GMS972051是韓國(guó)LG公司生產(chǎn)的MW內(nèi)部帶2K E2PROM的與MCS-51兼容的單片機(jī)。

GMS97C2051省去了MCS-51的P0和P3口，但是多了一個(gè)內(nèi)部硬件比較器。由于單片機(jī)的通信信號(hào)為TTL電平，如果不采取其它的措施，其在通信速率為9600bps時(shí)通信距離不超過5米。一般為了延長(zhǎng)單片機(jī)的通信距離，采用RS-232/RS- 485轉(zhuǎn)換器、RS-232/RS-422轉(zhuǎn)換器或光隔遠(yuǎn)程收發(fā)器。本文介紹的方法可將GMS97C2051單片機(jī)之間通信距離延長(zhǎng)到1200米以上，而且不需要添加任何硬件措施，完全用軟件來實(shí)現(xiàn)。

要用純軟件方法實(shí)現(xiàn)GMS97C2051單片機(jī)之間的遠(yuǎn)程通信，首先必須將單片機(jī)的TTL電平的軟件方法轉(zhuǎn)換為差分電平，其次要用普通I/O口線來構(gòu)成軟件串行口，并且在軟件上進(jìn)行正確的配合。

TTL電平轉(zhuǎn)換成差分電平的純軟件方法

GMS97C2051 單片機(jī)的信號(hào)均為TTL電平。TTL電平信號(hào)傳輸距離非常有限，一般在9600bps傳輸率時(shí)傳輸距離不超過5米。而差分電平信號(hào)則是取決于兩種信號(hào)線之間的電平差值，如果某條信號(hào)線的電平高于另一條，則信號(hào)為1，否則為0。由于差分電平信號(hào)可以避免長(zhǎng)距離傳輸導(dǎo)線上的電荷積累，并且具有更寬的電平范圍，所以傳輸距離遠(yuǎn)得多。RS485差分電平信號(hào)在9600bps傳輸率時(shí)傳輸距離可達(dá)1200米。

為了用純軟件實(shí)現(xiàn)差分電平傳輸就不能使用GMS97C2051本身的硬件串行口，而是用普通I/O線來實(shí)現(xiàn)串行通信。差分電平要用兩條I/O口線來實(shí)現(xiàn)，比如P1.2和P1.3兩條線（見圖1）。當(dāng)傳輸信號(hào)為1時(shí)，P1.2為+5V，而 P1.3為0V。當(dāng)傳輸信號(hào)為0時(shí)，P1.2為0V為0V，而P1.3為 +5V。注意P1.2和P1.3不得同時(shí)置+5V或同時(shí)置0V。

GMS97C2051 單片機(jī)的P1.0和P1.1可以分別作為片內(nèi)精密模擬電壓比較器的正輸入端（AIN0）和負(fù)輸入端（AINI），所以正好可以用于接收差分電平信號(hào)。內(nèi)部電平比較器的輸出已經(jīng)在芯片內(nèi)部連到P3.6口，所以可以通過讀取P3.6口的值來得到差分電平信號(hào)。

軟件串行口的實(shí)現(xiàn)方法

由普通I/O口線來實(shí)現(xiàn)串行通信，習(xí)慣上稱為軟件串行口。采用差分電平通信的軟件串行口的硬件接線圖如圖2.A、B兩機(jī)均為GMS97C2051單片機(jī)。 P1.2和P1.3用于發(fā)送，P1.0和P1.1口用于接收，P1.0同時(shí)接本機(jī)中INI0。軟件串行口一般全用標(biāo)準(zhǔn)的10位異步通信格式：1位起始位（信號(hào)0），8位數(shù)據(jù)位，1位停止位（信號(hào)1）。接收時(shí)均是低位數(shù)據(jù)在前，高位數(shù)據(jù)在后。

軟件串行口接收和發(fā)關(guān)的工作原理和過程如下：?jiǎn)纹瑱C(jī)復(fù)位后，執(zhí)行初始化程序時(shí)，定義P1口為位控方式，其中P1.0和P1.1定義為輸入，P1.2和P1.3定義為輸出。P1.2初始化為"1"， P1.3初始化為"0"，這樣發(fā)送信號(hào)處于停止位（差分電平"1"）。定義INT0為負(fù)沿觸發(fā)。允許中斷且定義成高優(yōu)先級(jí)，然后開中斷，兩機(jī)進(jìn)入隨時(shí)可開始串行通信的等待狀態(tài)。A、B不通信時(shí)，兩機(jī)的收發(fā)均為"1"，一旦某機(jī)（假設(shè)為A）需要與對(duì)方通信，A機(jī)以約定的波特率（假定為9600bps），通過 P1.2和P1.3發(fā)送。發(fā)關(guān)和接收一個(gè)字節(jié)的過程如下：

A 機(jī)發(fā)送端首先發(fā)送起始位（"0"電平），B機(jī)INT0引腳產(chǎn)生下跳沿后，產(chǎn)生中斷申請(qǐng)。B機(jī)CPU響應(yīng)此中斷后，執(zhí)行INT0中斷服務(wù)子程序。在中斷服務(wù)子程序開始，用位輸入指令讀入P3.6狀態(tài)，如果是"1"電平，則表明此次中斷是受干擾所致，因而取消此次接收過程，中斷返回；如果P3.6狀態(tài)讀入電產(chǎn)是"0"，則表明本次中斷確系A(chǔ)機(jī)發(fā)送超始位所引起，經(jīng)精確延時(shí)，在A機(jī)發(fā)送各數(shù)據(jù)位中間處進(jìn)行采樣，獲得各數(shù)據(jù)位的狀態(tài)，最后生成一個(gè)字節(jié)，送有關(guān)單元之后中斷返回。雖然送往INT0的信號(hào)為TTL電平，但是由于它的傳輸速率非常之低，加上軟件抗干擾措施，所以仍然可以有效地傳輸1200米。

軟件串行中遠(yuǎn)程通信的關(guān)鍵是如何以較高的波特率可靠地實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。下面介紹一組以9600bps波特率設(shè)計(jì)，用MCS-51匯編語(yǔ)言編寫的具有很強(qiáng)抗干擾能力和很高可靠性的收發(fā)一個(gè)字節(jié)的子等等程序。

軟件串行通信的編程

串行通信要實(shí)現(xiàn)成功接收必須解決以下關(guān)鍵技術(shù)：（1）要準(zhǔn)確、快速檢測(cè)出對(duì)方發(fā)出的超始位以及起始位負(fù)跳變的時(shí)刻；（2）保證在每個(gè)數(shù)據(jù)位中間采樣；（3）具有有效的校驗(yàn)和查錯(cuò)手段。

我們針對(duì)性地采取以下措施：用定義成高級(jí)中斷的外中斷引腳下接收線相連，來及時(shí)捕捉起始位信息，并在確定采樣時(shí)刻的計(jì)算中扣除中斷響應(yīng)滯后的延時(shí)時(shí)間；精心設(shè)計(jì)、編寫程序，逐條計(jì)算指令實(shí)際執(zhí)行時(shí)間，排除其他中斷干擾（關(guān)中斷），從而保證在每個(gè)數(shù)據(jù)位中間處進(jìn)行采樣；每位重復(fù)采樣多次，確定各數(shù)據(jù)位的狀態(tài)，從而可大大減少遠(yuǎn)程通信常見的瞬態(tài)干擾（其特點(diǎn)是幅度大、作用時(shí)間短、隨機(jī)性強(qiáng)）對(duì)通信的不良影響。綜合采用上述技術(shù)措施以中斷方式工作的接收（1 幀）的中斷服務(wù)源程序見程序清單）：

以上指令共46個(gè)機(jī)器周期（T），加上中斷響應(yīng)平均延時(shí)5個(gè)機(jī)器周期，所以程序執(zhí)行到此，即A機(jī)發(fā)送起始位（開始變低）到此已經(jīng)歷51T。由于MCS-51指令的1個(gè)機(jī)器周期（T）相當(dāng)于12個(gè)時(shí)鐘周期，所以當(dāng)用12MHz的晶振時(shí)，1個(gè)機(jī)器周期（1T）相當(dāng)于是1μs。51T相當(dāng)于51μs。

從A機(jī)發(fā)出超始位到此共延時(shí)51T+4T+88T=143T，相當(dāng)于143μs。

傳輸率為9600bps時(shí)，每位費(fèi)時(shí)104μs（即1s/9600)。從起始位開始到D0 位中間1.5位，費(fèi)時(shí)1.5×104μs=156μs。下面程序在 156μs及其前后各11μs處對(duì)D0位進(jìn)行共3次采樣，記錄D0采樣結(jié)果為0次數(shù)。如果3次采樣結(jié)果為0的次數(shù)小于等于1，則判斷D0=1。如果3次采樣結(jié)果為0的次數(shù)大于等于2，則判斷D0=0。這樣極大地增強(qiáng)了串行通信的可靠性。然后再經(jīng)過延時(shí)后對(duì)其他各位數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的三次采樣，直到D0～D7共 8位數(shù)據(jù)全部采樣結(jié)束。

以上程序執(zhí)行用去40T，加上前面的143T，共花去183μs。每次返回NEXT3循環(huán)一次，讀入一位數(shù)據(jù)。在程序輸入NEXT3前，給R0賦值02H，就能保證以后各位數(shù)據(jù)位3次采樣的準(zhǔn)確時(shí)刻。此中斷服務(wù)子程序段不僅能實(shí)現(xiàn)在每位數(shù)據(jù)采樣，而且還在中間時(shí)刻前后11μs各采樣1次。以3次數(shù)據(jù)的多數(shù)結(jié)果確定該位的值，可大大降低因干擾出錯(cuò)的概率，因此在干擾嚴(yán)重的遠(yuǎn)程通信中有很強(qiáng)的適應(yīng)性。

結(jié)語(yǔ)

本文介紹的GMS97C2051單片機(jī)遠(yuǎn)程通信的純軟件方法和程序也適合于ATMEL公司的AT89C2051單片機(jī)，對(duì)其他單片機(jī)的遠(yuǎn)程通信也具有一定的參考價(jià)值。文中提供的軟件接口方法和源程序經(jīng)實(shí)際應(yīng)用表明，該方法可延長(zhǎng)通信距離至 1200米（9600bps時(shí)）。本方法的不足之處在于軟件編程要求比較高，如果要實(shí)現(xiàn)即軟件編程簡(jiǎn)單、又通用性好的單片機(jī)遠(yuǎn)程通信，還是要使用RS- 232/RS-485/RS-422轉(zhuǎn)換器或光隔遠(yuǎn)程收發(fā)器。