单片机与PC通信的简化接口

liyf

  
         
    摘要：给出了一种单片同与PC进行通信的低成本接口的设计方法，并给出了其中的关键参数，通过在实践中检验证明：该接口在对成本和体积有严格要求的系统中有着广泛的应用。
    关键词：单片机 PC 接口 通信
在单片机系统的设计中，经常遇到需要与PC进行通信的问题。一般单片机都提供有UART接口，而普通PC机也都有1～2个RS-232口，所以，实际使用时经常用RS-232进行单片机与计算机间的通信。在近距离通信中，以零调制三线经济型使用最为广泛。
RS-232标准是广泛使用的串行通信标准，但使用的电平与TTL和MOS电平完全不同，逻辑“0”至少为+3V，逻辑“1”至少为-3V，而单片机系统则使用TTL电平或MOS电平。因此，需要使用接口电路来实现TTL电平或MOS电平与RS-232电平之间的转换。目前已有现成的接口芯片可供选用，价格低一些的如MC地488（将TTL电平转换为RS-232C标准电平）和MC1489（将RS-232标准电平转换为TTL电平），但MC1488需要±12V的供电电压。另外，也有许多使用单一的+5V供电芯片可供选择，如MAX2003，但此类芯睡价格不菲，且需要若干外围元件。在对体积和成本有较严格的要求时，进一步简化接口电路很有必要。
1 一种简单的接口电路
实用中，单片机与PC的通信通常采用半双工通信，这时，可以采用一种较简单的接口电路（如图1所示）。在这种电路中，PC机的RXD上的逻辑高电平（小于-3V）是以“偷电”的方式从本身的TXD端获得。这种电路的工作原理如下：


PC机TXD端的逻辑电平经T1后变为TTL电平或MOS电平。在单片机TXD端为逻辑低电平时，光耦的发光二极管发光，使得晶体管导通。其集电极的VCC（一般为+5V）加在PC机的RXD端；而在单片机TXD端为逻辑高电平时，光耦的发光二极管不发光，晶体管截止。由于PC机的TXD端在空闲时处于逻辑高电平（小于-3V），因此，这个电平便通过电阻R4加到其RXD端。这样，便实现了TTL电平或MOS电平到RS-232电平的转换。但需要注意的是，由于PC机的RXD和RXD端通过电阻接到了一起，因此有时会出现PC机自发自收的情况，这一点需要在编程时加以处理。
2 电阻值的确定
图1电路中，R1、R2的取值范围较大，一般只要使得T1正常工作在开关状态下即可。R3的取值可按下式进行计算：
R3=(Vcc-VF-Vcs)/IF
其中Vcc是工作电源电压，Vcs是单片机TXD端的低电平电压（一般取0.2V），VF是光耦中的发光二极管导通时的正向压降（一般为1.1V左右），IF是其正常工作电流（一般为10mA）。
R4取值的合适与否是本电路的关键。取值过小，可能会在单片机发送逻辑低电平时，使PC机的RXD端电平受自身TXD端的影响太大而导致电压过低，从而达不到逻辑低电平的要求而不能正确接收；取值过大，则会在单片机发送逻辑高电平时，PC机RXD端受其输入电阻的影响而不能将自身TXD端的逻辑电平正确传送过来，这样也不能正确接收。实际上，R4的取值受多种因素的影响，其中包括：光耦中晶体管的特性、R2的值、二极管D的特性、PC机RXD端的输入电阻和输入电平、TXD端的输出电阻和输出电平等。而这些因素中，尤以后两乾的影响为甚。
在PC机系统中，异步通信适配器以INS8250通讯芯片为核心，再配以可进行电平转换的发送器和接收器电路而组成的。不同种类的PC机由于主板设计的不同，其RS-232的特性也有差异，特别是RXD端的输入电阻和TXD端的输出电阻相去甚远。因此，若要用计算的方法得到R4的取值，需要了解各种主板的电路设计，这样非常麻烦。但是对各种常见品牌计算机的RS-232口的特性进行测试却是相对简便的。笔者在各种常见品牌的近百台计算机上进行了测试，得到了可以在各种计算机上可正常使用的R4值，具体取值如表1所列。

表1 PC与单片机通信情况和R4值的关系
[table]


机   型[/td]
联想500[/td]
同创100[/td]
东海550[/td]
兼容机300[/td]
PHILIPS350[/td][/tr]

R4值[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td]
X1   X2  X3[/td][/tr]

5.6kΩ[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td][/tr]

10kΩ[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td][/tr]

11kΩ[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td]
1    1    0[/td][/tr]

12.2kΩ[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td][/tr]

15.6kΩ[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td][/tr]

20kΩ[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td]
1    1    1[/td][/tr]

21kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

22kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
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30kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
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0    1    1[/td]
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56kΩ[/td]
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0    1    1[/td]
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0    1    1[/td]
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77kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
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100kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
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131kΩ[/td]
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0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
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150kΩ[/td]
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0    1    1[/td]
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0    1    1[/td]
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200kΩ[/td]
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0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
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240kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td][/tr]

280kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
0    1    0[/td]
1    1    1 [/td]
1    1    1[/td][/tr]

300kΩ[/td]
0    1    1[/td]
0    1    1[/td]
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1    1    0[/td]
1    1    1[/td][/tr]

开路[/td]
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robter

很好，正在学习，谢谢楼主

俏皮女王

学习学习！