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MB89P475的UART/SIO結(jié)構(gòu)與應(yīng)用
摘要：MB89P475是富士通公司生產(chǎn)的八位單片機。該單片機具有豐富的軟、硬件資源和良好的EMC性能，可廣泛應(yīng)用于家電控制等產(chǎn)品中。該器件內(nèi)含兩路UART/SIO接口，非常適用于計算機集中控制和管理的多級通信控制系統(tǒng)中。文中介紹了該單片機的特點和UART/SIO結(jié)構(gòu)，給出了MB89P475在LSP300型中央空調(diào)的計算機集控系統(tǒng)中的設(shè)計應(yīng)用方法。關(guān)鍵詞：MB89P475；單片機；中央空調(diào)；計算機集控系統(tǒng)
ＭＢ８９Ｐ４７５是富士通公司生產(chǎn)的Ｆ２ＭＣ－８ＬＭＢ８９４７０單片機系列產(chǎn)品。該產(chǎn)品具有豐富的軟、硬件資源和良好的ＥＭＣ性能，而且其程序空間（１６ｋ×８ｂｉｔｓＰＲＯＭ）和數(shù)據(jù)空間（５１２×８ｂｉｔｓＲＡＭ）大小適中,定時器資源和中斷資源豐富。雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ接口的設(shè)置是該產(chǎn)品的一大特點。在指令設(shè)計方面，利用該單片機可以直接進行１６位數(shù)據(jù)的比較和算術(shù)運算。ＭＢ８９Ｐ４７５的高性價比和合理的資源配置，使其可以廣泛應(yīng)用于家用電器控制和工業(yè)控制等應(yīng)用領(lǐng)域。此外，在多級數(shù)據(jù)通信控制系統(tǒng)的開發(fā)設(shè)計中，ＭＢ８９Ｐ４７５也是一款不可多得的單片機產(chǎn)品。
１ＭＢ８９Ｐ４７５簡介
１．１引腳功能
ＭＢ８９Ｐ４７５（ＯＴＰ型號）相應(yīng)的掩膜（ＭＡＳＫ）產(chǎn)品型號為ＭＢ８９４７５，它具有兩種封裝形式，分別是４８－ｐｉｎＰｌａｓｔｉｃＳＨ－ＤＩＰ和４８－ｐｉｎＰｌａｓｔｉｃＱＦＰ封裝。本文以ＳＨ－ＤＩＰ封裝形式為例來介紹其引腳定義，圖１所示是該封裝的引腳排列圖，現(xiàn)將各引腳的功能說明如下：
Ｘ０，Ｘ１：振蕩器輸入、輸出；
ＭＯＤＥ：模式設(shè)定引腳，使用時，該引腳通常直接接地；
ＲＳＴ：復(fù)位腳，低電平復(fù)位；
Ｐ００／ＡＮ０～Ｐ０７／ＡＮ７：通用Ｉ／Ｏ口或Ａ／Ｄ輸入口；
Ｐ１０～Ｐ１３：通用Ｉ／Ｏ口或沿觸發(fā)中斷輸入口；
Ｐ１４～Ｐ１７：通用Ｉ／Ｏ口或定時器輸入（ＥＣ）、輸出口（ＴＯ）；
Ｐ２０～Ｐ２２：通用Ｉ／Ｏ口或ＵＡＲＴ／ＳＩＯ１的時鐘輸入、數(shù)據(jù)輸出和輸入口；
Ｐ２３：通用Ｉ／Ｏ口或ＰＷＣ（脈寬測量）輸入口；
Ｐ２４：通用Ｉ／Ｏ口或ＰＷＭ（脈寬調(diào)制）輸出口；
Ｐ２５～Ｐ２７：通用Ｉ／Ｏ口或ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２的數(shù)據(jù)輸入、數(shù)據(jù)輸出、時鐘輸入口；
Ｐ３０＊～Ｐ３６＊：大電流驅(qū)動輸出口，其中，Ｐ３０／ＢＵＺ＊可作蜂鳴器驅(qū)動口；
Ｐ４０～Ｐ４１：在ＭＢ８９Ｐ４７５（１０２）（單時鐘系統(tǒng)）中為通用輸入口，在ＭＢ８９Ｐ４７５（２０２）（雙時鐘系統(tǒng)）中為副時鐘連接引腳；
Ｐ４２：通用輸入口；
Ｐ５０～Ｐ５４：通用Ｉ／Ｏ口或電平觸發(fā)中斷輸入口（低電平中斷）；
Ｃ：接０．１μＦ電容到地；
Ｖｃｃ、Ｖｓｓ：電源（＋５Ｖ）和接地（ＧＮＤ）引腳；
Ａｖｃｃ、Ａｖｓｓ：Ａ／Ｄ電路的參考電源和地。
１．２主要特點
ＭＢ８９Ｐ４７５內(nèi)含六個定時器，分別為：ＰＷＣ（脈寬測量）定時器（可用作時間間隔定時器）、ＰＷＭ（脈寬調(diào)制）定時器（可用作時間間隔定時器）、２個８／１６ｂｉｔ定時／計數(shù)器、一個２１－ｂｉｔ時間基準(zhǔn)定時器和一個Ｗａｔｃｈ比例器。此外，ＭＢ８９Ｐ４７５還具有如下特點：
●帶有蜂鳴器驅(qū)動，可由程序選擇７種驅(qū)動信號頻率；
●可外部中斷，包括４個沿觸發(fā)中斷通道和５個電平觸發(fā)中斷通道；
●內(nèi)含８通道１０位Ａ／Ｄ轉(zhuǎn)換器；
圖3
●內(nèi)含ＵＡＲＴ／ＳＩＯ異步／同步數(shù)據(jù)接收／發(fā)射器；
●可低功耗工作，具有Ｓｔｏｐ模式、Ｓｌｅｅｐ模式、副時鐘模式、Ｗａｔｃｈ模式等多種工作模式；
●帶有Ｗａｔｃｈｄｏｇ定時復(fù)位功能；
●最大可用３９路Ｉ／Ｏ口。
２ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ結(jié)構(gòu)
ＭＢ８９Ｐ４７５的最大特點就是內(nèi)部集成了一個ＵＡＲＴ／ＳＩＯ通用串行數(shù)據(jù)通信接口，可通過片內(nèi)雙緩沖器實現(xiàn)全雙工雙向通信?同時?ＵＡＲＴ／ＳＩＯ可編程配置為異步或同步通信模式；其內(nèi)部波特率發(fā)生器既可以選擇１４種不同的波特率?也可由外部時鐘設(shè)置波特率?其數(shù)據(jù)傳輸格式見表１所列。該數(shù)據(jù)傳輸格式基于ＮＲＺ（不歸零）系統(tǒng)。
表1UART/SIO數(shù)據(jù)格式
模式數(shù)據(jù)長度（Bit）通信模式停止位長度無校驗有校驗078異步1bit或2bits8918同步--
ＭＢ８９Ｐ４７５內(nèi)含六個寄存器，分述如下：
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0MDPENTDPSBLCLCLK2CLK1CLK0
（１）ＳＭＣ１１／２１：模式控制寄存器１（地址：００２６Ｈ／００２ＢＨ，初始化值：００００００００Ｈ）的格式如下：
其中，ＭＤ為通信模式控制位，該位為０為異步通信（ＵＡＲＴ），為１時同步通信（ＳＩＯ）；
ＰＥＮ為校驗控制位，該位為０表示無校驗，為１表示有校驗（由Ｂｉｔ５選擇奇、偶校驗）；
ＴＤＰ為奇、偶校驗位，０為偶校驗，１為奇校驗；
ＳＢＬ是停止位長度控制位，０為選擇１Ｂｉｔ停止位，１為選擇２Ｂｉｔ停止位；
ＣＬ為字符長度控制位，０為選擇７Ｂｉｔ數(shù)據(jù)長度，１為選擇８Ｂｉｔ數(shù)據(jù)長度；
ＣＬＫ２～ＣＬＫ０：通信時鐘選擇位，具體操作見表２所列。
表2時鐘選擇
CLK2CLK1CLK0
選擇時鐘
0002個指令周期0018個指令周期01032個指令周期011波特率發(fā)生器控制100外部時鐘
（２）ＳＭＣ１２／２２：模式控制寄存器２（地址：００２７Ｈ／００２ＣＨ，初始化值：００００００００Ｈ）的格式如下：
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0RERCRXETXEBRGETXOESCKERIETIE
其中，ＲＥＲＣ：各接收標(biāo)志清除位。置０時，清除所有錯誤標(biāo)志，置１無效；
ＲＸＥ：數(shù)據(jù)接收允許位，置０時禁止接收，置１時允許接收；
ＴＸＥ：數(shù)據(jù)發(fā)射允許位，置０時禁止發(fā)射，置１時允許發(fā)射；
ＢＲＧＥ：波特率發(fā)生器啟動位，０為停止，１為啟動；
ＴＸＯＥ：串行數(shù)據(jù)輸出允許位，置０時，Ｐ２１／ＳＯ１、Ｐ２６／ＳＯ２為通用Ｉ／Ｏ口，置１時，Ｐ２１／ＳＯ１、Ｐ２６／ＳＯ２為串行數(shù)據(jù)輸出口；
ＳＣＫＥ：串行時鐘輸出允許位，置０時，Ｐ２０／ＳＣＫ１、Ｐ２７／ＳＣＫ２為通用Ｉ／Ｏ口或串行時鐘輸入口，置１時，Ｐ２０／ＳＣＫ１、Ｐ２７／ＳＣＫ２為串行時鐘輸出口；
ＲＩＥ：接收中斷允許位，置０時，接收中斷禁止，置１時，接收中斷允許；
ＴＩＥ：發(fā)射中斷允許位，置０時，發(fā)射中斷禁止，置１時，發(fā)射中斷允許。
（３）ＳＳＤ１／２：狀態(tài)與數(shù)據(jù)寄存器（地址：００２８Ｈ／００２ＤＨ，初始化值：００００１－－－Ｈ），格式如下：
Bit7Bit6Bit5BIT4Bit3Bit2Bit1Bit0PREOVEFERRDRFTDRE------
其中，ＰＲＥ：為校驗錯誤標(biāo)志，０為無校驗錯誤，１為校驗錯誤；
ＯＶＥ：溢出錯誤標(biāo)志，０為無溢出錯誤，１為溢出錯誤；
ＦＥＲ：幀錯誤標(biāo)志，０為無幀錯誤，１為幀錯誤；
ＲＤＲＦ：接收數(shù)據(jù)寄存器滿標(biāo)志，０為寄存器空，１為接收數(shù)據(jù)滿；
ＴＤＲＥ：發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器空標(biāo)志，０為發(fā)射數(shù)據(jù)滿，１為寄存器空。
這里，ＳＳＤ１／２是只讀寄存器。若接收中斷允許（ＲＩＥ＝１），那么任何錯誤標(biāo)志置“１”都將產(chǎn)生接收中斷。因此，在程序中將ＲＥＲＣ（ＳＭＣ１２／２２中的Ｂｉｔ７）置“１”，可將各錯誤標(biāo)志清零。
（４）ＳＲＣ１／２：波特率控制寄存器（地址：００２ＡＨ／００２ＦＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）
當(dāng)ＳＭＣ１１／ＳＭＣ２１寄存器中的ＣＬＫ２～ＣＬＫ０設(shè)為“０１１”時，由于選擇的是波特率發(fā)生器作為串行時鐘（異步通信方式使用），因此，只有在ＵＡＲＴ／ＳＩＯ停止工作時，寫入ＳＲＣ１／２的數(shù)據(jù)才有效。此時，波特率計算方法如下（ＣＬＫ２～ＣＬＫ０設(shè)為“０１１”）：
波特率＝１／（１６ｎＴｉｎｔ）
式中，ｎ為寫入ＳＲＣ１／２的數(shù)值，Ｔｉｎｔ為指令周期，其值可通過對相關(guān)寄存器編程設(shè)定為４／ｆｃｈ、８／ｆｃｈ、１６／ｆｃｈ、６４／ｆｃｈ（其中ｆｃｈ為系統(tǒng)時鐘振蕩器頻率）。
（５）ＳＩＤＲ１／２：輸入數(shù)據(jù)寄存器（地址：００２９Ｈ／００２ＥＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）
該寄存器用于存放接收到的數(shù)據(jù)。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完成時，ＲＳＲＦ位（ＳＳＤ１／２中的Ｂｉｔ４）被置“１”，此時若接收中斷允許，將產(chǎn)生接收中斷請求。讀出接收數(shù)據(jù)后，ＲＳＲＦ位自動清“０”。
系統(tǒng)檢測到接收中斷請求后，應(yīng)檢查ＲＳＲＦ位是否為“１”，若為“０”，說明該中斷是由于接收錯誤產(chǎn)生的，ＳＩＤＲ１／２并未接收到數(shù)據(jù)，此時應(yīng)在相應(yīng)的程序中作相應(yīng)處理。
（６）ＳＯＤＲ１／２：輸出數(shù)據(jù)寄存器（地址：００２９Ｈ／００２ＥＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）
ＳＯＤＲ１／２與ＳＩＤＲ１／２具有相同的地址。發(fā)射允許時，將發(fā)射數(shù)據(jù)寫入該寄存器即可直接轉(zhuǎn)送到發(fā)射寄存器，并通過發(fā)射移位寄存器發(fā)送到串行數(shù)據(jù)輸出口（ＳＯ１／２）。
圖5
發(fā)射數(shù)據(jù)寫入ＳＯＤＲ１／２寄存器時，發(fā)射數(shù)據(jù)標(biāo)志位ＴＤＲＥ同時被清“０”，發(fā)射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)送到發(fā)射移位寄存器后，ＴＤＲＥ被置“１”，意味著ＳＯＤＲ１／２寄存器可以寫入下一個發(fā)射數(shù)據(jù)，同時，若發(fā)射中斷允許，將產(chǎn)生發(fā)射中斷請求。
若將發(fā)射數(shù)據(jù)長度設(shè)為７Ｂｉｔｓ，則數(shù)據(jù)的第７位（最高位）無效。
３ＬＳＲ３００型集控系統(tǒng)的構(gòu)成
圖２所示為ＬＳＲ３００型中央空調(diào)計算機集控系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖，該系統(tǒng)采用ＲＳ－４８５總線結(jié)構(gòu)方式，由計算機控制管理平臺、ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５轉(zhuǎn)換模塊、１４個控制終端（包括通信板和主控系統(tǒng)，其控制終端數(shù)量可以根據(jù)實際要求增加或減少）組成。其中計算機控制管理平臺主要用于數(shù)據(jù)通信、系統(tǒng)檢測、功能設(shè)定和控制以及查詢等管理工作。
系統(tǒng)中的ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５轉(zhuǎn)換模塊由ＭＡＸ-ＩＭ公司生產(chǎn)的ＭＡＸ４９１Ｅ、ＭＡＸ２３２Ａ組成，該模塊的電路連接如圖３所示。
通信板由ＭＢ８９Ｐ４７５為核心組成，其結(jié)構(gòu)如圖４所示。圖中的ＲＳ－４８５接口由ＭＡＸ４９１Ｅ完成，接收器處于常通狀態(tài)（ＲＥ接地），發(fā)射器的選通（ＤＥ端）由ＭＢ８９Ｐ４７５的Ｐ２．７口控制（高電平選通）。通信板主要完成以下功能：
（１）用撥碼開關(guān)實現(xiàn)各控制終端的地址編碼；
（２）機組的本地操作控制與顯示（包括本地查詢、設(shè)置和控制）；
（３）分別與計算機和主控系統(tǒng)通信，實現(xiàn)主控系統(tǒng)與計算機之間的數(shù)據(jù)傳送。其中，與計算機之間采用ＲＳ－４８５總線方式進行連接，而與主控系統(tǒng)之間則采用電流環(huán)方式連接；
（４）記憶機組的設(shè)定信息、故障信息和累計運行時間。
此外，系統(tǒng)中的主控系統(tǒng)也可采用ＬＳＲ３００中央空調(diào)單機組控制系統(tǒng)實現(xiàn)（詳見參考資料?１?）。
４ＭＢ８９Ｐ４７５的通信軟件設(shè)計
４．１通信板與計算機通信
（１）通信協(xié)議
通信板與計算機的通信采用ＲＳ－４８５總線方式連接，通信過程由計算機主控，通信數(shù)據(jù)采用ＲＳ－２３２標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式[２]。
當(dāng)通信板接收到正確的同步碼和地址碼時，表示該通信板可以與計算機通信。此時可選擇ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２為ＵＡＲＴ（兩線異步）通信模式，通信數(shù)據(jù)格式定義為１位起始位，８位數(shù)據(jù)長度和１位停止位，無校驗位。
（２）軟件設(shè)計
ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２相關(guān)寄存器初始化如下：
ＭＯＶＳＣＲ２，＃１０４；設(shè)定波特率＝１２００ｂｐｓ（系統(tǒng)時鐘Ｆｃｈ＝８．０００ＭＨｚ）
ＭＯＶＳＭＣ２１，＃００００１０１１Ｂ；選擇ＵＡＲＴ模式，１Ｂｉｔ停止位，８Ｂｉｔｓ數(shù)據(jù)長度，無校驗位
ＭＯＶＳＭＣ２２，＃０１１１１０１０Ｂ；允許接收中斷，禁止發(fā)射中斷，發(fā)射允許，接收允許
數(shù)據(jù)發(fā)射采用查詢方式進行，即發(fā)射子程序置于主程序循環(huán)中，可通過查詢發(fā)射數(shù)據(jù)寄存器空標(biāo)志位ＴＤＲＥ決定是否寫入下一個發(fā)射數(shù)據(jù)。發(fā)射子程序流程圖如圖５所示。
數(shù)據(jù)接收采用中斷方式進行。程序進入接收中斷服務(wù)程序時，應(yīng)首先根據(jù)接收數(shù)據(jù)滿標(biāo)志位ＲＤＲＦ的狀態(tài)來判斷中斷請求是否是由于接收錯誤產(chǎn)生的（產(chǎn)生中斷時，接收數(shù)據(jù)滿標(biāo)志位ＲＤＲＦ＝０），然后由判斷結(jié)果決定是接收數(shù)據(jù)還是進行出錯處理。中斷服務(wù)程序的流程圖如圖６所示。
４．２通信板與主控系統(tǒng)通信
（１）通信協(xié)議
通信板與主控系統(tǒng)的通信采用電流環(huán)方式實現(xiàn)，這樣可以增強通信的可靠性。通信過程由通信板主控，通信數(shù)據(jù)采用ＲＳ－２３２標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式[２]。
可選擇ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ１為ＵＡＲＴ（兩線異步）通信模式，通信數(shù)據(jù)格式定義為１位起始位，８位數(shù)據(jù)長度和１位停止位，無校驗位。
(２)軟件設(shè)計
相關(guān)寄存器初始化如下：
ＭＯＶＳＣＲ１，＃５２；設(shè)定波特率＝２４００ｂｐｓ（系統(tǒng)時鐘Ｆｃｈ＝８．０００ＭＨｚ）
ＭＯＶＳＭＣ１１，＃００００１０１１Ｂ；選擇ＵＡＲＴ模式，１Ｂｉｔ停止位，８Ｂｉｔｓ數(shù)據(jù)長度，無校驗位
ＭＯＶＳＭＣ１２，＃０１１１１０１０Ｂ；允許接收中斷，禁止發(fā)射中斷，發(fā)射允許，接收允許
具體的編程方法與通信板和計算機的通信編程方法相同。
５結(jié)語
雖然ＭＢ８９Ｐ４７５的雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ結(jié)構(gòu)具有靈活、安全的特點，但合理的程序設(shè)計也至關(guān)重要。在ＬＳＲ３００中央空調(diào)計算機集控系統(tǒng)中，以ＭＢ８９Ｐ４７５為核心設(shè)計的通信板，充分合理地利用了ＭＢ８９Ｐ４７５的雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ資源。它可以作為各控制終端與計算機交換數(shù)據(jù)的樞紐，同時還避免了主控系統(tǒng)的重復(fù)開發(fā)。目前該系統(tǒng)已投入使用，其方便、靈活的操作模式和安全可靠的運行已得到了用戶的肯定。
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