中定義VXD中各個段的別名并匯成一個DDB）和一個.MAK檔（用來編譯并連接生成VXD，可有可無）。在這里，僅給出用C實現(xiàn)的函數(shù)檔。至于其它的文件，可以從本文所列的參考書目或其它文獻中找到相關(guān)文檔的說明。
這個串口通信驅(qū)動程序的功能是：實時送出一個Byte的數(shù)據(jù)，實時接收一個Byte的數(shù)據(jù)。作為演示之用，并沒有加入其它代碼。該VXD驅(qū)動主要由如下3個系統(tǒng)消息（由VMM32來維護和管理）處理函數(shù)組成，其代碼如下：
（1）OnSysDynamicDeviceInit()函數(shù)
BOOLOnSysDynamicDeviceInit()
{//OnSysDynamicDeviceInit
irqhandle=VPICD_Virtualize_IRQ((DWORD)(&irq4))；
if(irqhandle==0){
returnFALSE;
}
returnTRUE;//OnSysDynamicDeviceInit
}
該函數(shù)用來完成VXD初始化所做的工作。在本例中，由于實時監(jiān)視串口中斷的需要，要給COM1的中斷安裝一個自定義的斷服務(wù)函數(shù)。98DDK已經(jīng)提供了這個函數(shù)的C語言版，其原型是HIRQstaticVPICD_Virtualize_IRQ（PVIDpvid）,在vpicd.h中。該函數(shù)需要一個指針作為參數(shù)（指向名為VPICD_IRQ_Descriptor的結(jié)構(gòu)體），函數(shù)傳回一個指向該虛擬IRQ的句柄（該句柄在后來的VPICD服務(wù)中需要提供）。VPICD_IRQ_Descriptor結(jié)構(gòu)體的組成為：
typedefstructVPICD_IRQ_Descriptor{
USHORTVID_IRQ_Number;//IRQ號（0～15）
USHORTVID_Options;//標(biāo)志位選項
ULONGVID_Hw_Int_Proc;//硬件中斷服務(wù)程序的地址
ULONGVID_Virt_Int_Proc;//虛擬中斷服務(wù)程序
ULONGVID_Mask_Change_Proc//MaskChange調(diào)用例程
ULONGVID_IRET_Proc；//IRET調(diào)用例程
ULONGVID_IRET_Time_Out；//在Vm的進程優(yōu)先級提升之前的最大等待時間
ULONGVID_Hw_Int_Ref；//硬件中斷服務(wù)程序的數(shù)據(jù)存放地址
}VID；
其中只用到三位。在本例中需要聲明一個名為irq4的全局變量為VID結(jié)構(gòu)，并付給如下初值：VIDirq4={4,0,hwproc,0,0,0,0,500,0}，表示將要虛擬化IRQ4，改變其中斷處理函數(shù)為voidhwproc(void),該函數(shù)的原型如下：
voidhwproc(void){
_asm{
movdx,0x3f8
inal,dx
movbyteptr[readin],al
clc
}
return;
}
在這個中斷處理中，僅僅從COM1的數(shù)據(jù)寄存器（地址為3F8h）中讀取接收到的數(shù)值，并把該數(shù)值存放在一個類型為BYTE、名為readin的內(nèi)存中。
（2）OnSysDynamicDeviceExit()函數(shù)
BOOLOnSysDynamicDeviceExit()
{
VPICD_Force_Default_Behavior(irqhandle);
//解除IRQ4虛擬化
returnTRUE;
}//OnSysDynamicDeviceExit
該數(shù)提供了用于善后處理VXD在卸載時需要完成的事件。在本例中，和VXD初始化對應(yīng)，需要解除對COM1的中斷IRQ4的虛擬化。作者也是用98DDK在vpicd.h中提供的外包函數(shù)voidstatic_inlineVPICD_Force_Default_Behavior(HIRQhirp)。該函數(shù)唯一需要的參數(shù)便是使用VPICD_Virtualize_IRQ函數(shù)傳回的IRQ句柄。
（3）OnDeviceIoControl()函數(shù)
DWORDOnDeviceIoControl(PDIOCPARAMETERSp){
Switch(p->dwIoControlCode)
{
case1://端口寫功能
if(!p->lpvOutBuffer||p->cbOutBuffer<1)
{//輸出緩存的有效性檢查
returnERROR_INVALID_PARAMETER；
}
if(serial_out((DWORD)(p->lpvInBuffer)))
{//數(shù)據(jù)發(fā)送
*（BYTE*）（p->lpvOutBuffer）=*(BYTE*)(p->lpvInBuffer)；
}
else{
*(BYTE*)(p->lpvOutBuffer)=0;
}
open_int();//打開com1中斷
return0;
case2://端口讀功能
if(*(BYTE*)reading==0x00)
{//數(shù)據(jù)讀入
*（BYTE*）（p->lpvOutBuffer）=0x00;
return0;
}
*(BTYE*)(p->lpvOutBuffer)=*(BYTE*)（readin）;
return0;
}
return0;
}
return0;
}
OnDeviceIoControl函數(shù)用來處理Win32應(yīng)用程序?qū)XD的呼叫。Win32應(yīng)用程序的呼叫會讓VMM32送給該VXD一個系統(tǒng)信息，并傳遞進一個DIOCPARAMETERS結(jié)構(gòu)的指針。該結(jié)構(gòu)里包含Win32應(yīng)用程序呼叫時傳遞進來的各個參數(shù)。這個結(jié)構(gòu)的組成如下：
TypedefstunctDIOCParams{
DWORDInternall;//指向客戶寄存器的指針
DWORDVMHande；//該VM的句柄
DWORDInternal2；//指向DDB結(jié)構(gòu)的指針
DWORDdwIoConrolCode;//DeviceIoControl例程中呼叫的控制碼
DWODlpvInBuffer;//DeviceIoControl例程呼叫所傳遞進來的輸入緩沖區(qū)地址
DWORDcbInBuffer;//輸入緩沖區(qū)的大小
DWORDlpvOutBuffer；//DeviceIoControl例程呼叫所傳遞進來的輸出緩沖區(qū)地址
DWORDcbOutBuffer;//輸出緩沖區(qū)的大小
DWORDlpcbBytesReturned；//拷貝到輸出緩沖區(qū)中的字節(jié)數(shù)（可以為NULL）
DWORDlpOverlapped；//DeviceIoControl例程呼叫所傳遞進來的重疊I/O塊結(jié)構(gòu)
DWORDhDevice;//Ring3層呼叫應(yīng)用程序句柄
DWORDtagProcess;//例程標(biāo)簽
}
DIOPARAMETERS;
其中，dwIoControlCode指明了Win32應(yīng)用程序需要VXD提供的哪一項服務(wù)。在本例中采用一個switch-case語句作為服務(wù)入口，如下所示。其中服務(wù)1為讓串口送出一個字節(jié)，服務(wù)2為讀取一個已經(jīng)由串口接收的字節(jié)。函數(shù)open_int()是用來初始化串口以便接收字節(jié)數(shù)據(jù)；函數(shù)BOOLserial_out（DWORDpBuffer）是讓串口發(fā)出一個字節(jié)。它們的函數(shù)體分別如下：
BOOLserial_out(DWORDpBuffer){
if(pBuffer==NULL){
returnFALSE;
}
_asm{
pushfd
cli
pusheax
pushedx
movdx,0x3fb;設(shè)置COM1的波特率
moval,0x83
outdx,al
movdx,0x3f8
moval,12
outdx,al
movdx,0x3f9
moval,0
outdx,al
movdx,0x3fb;設(shè)置COM1的線控項
moval,3
outdx,al
movdx,0x3f9;CMM1關(guān)中斷
moval,0
outdx,al
movdx,0x3fa;關(guān)閉com1的FIFO功能
moval,0
outdx,al
movdx,0x3f8;字節(jié)發(fā)送
moval,byteptr[pBuffer]
outdx,al
popedx
popeax
popfd
sti
}
returnTRUE;
}
serial_out這個函數(shù)體的實現(xiàn)是用匯編語言實現(xiàn)的。因為涉及到很多的端口提供以及CPU的標(biāo)志（flag）和壓棧操作，因此考慮到用匯編語言編寫會簡化代碼。因為此串口傳輸中，用到了關(guān)閉中斷的指令（cli），所以，當(dāng)寫操作所要求完成的任務(wù)很多時，此關(guān)中斷指令會讓程序的實時性很好地體現(xiàn)出來，但cli指令有效時間過長會導(dǎo)致系統(tǒng)問題，所以還是要謹(jǐn)慎使用。
Voidopen_int(void){
_asm{
movdx,0x3f9;COM1開中斷
moval,0x05
outdx,al
}
return;
}
open_int函數(shù)用來把PC串口的中斷設(shè)備按照需要設(shè)立起來。函數(shù)體很簡單，僅改變了地址為3F9h的內(nèi)容，意為設(shè)置Rxdataready和Linestatus中斷位，以便讓CPU可以及時在COM1的中斷服務(wù)程序里讀取串口接收到的字節(jié)。
以上涉及到串口輸入和輸出的函數(shù)體實現(xiàn)代碼中，用到了PC16550UART的資料。
至此，一個可用于實時串口通信的VXD驅(qū)動程序已經(jīng)完成。由于篇幅所限，不能將其它必要的文檔一同提出來討論。
3Win32客戶測試程序
有了上述VXD驅(qū)動程序，還需要搭配一個Win32客戶程序來進行測試。在網(wǎng)絡(luò)補充版中，給出一個筆者在VC6下編制的一個控制臺應(yīng)用程序片斷，以供參考。
現(xiàn)在編制VXD驅(qū)動還沒有一個集成開發(fā)環(huán)境（IDE）。本文的驅(qū)動程序是用VC6.0自帶的編譯器編譯的。由于要編譯匯編文檔，所以還需要把一個MASM匯編器（要求6.0以上版本）及其相關(guān)文檔拷貝到VC6.0的vc98\u30446目錄下。
關(guān)鍵詞：NRZHDB3單片機E1收發(fā)芯片DS2153Q
常用的NRZ碼不適合在高速長距離數(shù)據(jù)通信的信道中傳輸，因而選用了另外一種編碼—HDB3碼。HDB3碼是串行數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N重要編碼方式。和最常用的NRZ碼相比，HDB3具有很多優(yōu)點，例如：消除了NRZ碼的直流成分，具有時鐘恢復(fù)更好的抗干擾性能，這使它更適合于長距離信道傳輸。
E1信號選用HDB3編碼方式，速率2.048Mbps，可以在特性阻抗120Ω的RJ45平衡雙絞線上傳輸1.5km，能夠滿足大多數(shù)情況下數(shù)據(jù)的高速長距離傳輸。在數(shù)據(jù)速率小于2.048Mbps的高速速率時，可以通過插入額外數(shù)據(jù)比特提高數(shù)據(jù)數(shù)率。E1收發(fā)芯片DS2153Q完全符合E1信號標(biāo)準(zhǔn)，而且具備微控制器接口，大大提高了該芯片的可用性。
E1有成幀、成復(fù)幀與不成幀三種方式。在成幀的E1中，第0時隙用于傳輸幀同步數(shù)據(jù)，其余31個時隙可以用于傳輸有效數(shù)據(jù)；在成復(fù)幀的E1中，除了第0時時隙外，第16時隙是用于傳輸信令的，只有第1～15，第17～31共30個時隙可用于傳輸有效數(shù)據(jù)；而在不成幀的E1中，所有32個時隙都可用于傳輸有效數(shù)據(jù)。本文提出的NRZHDB3碼制轉(zhuǎn)換器的E1工作在不成幀方式，也就是說E1的32個時隙均用于傳輸有效數(shù)據(jù)。
1E1收發(fā)芯片DS2153Q簡述
DS2153Q是Dallas公司的T1/E1收發(fā)芯片，符合最新的E1線路標(biāo)準(zhǔn)，包括ITUG.703、G.704、G.706、G.823、I.431、ETSI300011、300233、TBR12和TBR13等，該芯片能完成NRZ和HDB3碼間的相互轉(zhuǎn)換，碼率可達2.048Mb/s，而且在片內(nèi)集成了接收NRZ碼的數(shù)據(jù)時將恢復(fù)電路，更有利于后級接收電路。片內(nèi)D/A能夠?qū)崿F(xiàn)G.703標(biāo)準(zhǔn)的輸出波形，適用于75Ω和120Ω特性阻抗的雙絞線，并且具有完善的數(shù)據(jù)流狀態(tài)監(jiān)測功能，可以實時指示數(shù)據(jù)流的傳輸狀況。
DS2153Q的微控制器接口使其可以很容易與單片機等MCU接口連接。其內(nèi)部的71個8位寄存器使用戶可以通過MCU對DS2135Q進行功能配置和狀態(tài)監(jiān)測這些寄存器主要有接收控制寄存器、發(fā)送控制寄存器通用控制寄存器、中斷屏蔽寄存器和工作狀態(tài)寄存器圖1為DS2135Q的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。
2碼制轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計
NRZ-DB3碼制轉(zhuǎn)換器為NRZ碼到HDB3碼和HDB3碼到NRZ碼的轉(zhuǎn)換，設(shè)計選用專用E1收到芯片DS2153Q和單片機AT89C51實現(xiàn)該碼制的轉(zhuǎn)換功能。該碼制轉(zhuǎn)換器把輸入的NRZ轉(zhuǎn)換為HDB3碼輸出，同時接收E1線路上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成HRZ碼，并恢復(fù)出數(shù)據(jù)時鐘，供后級數(shù)據(jù)接收單元使用。
AT89C51為Atmel公司的8位單片機，負責(zé)控制通信芯片DS2153Q的工作模式和狀態(tài)監(jiān)，使其完成NRZ碼到HDB3碼和HDB3碼到HRZ碼的轉(zhuǎn)換。同時，該單片機的電路還包括μP監(jiān)控電路IMP813L，用于提高碼制轉(zhuǎn)換器工作的抗干擾能力和可靠性。
圖2是該碼制轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)框圖。
DS2153Q的并行數(shù)據(jù)/地址線與單片機的P0口相連；片選信號選用單片機的P2.0；單片機的讀寫信號與DS2153Q的讀寫信號相連；同時，DS2153的兩個中斷申請線與單片機的INT0和INT1相連。這樣DS2153Q可以通過中斷的方式及時通知單片機自身的工作狀態(tài)。AT89C51與DS2153Q的電路連接圖如圖3所示，通過以上的硬連接，實現(xiàn)單片機對DS2153Q的控制和狀態(tài)監(jiān)控。
圖3AT89C51與DS2153Q電路連接圖
該碼制轉(zhuǎn)換器選用IMP813L作為μP監(jiān)控電路，實現(xiàn)可靠上電復(fù)位和看門狗控制。DS2153Q的時鐘信號是通過對單片機時鐘信號的二分頻來實現(xiàn)的。單片機選用16.384MHz的時鐘信號，使用74HC74二分頻后，得到8.192MHz的頻率信號作為DS2153Q輸入時鐘。
在DS2153Q的電路設(shè)計中，為了使其工作在不成幀方式，發(fā)送的數(shù)據(jù)全部從TSER引腳輸入，需要將引腳TLINK和TSER短接。發(fā)光二極管用于轉(zhuǎn)換器的工作指示，可以直觀判斷當(dāng)前數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換是否正常。
該碼制轉(zhuǎn)換器使用特性阻抗120Ω的RJ45平衡雙絞線進行數(shù)據(jù)傳輸，DS2153Q收發(fā)電路如圖4所示，傳輸變壓器輸入輸出匝數(shù)比為1：1.36。
3單片機控制程序設(shè)計
轉(zhuǎn)換器單片機控制程序包括兩部分：DS2153Q的功能配置和DS2153Q工作狀態(tài)監(jiān)控。DS2153Q的功能配置實現(xiàn)HDB3碼的正常動作；DS2153Q工作狀態(tài)監(jiān)控用來實時獲得當(dāng)前轉(zhuǎn)換器是否工作正常，并及時上報和指示。
3.1DS2153Q功能配置
轉(zhuǎn)換器上電后，首先由μP監(jiān)控電路進行有效復(fù)位，保證單片機的正常初始化，一單片機即進入通信芯片DS2153Q的配置過程。
①初始化測試寄存器，向相應(yīng)測試寄存器寫0即寫。
②進行接收控制存器（RCR）的配置，包括接收幀模式、自動重同步使能、重同步準(zhǔn)則和接收動態(tài)存儲功能等，使DS2153Q接收單片工作在AutoResync、DisableElasticStore。
③進行發(fā)送控制存器（TCR）的配置，包括發(fā)送幀模式、自動設(shè)置故障位和16位引腳的功能選擇等，使DS2153Q發(fā)送單元工作在E-bitsnotautomaticallysetinthetransmitdirection，并根據(jù)當(dāng)前轉(zhuǎn)換模式的不同設(shè)置16引腳的功能，0=ReceiveLossofSync(RLOS)、1=LossofTransmitClock(LOTC)。
④進行通用控制存器（CCR）的配置，使能DS2153Q、HDB3碼的接收和發(fā)送、配置錯誤計數(shù)器更新時間、禁止動態(tài)存儲發(fā)送數(shù)據(jù)等。
⑤初始化中斷屏蔽寄存器，使能接收載波丟失、接收失步中斷、接收數(shù)據(jù)全0和全1中斷，使能發(fā)送時鐘丟失中斷，通過這些中斷使單片機可以及時得知DS2153Q的工作狀態(tài)，實現(xiàn)單片機對其的實施監(jiān)測。
⑥初始化傳輸線接口單元，向LIRST數(shù)據(jù)位寫0，然后寫1，使傳輸線接口進入正常工作模式。
⑦初始化傳輸線接口控制寄存器，包括傳輸波形選擇、接收均衡器增益選擇、抗抖動抑器選擇等。
單片機控制流程如圖5所示。
下面是DS2153Q的功能配置程序（部分）。
；*****************************************************；
MOVA，02H
MOVDPTR，#RCR1
MOVX@DPTR，A；寫寄存器RCR1，使能自動重新同步
NOP
MOVA，#04H
MOVDPTR，#RCR2
MOVX@DPTR，A；寫寄存器RCR2，禁止彈性存儲功能
NOP
MOVA，#41H
MOVDPTR，#TCR1
MOVX@DPTR，A；寫寄存器TCR1，TSYNC為輸出方式
NOP
MOVA，#0F9H
MOVDPTR，#TCR2
MOVX@DPTR，A；寫寄存器TCR2，E數(shù)據(jù)位禁止自動置位
NOP
MOVA，#44H
MOVDPTR，#CCR1
MOVX@DPTR，A；寫寄存器CCR1，允許接收和發(fā)
NOP；HDB3碼
NOVA，#00H
MOVDPTR，#CCR2
MOVX@DPTR，A；寫寄存器CCR2，配置錯誤計數(shù)寄存器
NOP
；********************************************************
3.2DS2153Q狀態(tài)監(jiān)控設(shè)計
在完成DS2153Q的寄存器配置后，單片機即進入傳輸狀態(tài)監(jiān)測程序，實時監(jiān)控DS2153Q的工作正常與否，包括狀態(tài)寄存器的讀取和DS2153Q中斷的響應(yīng)，并從中判斷故障、及時通報。
（1）發(fā)送狀態(tài)監(jiān)控
DS2153Q的發(fā)送狀態(tài)監(jiān)控是通過單片機的INT1來實現(xiàn)的。當(dāng)狀態(tài)寄存器的發(fā)送狀態(tài)位置1，則DS2153Q產(chǎn)生中斷，片機響應(yīng)該中斷來讀取當(dāng)前狀態(tài)寄存器的故障位。當(dāng)讀取完畢后，需要向該狀態(tài)寄存器特定狀態(tài)位寫1，保證以后的故障可以正確置位。
下面給出了NRZ發(fā)送時鐘丟失故障的狀態(tài)監(jiān)控程序（中斷1處理程序）。
MOVDPTR，#SR2；讀DS2153Q狀態(tài)寄存器2
NOP
MOVXA，@DPTR
ANLA，#04H
JNZERROR
SJMPFAVER
ERROR：SETBERR_SR
SJMPLOCKE
FAVER：CLRERR_SR
LOCKE：JNBERR_SR，WORK；判斷發(fā)送數(shù)據(jù)時鐘丟失與否
SETBP1.0；故障，工作指示二極管滅
SJMPEVER
WORK：CLRP1.0；正常，工作指示二極管亮
EVER：MOVDPTR，#SR2
MOVA，#04H
MOVX@DPTR，A
RETI
（2）接收狀態(tài)監(jiān)控
DS2153Q的接收狀態(tài)監(jiān)控是通過單片機的INT0來實現(xiàn)的。當(dāng)狀態(tài)寄存器的發(fā)送狀態(tài)位置1，則DS2153Q產(chǎn)生中斷，單片機響應(yīng)該中斷來讀取當(dāng)前狀態(tài)寄存器的故障位。當(dāng)讀取完畢后，需要向該狀態(tài)寄存器的特定狀態(tài)位寫1，保證以后的故障可以正確置位。
下面給出了HDB3碼接收載波丟失故障的狀態(tài)監(jiān)控程序（中斷0處理程序）。
MOVDPTR，#SR1；讀DS2153Q狀態(tài)寄存器21
NOP
MOVXA，@DPTR
ANLA，#02H
JNZERROR
SJMPFAVER
EPPOR：SETBERR_SR
SJMPLOCKE
FAVER：CLRERR_SR
LOCKE：JNBERR_SR，WORK；判斷接收載波丟失與否
SETBP1.0；故障，工作指示二極管滅
SJMPEVER
WORK：CLRP1.0；正常，工作指示二極管亮
EVER：MOVDPTR，#SR1
MOVA，#02H
MOVX@DPTR，A
RETI
關(guān)鍵詞：多通道緩沖串行口McBSPTMS320C5402μPD780308SPIDSP
1引言
隨著信息技術(shù)革命的深入和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，DSP技術(shù)也正以極快的速度被應(yīng)用到科技和國民經(jīng)濟的各信領(lǐng)域。在很多工程開發(fā)設(shè)計中，由于要求實現(xiàn)單片DSP與單片DSP、多片DSP芯片以及及其它處理芯片之間的通信，因此，怎樣更高效、更便捷的實現(xiàn)這些通信，已成為廣大DSP應(yīng)用者首先要解決的一個問題。
本文根據(jù)筆者在工程應(yīng)用和調(diào)試方面用TI的DSPTMS320C5402與NEC的μPD780308單片機進行通信的經(jīng)驗，介紹并討論了將TMS320C5402DSP的多通道緩沖串行口McBSP（Multi-channelBufferedSerialPort）配置為SPI模式（即時鐘停止模式），從而實現(xiàn)DSP與其它單片處理器之間的通信設(shè)計方法同時給出了實現(xiàn)方法的部分程序代碼。
2多通道緩沖串行口McBSP
多通道緩沖串行口McBSP的功能是提供器件內(nèi)外數(shù)據(jù)的串行交換。同以前的串口相比，McBSP串口具有相當(dāng)大的靈活性。表1給出了有關(guān)TMS320C5402的McBSP管腳說明。其中串口接收、發(fā)送時鐘和同步幀信號既可由外部設(shè)備提供，又可由內(nèi)部時鐘發(fā)生器提供，從而大大的提高了通信的靈活性。
表1TMS320C5402的有關(guān)McBSP管腳說明
管腳說明說明
DR數(shù)據(jù)輸入端
DX數(shù)據(jù)輸出端
CLKR接收數(shù)據(jù)位時鐘
CLKX發(fā)送數(shù)據(jù)位時鐘
FSR接收數(shù)據(jù)幀時鐘
FSX發(fā)送數(shù)據(jù)幀時鐘
CLKS外部提供的采樣率發(fā)生器時鐘源
3SPI協(xié)議中的McBSP時鐘停止模式
SPI協(xié)議是以主從方式工作的，這種模式通常有一個主設(shè)備和一個或多個從設(shè)備，其接口包括以下四種信號：
（1）串行數(shù)據(jù)輸入（也稱為主進從出，或MISO）；
（2）串行數(shù)據(jù)輸出（也稱為主出從進，或MOSI）；
（3）串行移位時鐘（也稱為SCK）；
（4）從使能信號（也稱為SS）。
圖1為設(shè)備的SPI接口示意圖。該接口在工作時，主設(shè)備通過提供移位時鐘和從使能信號來控制信息的流動。從使能信號是一個可選的高低電平，它可以激活從設(shè)備（在沒有時鐘提供的情況下）的串行輸入和輸出。在沒有專門的從使能信號的情況下，主從設(shè)備之間的通信則由移位時鐘的有無來決定，在這種連接方式下，從設(shè)備必須自始至終保持激活狀態(tài)，而且從設(shè)備只能是一個，不能為多個。
TMS320C5402提供的時鐘停止模式可用于SPI協(xié)議通信，當(dāng)McBSP被配置為時鐘停止模式時，發(fā)送器和接收器在內(nèi)部是同步的，即可將發(fā)送數(shù)據(jù)幀時鐘（FSX）用作從使能（即SS），而將發(fā)送數(shù)據(jù)位時鐘（CLKX）用作SPI協(xié)議中SCK。由于收數(shù)據(jù)位時鐘（CLKR）和接收數(shù)據(jù)幀時鐘（FSR）在內(nèi)部與FSX和CLKX是相連的，因此，該管腳不能用于SPI模式。
當(dāng)McBSP被配置為一個主設(shè)備時，傳送輸出信號(BDX)被用作SPI協(xié)議的MOSI信號，而接收輸入信號（BDR）則被用作MISO信號。圖2所示為McBSP用作主設(shè)備時的SPI接口示意圖。
同樣地，當(dāng)McBSP被配置為一個從設(shè)備時，BDX被用作MISO信號，BDR則被用作MOSI信號。圖3為McBSP用作從設(shè)備的SPI接口示意圖。
當(dāng)TMS320C5402的McBSP被用于時鐘停止模式時，寄存器SPCR1的CLKSTP位域和引腳配置寄存器的CLKXP位的配置如表2所列。
表2時鐘停止模式配置
CLKSTPCLKXP說明
0XX不可用時鐘停止模式。時鐘被激活用于非SPI模式
100時鐘開始于上升沿（無延遲）
110時鐘開始于上升沿（有延遲）
101時鐘開始于下降沿（無延遲）
111時鐘開始于下降沿（有延遲）
4其它有關(guān)寄存器的配置
為了更好地掌握和了解McBSP作為SPI設(shè)備時的有關(guān)寄存器配置，現(xiàn)以McBSP作為SPI從設(shè)備來介紹有關(guān)McBSP的其它有關(guān)寄存器的配置，若McBSP做為SPI主設(shè)備，則相關(guān)配置正好相反。當(dāng)McBSP作為SPI從設(shè)備時，主設(shè)備外部產(chǎn)生主時鐘。CLKX引腳和FSX引腳必須被設(shè)置為輸入。由于CLKX引腳和CLKR信號在內(nèi)部相連接，因而傳送和接收回路均由外部主時鐘計時（CLKX）。同時，由于FSX引腳和FSR信號也已在內(nèi)部連接，因此，CLKR引腳和FSR引腳不再需要外部信號的連接。
盡管CLKX信號由主設(shè)備外部產(chǎn)生且與McBSP同步，但是，McBSP的采樣率發(fā)生器仍然必須正確啟動SPI從設(shè)備，同時，采樣率發(fā)生器還應(yīng)被設(shè)置為最大速率（CPU時鐘速率的一半）。另外，內(nèi)部采樣率時鐘常被用來同步McBSP邏輯和外部主時鐘以及從使能信號。每次傳送時，McBSP一般在從使能信號的上升沿進行FSX輸入。也就是說，在每次傳送的開始，主設(shè)備必須維護使能信號，而在每次傳送完成后，則必須消除從使能信號。在兩次傳送之間，從使能信號不能一直保持為高電平。對正確的SPI從設(shè)備而言，McBSP的數(shù)據(jù)延遲參數(shù)必須設(shè)置為0，在這種運行模式中，設(shè)置值為1或2沒有定義。配置McBSP為從設(shè)備所需的寄存器位值如表3所列。
表3SPI操作模式下的寄存器位值表
位域值功能描述寄存器
CLKXM0配置BCLKX引腳為輸入PCR
CLKSM1由CPU時鐘產(chǎn)生的采樣率時鐘SRGR2
CLKGDV1為采樣率時鐘選擇2的劃分因素SRGR1
FSXM0配置BFSX引腳為輸入PCR
FSGM0對每個包傳送，BFSX信號被激活SRGR2
FSXP1配置BFSX引腳為活動低電平PCR
XDATDLY0為SPI從設(shè)備運行，必須為0XCR2
RDATDLY0為SPI從設(shè)備運行，必須為0RCR2
5程序設(shè)計
下面是有關(guān)TMS320C5402器件的McBSP各個控制寄存器的配置，該配置程序筆者在實踐中已經(jīng)過測試，并已成功運用在了某工程設(shè)計中。
VoidMcBSP1_Config(void)
{
offlset=0x0000;
SPCR11=0x1800;；配置串口時鐘停止模式CLKSTP=10
offlset=0x0001;
SPCR21=0x0222;
offlset=0x0005;
SRGR11=0x00FA;
offlset=0x0007;
SRGR21=0xa00F;
offlset=0x0002;
RCR11=0x0040;；接收一幀含一字，一字含16位
offlset=0x0003;
RCR21=0x0044；接收數(shù)據(jù)無延遲RDATDLY=00
offlset=0x0004;
XCR11=0x0040;;發(fā)送一幀含一字，一字含16位
offlset=0x0005;
XCR21=0x0044;;發(fā)送數(shù)據(jù)無延遲XDATDLY=00
offlset=0x000E;
PCR1=0x000;；發(fā)送時鐘由外部時鐘驅(qū)動，CLKX為輸入腳CLKX=0,發(fā)送時鐘極性CLKXP=0，發(fā)送幀同步極性FSXP=1
offlset=0x0008；
MCR11=0x0001；
offlset=0x0009；
MCR21=0x0001；
offlset=0x000C;
XCERA1=0x0003;
offlset=0x0001;
SPCR21=0x0262;
offlset=0x0001;
SPCR21=0x0263;
offlset=0x0000;
SPCR11=0x1801;；接收器有效
offlset=0x0001;
SPCR21=0x02e3；；發(fā)送器有效
Return；
}
鐵路計算機通信網(wǎng)絡(luò)管理中存在的問題
由于我國鐵路建設(shè)起步較晚，導(dǎo)致鐵路計算機網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)也只是在近些年初步成型。相比于發(fā)達國家，我國在鐵路計算機通信網(wǎng)絡(luò)管理運行中缺乏經(jīng)驗。完善的計算機網(wǎng)絡(luò)管理可以大大提高鐵路運行效率，保障列車安全。但是在實際運行中，由于計算機網(wǎng)絡(luò)建設(shè)不夠完善、尖端技術(shù)人員缺失、硬件軟件達不到規(guī)范要求等諸多問題，是影響鐵路管理正常運行的重要因素。
鐵路計算機通信網(wǎng)絡(luò)管理問題的解決對策
關(guān)鍵詞：USB教學(xué)機器人通信
EDUROBOT-680-II型教學(xué)機器人是上海交通大學(xué)機器人研究所采用世界銀行貸款研制的一種五自由度多關(guān)節(jié)的機器人。它具備工業(yè)機器的基本功能、良好的開放性以及舒適的使用界面，主要大專院校和科研機構(gòu)提供教學(xué)和科研工具。學(xué)生可以通過親手操作了解和學(xué)習(xí)工業(yè)機器人，它具備工業(yè)機器人的基本功能、良好的開放性以及舒適的使用界面，主要為大專院校和科研機構(gòu)提供教學(xué)和科研工具。學(xué)生可以通過親手操作了解和學(xué)習(xí)工業(yè)機器人，科研人員還可對它進行二次開發(fā)。
教學(xué)機器人的上位機（主控計算機）和下位機（運動控制器）原先采用并行口（LPT1）的SPP方式進行通信。利用LPT1的狀態(tài)寄存器（StatusPort）具有的讀能力和每次傳送半字節(jié)（Nibble）來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的雙向傳送功能。每次傳送的時序（次序）由軟件建立，在控制字的協(xié)調(diào)下按照教學(xué)機器人的通信協(xié)議接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。
目前USB越來越普及，正逐漸取代串口和并口在計算機接口中的地位。為了研究USB在實時通信時的性能，筆者已將教學(xué)機器人上下位機通信改用USB端口實現(xiàn)。
圖1PL-2301結(jié)構(gòu)框圖
1USB特點及其應(yīng)用
通用串行總線USB（UniversalSerialBus）是1994年底由Compaq、IBM、Microsoft等多家公司聯(lián)合提出的一種計算機接噪覆亡，目前已發(fā)展到USB2.0。由于USB具有以下幾方面的特點，所以迅速普及，逐漸確定了在計算機接口中的主導(dǎo)地位。
（1）易用性。USB支持熱插拔和即插即用。
（2）可擴展性。用戶可以通過連接USB集線器到一個已有的端口來增加USB端口數(shù)量，集線器上還可以連更多的集線器。理論上可以連接127個外設(shè)到USB總線上。
（3）快速性。USB1.1版規(guī)定了兩種傳輸速率：低速傳輸和全速傳輸。低速傳輸?shù)乃俾适?.5Mbps，全速是12Mbps。這不但遠遠高于傳統(tǒng)的串口傳輸速率，也比并口傳輸快了好多倍。最近推出的USB2.0允許的最高傳輸速率高達480Mbps。
（4）可靠性。USB的可靠性來自硬件設(shè)計和USB數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議兩方面的保證。USB驅(qū)動器、接收器和電纜的硬件規(guī)范消除了大多數(shù)可能引起數(shù)據(jù)錯誤的噪聲；USB協(xié)議使用了差錯校驗和數(shù)據(jù)重傳機制，可以最大程度保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
（5）內(nèi)置電源。USB總線內(nèi)置電源線，可以給外設(shè)提供5V和最多500mA的電源供應(yīng)，滿足大部分低功耗外設(shè)的電源要求。
由于USB具有這些突出的優(yōu)點，不但一些傳統(tǒng)外設(shè)開始提供USB接口，而且大量新型外設(shè)也把USB接口作為首先甚至唯一的接口，如MP3播放器、移動硬盤等。由于USB的高可靠性和足夠快的通信速率，USB開始應(yīng)用于工業(yè)級的實時通信和控制，例如機器人系統(tǒng)中示教盒與控制器的通信。本文論述的用USB端口實現(xiàn)機器人上位機與下位機的通信也屬于這些方面的應(yīng)用。
2用USB實現(xiàn)計算機雙機通信
由于USB模型是一種Host-Slave(主機-外設(shè))主從式結(jié)構(gòu)，沒有辦法使兩臺主機不通過外設(shè)而直接通過USB總線通信。然而可通過增加外設(shè)控制器的方法使兩臺主機利用它們的USB端口通信。每個外設(shè)控制器連接到不同的主要，并利用共享的緩沖器交換數(shù)據(jù)。Cypress公司的EZ-Link和Prolific公司的PL-2301把兩個外設(shè)控制器和共享緩沖區(qū)集成到一塊芯片上，作為兩臺主機通過USB總線通俗訴橋梁。其它公司也提供類似的控制芯片。在教學(xué)機器人中，采用PL-2301。
PL-2301是臺灣Prolific公司生產(chǎn)的一種全速USB控制芯片。PL-2301的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。
PL-2301包括兩套獨立的USB控制單元。在握手信號的協(xié)調(diào)下，它們通過兩個FIFO緩沖器無阻塞地交換數(shù)據(jù)。PL-2301包含四個終端：缺省的控制終端（地址00H）、中斷終端（地址81H）、塊輸出終端（地址02H）、塊輸入終端（地址83H）。控制傳輸用于在主機列舉階段完成對PL-2301的配置及在兩臺主機通信時控制PL-2301的握手信號；中斷傳輸用于PL-2301定期（每毫秒一次）向主機報告握手信號的狀態(tài)；塊傳輸用于兩臺主機之間實時地交換數(shù)據(jù)。塊傳輸支持錯誤檢測，這對實時通信和控制很重要?？刂苽鬏敱淮_保擁有10%的USB總線帶寬，中斷傳輸和等時傳輸最多可以使用90%的帶寬，塊傳輸使用剩余的最大可用帶寬（最多95%）。當(dāng)總線不太忙時，由于塊傳輸只有一個很小的協(xié)議頭（13字節(jié)），它是所有傳輸類型中最快的。為了確何教學(xué)機器人上下位機以最快的速度通信，滿足實時性要求，最好不要在USB總線上掛接過多的USB外設(shè)。
PL-2301除了能對USB標(biāo)準(zhǔn)請求做出反應(yīng)外，還能對幾種廠商自定義的請求做出反應(yīng)。自定義請求ClearQuickLinkFeature和SetQuickLinkFeature用于控制兩臺主機通信時PL-2301的握手信號。這些握手信號是：
（1）TX_RDY指示本地USB端口是否準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)的指示信號。
（2）S_EN掛起使能信號。置位后，PL-2301支持標(biāo)準(zhǔn)的USB掛起特性。
（3）RESET_O塊輸出管道的復(fù)位信號，用于出現(xiàn)錯誤時復(fù)位塊輸出通道。
（4）RESET_IN塊輸入管道的復(fù)位信號，用于出現(xiàn)錯誤時復(fù)位塊輸入管道。
（5）TX_REQ塊傳輸?shù)恼埱笮盘枴?/p>
（6）TX_C塊傳輸完成的指示信號。
（7）PEER_E告訴對方本地端口是否連接好的指示信號。
在這幾個握手信號的協(xié)調(diào)下，上位機和下位機可以雙向通信。圖2是主機PCA向PCB傳輸數(shù)據(jù)的流程圖。這些底層的細節(jié)問題并不需要控制，由PL-2301的驅(qū)動程序完成。
圖3教學(xué)機器人控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)
3軟件結(jié)構(gòu)
3.1教學(xué)機器人軟件結(jié)構(gòu)
EDUROBOT-680-II型教學(xué)機器人控制系統(tǒng)的控制軟件包括下位機的底層控制軟件和上位機的上層控制軟件，它們通過USB端口通信。其軟件結(jié)構(gòu)如圖3所示。
上層控制軟件運行在Windows98平臺上，它為用戶提供與機器人交互的人機接口界面，完成復(fù)雜運動控制的數(shù)據(jù)處理和插補計算。它由人機界面、運算插補、主控、通信四大模塊構(gòu)成。通信模塊能夠?qū)崟r地發(fā)送控制命令給下位機并從下位機獲得反饋信息，同時保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。
為了提供對USB的支持（為了使底層控制系統(tǒng)有更好的實時性和更緊湊，下一步準(zhǔn)備將底層控制系統(tǒng)改用支持USB的WindowsCE、VxWorks或嵌入式Linux），底層控制系統(tǒng)目前采用Windows98平臺。底層控制軟件接口收上層控制軟件的控制命令，同時解釋并執(zhí)行控制命令。這通過多線程實現(xiàn)。任務(wù)調(diào)度和管理模塊是底層控制軟件的主線程，它負責(zé)從指令隊列中取出指令并解釋執(zhí)行。主線程執(zhí)行過程會產(chǎn)生一個輔助線程——通信線程。通信線程調(diào)用通信模塊的輸出函數(shù)，負責(zé)監(jiān)視USB端口。如果上位機傳來控制命令，則遵循教學(xué)機器人通信協(xié)議接收并存入指令隊列中。
3.2通信模塊的實現(xiàn)
上位機和下位機控制軟件共用相同的PL-2301客戶驅(qū)動程序、傳輸模塊（由Prolific公司提供）和通信模塊。
PL-2301客戶驅(qū)動程序是典型的WDM驅(qū)動程序。驅(qū)動程序屏蔽了底層的硬件細節(jié)和USB協(xié)議，使上層軟件僅通過驅(qū)動程序接口函數(shù)就可以訪問PL-2301。主要的幾個驅(qū)動程序接口函數(shù)是CreateFile（）、WriteFile（）、ReadFile（）、DeviceIOControl（）。
傳輸模塊（Transfer.dll）是驅(qū)動程序的上層模塊，它通過調(diào)用驅(qū)動程序接口函數(shù)，實現(xiàn)了兩臺主機通過PL-2301通信的基本通信能力。Transfer.dll會產(chǎn)生一列三個線程：
（1）發(fā)送線程。這個線程對發(fā)送請求進行排隊并按先后順序處理請求。如果出現(xiàn)錯誤，則努力恢復(fù)。
（2）接收線程。這個線程等待來自狀態(tài)線程的消息，如果發(fā)現(xiàn)對方主機將要傳輸數(shù)據(jù)，就按照傳輸協(xié)議接收數(shù)據(jù)。接收線程把接收到的數(shù)據(jù)放在接收FIFO緩沖器中，等待上層軟件（Comm.dll）取走。如果有錯誤發(fā)生時，也會努力恢復(fù)。
（3）狀態(tài)線程。這個線程監(jiān)視PL-2301的狀態(tài)信號。如果發(fā)現(xiàn)有任何狀態(tài)改變，它將給相關(guān)線程發(fā)消息或調(diào)用回調(diào)函數(shù)通知上層軟件。
Transfer.dll提供幾個供上層軟件（Comm.dll）調(diào)用的輸出函數(shù)：
·USB_InitService（）調(diào)用Transfer.dll里的其他輸出函數(shù)之間必須先調(diào)用這個函數(shù)。
·USB_OpenConnect（）調(diào)用此函數(shù)獲得PL-2301的句柄。發(fā)送和接收數(shù)據(jù)時要用到這個句柄。
·USB_WriteConnect（）調(diào)用此函數(shù)向?qū)Ψ街鳈C發(fā)送指定的數(shù)據(jù)。
·USB_ReadConnect（）調(diào)用此函數(shù)從接收FIFO緩沖器中讀取數(shù)據(jù)。
關(guān)鍵詞：單片機系統(tǒng)高速數(shù)據(jù)通信EPP
前言
單片機系統(tǒng)中常常需要具備與PC機通信的功能，便于將單片機中的數(shù)據(jù)傳送到PC機中用于統(tǒng)計分析處理；有時又需要將PC機中的數(shù)據(jù)裝入單片機系統(tǒng)中，對單片機程序進行驗證和調(diào)試。目前常用的通信方式是串行通信，但傳輸速率太低，以9600bps計算，傳輸1MB至少需要10min(分鐘)以上。并行通信克服了串行通信傳輸速率低的缺點。標(biāo)準(zhǔn)并行口SPP（StandardParallelPort）方式實現(xiàn)了由PC機向外設(shè)的單向傳輸，但實現(xiàn)PC機接收外設(shè)發(fā)送的數(shù)據(jù)則非常麻煩；而增強型并行口EPP（EnhancedParallelPort）協(xié)議卻很好地解決了這一問題，能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定的高速數(shù)據(jù)通信。
一、EPP接口協(xié)議介紹
EPP協(xié)議最初是由Intel、Xircom、Zenith三家公司聯(lián)合提出的，于1994年在IEEE1284標(biāo)準(zhǔn)中。EPP協(xié)議有兩個標(biāo)準(zhǔn)：EPP1.7和EPP1.9。與傳統(tǒng)并行口Centronics標(biāo)準(zhǔn)利用軟件實現(xiàn)握手不同，EPP接口協(xié)議通過硬件自動握手，能達到500KB/s～2MB/s的通信速率。
1.EPP引腳定義
EPP引腳定義如表1所列。
表1EPP接口引腳定義
引腳號SPP信號EPP信號方向說明
1StrobenWrite輸出指示主機是向外設(shè)寫（低電平）還是從外設(shè)讀（高電平）
2～9Data0～7Data07輸入/輸出雙向數(shù)據(jù)總線
10AckInterrupt輸入下降沿向主機申請中斷
11BusynWait輸入低電平表示外設(shè)準(zhǔn)備好傳輸數(shù)據(jù)，高電平表示數(shù)傳輸完成
12PaperOut/EndSpare輸入空余線
13SelectSpare輸入空余線
14AutofdnDStrb輸出數(shù)據(jù)選通信號，低電平有效
15Error/FaultnDStrb輸入空余線
16InitializeSpare輸出初始化信號，低電平有效
17SelectedPrinternAStrb輸出地址數(shù)據(jù)選通信號，低電平有效
18～25GroundGroundGND地線
2.EPP接口時序
EPP利用硬件自動握手實現(xiàn)主機與外設(shè)之間的高速雙向數(shù)據(jù)傳輸，軟件只須對相應(yīng)端口寄存器進行讀/寫操作。
（1）EPP寫操作時序如圖1所示。
CPU實現(xiàn)向外設(shè)寫數(shù)據(jù)的操作步驟如下：
①程序?qū)PP數(shù)據(jù)寄存器執(zhí)行寫操作；
②nWrite置低；
③CPU將有效數(shù)據(jù)送到數(shù)據(jù)總線上；
④nDStrb(nAStrb)變低（只要nWait為低）；
⑤主機等待nWait變高，確認數(shù)據(jù)發(fā)送成功；
⑥主機等待nWait變高，確認數(shù)據(jù)發(fā)送成功；
⑦EPP寫周期結(jié)束。
（2）EPP讀操作時序如圖2所示。
CPU實現(xiàn)從外設(shè)讀數(shù)據(jù)的操作步驟如下：
①程序?qū)ο鄳?yīng)EPP端口寄存器執(zhí)行讀操作；
②nDStrb(nAStrb)置低（如果nWait為低）；
③主機等待nWait為高，確認數(shù)據(jù)發(fā)送成功；
④主機從并行口引腳讀取數(shù)據(jù)；
⑤nDStrb(nAStrb)置高；
⑥EPP讀操作周期結(jié)束。
3.EPP端口寄存器
EPP接口除了保留SPP的3個端口寄存器以外，還新增了5個端口寄存器，如表2所列。
表2
地址端口名稱方向
基地址+0SPP數(shù)據(jù)端口寫
基地址+1EPP狀態(tài)端口讀
基地址+2EPP控制端口寫
基地址+3EPP地址端口讀/寫
基地址+4EPP地址端口讀/寫
基地址+5EPP數(shù)據(jù)端口讀/寫
基地口+6未定義（32位傳輸）讀/寫
基地址+7未定義（32位傳輸）讀/寫
EPP狀態(tài)端口寄存器
WAITINTRUSER1USER2USER3××TMOUT
WAIT：Wait狀態(tài)位（1有效）；
INTR：中斷請求狀態(tài)位（1有效）；
USER1～USER3：用戶自定義；
TMOUT：保留（EPP1.7）超時標(biāo)志位（EPP1.9）。
EPP控制端口寄存器。
××DIRIRQENASTRBINITDSTRBWRITE
DIR：方向位（1輸入，0輸出）；
IRQEN：中斷使能位（1有效）；
ASTRB：地址選通位（0有效）；
INIT：初始化（1有效）；
DSTRB：數(shù)據(jù)選通位（0有效）；
WRITE：讀/寫狀態(tài)位（0：寫，1：讀）。
讀取接口狀態(tài)和控制接口都只須對相應(yīng)的端口寄存器進行操作。以初始化為例：
讀操作初始化：outportb(port+2,0x24)；
//port為SPP數(shù)據(jù)端口地址
寫操作初始化：outportb(port+2,0x04);
//port+2為EPP控制端口地址
4.EPP1.7和EPP1.9
EPP接口最先有EPP1.7標(biāo)準(zhǔn)定義，由于硬件廠商的原因，EPP現(xiàn)有兩個標(biāo)準(zhǔn)：EPP1.7和EPP1.9，可以在BIOS/設(shè)備/并行口（BIOS/PeripheralSetup/ParallelPortMode）方式中進行設(shè)置。兩者有如下不同點：
（1）EPP狀態(tài)端口寄存器的最低位bit0，在EPP1.9中定義為TMOUT。在EPP操作時序中，如果PC機數(shù)據(jù)（地址）選通信號變低后，且在10μs時間內(nèi)，外設(shè)未能將nWait置為低，則TMOUT置為1，表示延時。
（2）EPP1.9標(biāo)準(zhǔn)中，只有當(dāng)nWait為低時，才能開始一個操作周期；但在EPP1.7中，無論nWait狀態(tài)如何，nAstrb(nDstrb)都會被置低，從而開始一個新的數(shù)據(jù)（地址）操作周期。
二、EPP接口傳輸數(shù)據(jù)的一個實例
在某單片機系統(tǒng)中，須要將單片機系統(tǒng)中數(shù)據(jù)存儲器的大量數(shù)據(jù)傳輸?shù)絇C機中進行分析處理。EPP接口（采用EPP1.7標(biāo)準(zhǔn)）硬件電路及軟件流程圖如圖3～圖5所示。
GAL譯碼電路方程式為/O1=/I1*/I2*/I3*I4*/I5，EPP接口選通地址為2000H。當(dāng)單片機執(zhí)行如下指令：
MOVDPTR，#2000H
MOVX@DPTR，A
就將寄存器A中的數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)總線上，便于PC機利用EPP接口進行讀操作。
C語言例程：
#defineSPPDATA0x0378//定義各寄存器地址
#defineSPPSTAT0x0379
#defineSPPCNTL0x037A
#defineEPPADDR0x037B
#defineEPPDATA0x037C
#include<stdio.h>
FILE*fp;
Intdata;
Longi;
intk;
fp=fopen(filename,"wb");//打開要存儲數(shù)據(jù)的文件
outportb(SPPCNTL,0x24);
//向控制端口發(fā)00100100代碼，初始化為讀操作模式for(i=0;i<524288;i++)
{
while(!((inportb(SPPSTAT))&0x80))
//查詢是否發(fā)送完畢
{}
data=inportb(EPPDATA);//讀數(shù)據(jù)
fputc(data,fp);//將數(shù)據(jù)存入文件
}
fclose(fp);//關(guān)閉文件
單片機匯編語言程序為：
FLAG1BITP1.7；標(biāo)志位
FLAG2BITP3.4
STADDEQU0000H；要傳輸數(shù)據(jù)段的起始地址
NUMEQUFFFFH；要傳輸數(shù)據(jù)端的字節(jié)個數(shù)
COMMUN：MOVDPTR，#STADD
COMM1：MOVXA，@DPTR
PUSHDPH
PUSHDPL
MOVDPTR，#EPP_CE
MOVX@DPTR，A
POPDPL
POPDPH
SETBFLAG1；將P1.7置高
CLRFLAG2；將P3.4置低
JBFLAG1，$；查詢P1.7為低，即nDStrb為低，表示PC讀操作已完成
SETBFLAG2；將P3.4置高
SETBFLAG1；將P1.7置高
INCDPTR
CJNENUM，COMM1；循環(huán)NUM次
RET
實際應(yīng)用該接口電路，能實現(xiàn)1MB/s的傳輸速率，并且性能穩(wěn)定可靠。
如果應(yīng)用EPP1.9標(biāo)準(zhǔn)，硬件電路不用變動，軟件中可以省略對nWait進行判斷的環(huán)節(jié)，速率能接近2MB/s。
