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    信號與系統實驗箱--計算機與單片機通信接口

    一、實驗目的
    1.熟悉RS-232接口電路的作用與電路組成;
    2.掌握計算機與實驗平臺串行通信的方法;
    3.掌握計算機與實驗平臺串行通信的軟件編程及運行程序。
    二、計算機串行通信接口電路原理
    實驗平臺設有專門用于與外部計算機串行通信的接口電路。它采用RS-232標準。下面先介紹RS-232標準和RS-232接口芯片,然后介紹計算機與平臺串行通信的實驗電路。
    1.RS-232接口電路
    1)RS-232C標準
    EIA  RS-232C(現在已發(fā)展到RS-232E)是異步串行通信中應用最廣的標準總線,它包括了按位串行傳輸的電氣和機械方面的規(guī)定,適用于數據終端設備(DTE)和數據通信設備(DCE)之間的接口。一個完整的RS-232C接口有22根線,采用標準的25芯插頭座。其中15根引線組成主信道通信,其它則為未定義和供輔信道使用的引線。輔信道也是一個串行通道,但其速率比主信道低得多,一般不使用。如果要使用的話,主要是傳送通信電路兩端所接的調制解調器的控制信號。實用的大多數計算機應用系統或智能單元之間只需要使用3~5根信號線路即可工作,其中包括兩個方向的數據線和一對握手信號線RTS和DSR,另外一條是公用的信號地線。實驗平臺上不用握手信號,采用了最簡單的3線連接方式。
    由于RS-232是早期為促進公用電話網絡進行數據通信而制定的標準,其邏輯電平對地是對稱的,完全與TTL、CMOS邏輯電平不同。RS-232的邏輯電平規(guī)定:邏輯‘0’電平為+5~+15V,邏輯‘1’電平為-5~-15V。因此具有RS-232電平的器件與具有TTL電平的器件要互相連接必須先經過電平轉換。表23-1為現行的EIA/TIA  RS-232E,CCITTV.28標準摘要:
    RS-232C標準由于發(fā)送器和接收器之間具有公共信號地,不可能采用雙端信號,只能采用單端信號即不平衡傳輸方式。因此,共模噪聲會耦合到信號系統中。這是迫使RS-232使用較高傳輸電壓的主要原因,即便如此,該標準的信號傳輸速率也只能達到20KB/S,而且最大通信距離僅30米,只有這種條件下才能可靠地進行數據傳輸。

    表23-1    EIA/TIA-232E,V28標準摘要
    由于實驗平臺的信號電平使用TTL/CMOS電平,外部計算機內的發(fā)送器、接收器采用RS-232C電平。當計算機與平臺進行串行通信時,必須加入電平轉換器,把平臺的TTL/CMOS電平轉換為計算機接口的RS-232電平。這類電平變換器有許多產品,平臺上選用具有電平轉換功能的MAXIM公司200系列的MAX202型收發(fā)器。
    2)MAX202收發(fā)器
    MAX200系列(MAX200-MAX211/MX213)收發(fā)器是一種集發(fā)送器與接收器于一體同時具有電平轉換功能的接口電平轉換電路,它可把TTL/CMOS電平與RS-232電平互換,是專為使用±10V或±12V電源的RS—232與V.28通信接口而設計。收發(fā)器使用+5V輸入電源,片內設有充電泵式的電壓變換器,把+5V變換為±10V以便提供RS-232輸出電平。其中MAX209內部的電壓變換器將+5V變換為±12V,故它們可提供±12V的RS-232輸出電平。比其它型號輸出電平更高,傳輸距離更遠。
    MAX200-MAX211/MAX213收發(fā)器在數據速率為20Kb/S時滿足所有EIA/TIA-232E與CCITT  V.28標準。在數據速率超過120Kb/S時發(fā)送器可輸出±5V  EIA/TIA-232E輸出信號電平,符合EIA/TIA-232E標準。
    2.計算機與實驗平臺串行通信電路
    圖23-1為PC機與實驗平臺串行通信實驗的方框圖。

    圖23-1    計算機與實驗平臺串行通信實驗方框圖
    3.程序下載與運行結果讀取原理(本項實驗內容放到課題設計中進行)
    1)程序下載:運行信號與系統實驗平臺的上位軟件Signal,選擇“DSP應用實驗”,點擊“裝載”按鈕,在彈出的對話框中選擇要裝載的文件(如DSP應用程序)或數據(如:濾波器設計),通過RS232串口送入單片機AT89S52(UB04),UB04通過DSP的HPI 接口將PC機送來的程序或數據發(fā)給DSP,PC機發(fā)運行命令給單片機UB04,UB04使DSP復位,并運行裝載的程序。
    注:本軟件可直接將編譯好DSP的執(zhí)行文件“*.OUT”下載到DSP芯片的SRAM中。
    2)DSP中數據讀取:DSP將運行結果存于DRAM中,主機AT89S52通過HPI接口讀取數據并通過PC機的串口將數據發(fā)送到PC機(如:頻譜分析)。
    3)運行上位軟件Signal,選擇“DSP應用實驗”,點擊“裝載”按鈕,裝載已編譯好的目標文件(*.OUT),然后按“運行”按鈕,即可使DSP運行裝載的程序。
    三、實驗內容
    1.熟悉RS-232接口電路的標準和電路組成;
    2.用高級語言編寫PC機異步串口的通信程序;
    3.用51的匯編語言編寫單片機與PC機的通信程序;
    4.參閱DSP主機接口的有關資料,編寫單片機通過主機接口讀寫DSP中DRAM中數據的程序。
    四、實驗報告要求
    1.畫出計算機與實驗平臺串行通信的電路,說明MAX202芯片的作用;
    2.描述DSP的HPI接口的工作原理,給出DSP和主機AT89S52通信的程序框圖。

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