多串口通信数据复接装置的设计.doc

1、摘 要 本文讨论了使用MSP430单片机的GPIO口模拟串口通信，实现多串口通信数据复接装置的设计。模拟串口使用软件设计代替了传统的硬件系统，可以扩展多个串口，串口端口可以任意分配，适合用在硬件资源短缺的系统，而只需两个普通的GPIO口就可以实现。本设计加入了Led灯指示串口的数据是否校验成功，很直观。同时使用按键可以调整三种波特率，这样就可以和不同硬件子系统进行通信，灵活性强。对于串口的数据校验，本设计采用CRC校验方法，同时本文将提供三种CRC算法，它们稍有不同，一种适用于程序空间十分苛刻但 CRC 计算速度要求不高的微控制器系统，另一种适用于程序空间较大且 CRC 计算速度要求较高的计算

2、机或微控制器系统，最后一种是适用于程序空间不太大，且 CRC 计算速度又不可以太慢的微控制器系统。本设计采用第一种算法，对于其他的两种算法提出了公式推导以及C语言的程序例程。关键字：MSP430；串口；子系统；CRC；波特率Abstract This paper discusses the use of MSP430 MCU GPIO mouth simulation realization of serial communication, serial communication and data multiplexing device design. Serial communicatio

3、n simulation using software instead of hardware system design of the traditional, can be extended to multiple serial port, serial port can be assigned arbitrarily, suitable for using in the system hardware resources shortage, and only two common GPIO port can be achieved. Whether the design joined t

4、he Led lamp indicating the serial data verification is successful, very intuitive. At the same time, the use of keys can be adjusted three baud rate, so that it can communicate with different hardware system with flexibly. For data verification, this design uses the CRC check method, at the same tim

5、e, this paper will provide three CRC algorithms, they are slightly different, one suitable for program space very harsh but CRC microcontroller system speed are not high, another is suitable for larger space and CRC calculation procedure requiring high speed computer or micro controller system, the

6、last one is suitable for program space is not too large, the microcontroller system and CRC calculation speed can not be too slow. This design uses the first algorithm, the derivation of the equations and the C language routines and procedures proposed for the two other algorithms.Keywords: MSP430;

7、Serial; Subsystem; CRC; Baud rate目 录引言.11 绪论11.1 课题背景11.2 研究意义22 多串口通信数据复接装置方案的设计22.1 课题设计要求22.1.1 课题主要功能指标要求22.1.2 课题设计要求22.2 系统方案选择33 电路设计和原理43.1 MSP430单片机43.1.1 简介43.1.2 MSP430单片机特点43.1.3 MSP430单片机CPU简介53.1.4 MSP430FR5739硬件资源53.1.5 MSP430开发环境调试说明53.2 串口模块63.2.1 串口通信的概念63.2.2 串口通信的协议73.2.3 MAX2323

8、介绍93.3 电源变压稳压电路设计103.3.1 整流滤波电路103.3.2 7805稳压103.3.3 变压稳压电路114 系统软件设计114.1 串口软件设计114.2 CRC软件设计124.2.1 CRC简介124.2.2 CRC的生成规则134.2.3 使用的权134.2.4 CRC的查错144.2.5 CRC的C语言144.2.6 公式推导以及原理分析144.2.7 CRC的程序计算过程175 电路板的制作195.1 原理图的设计195.2 PCB板的制作196 调试与性能分析206.1 调试226.2 性能217 结论21谢 辞23参考文献23附 录24原理图25CRC位计算C语言

9、程序25主程序2753引言 串行通信的出现为了实现连接计算机的各种外设的目的，早期的串口一般用来连接鼠标和外置的Modem以及比较老式的摄像头和写字板等设备。当然串口也可以应用于两台计算机（或其他设备）之间的互联以及数据传输。由于串口（COM）不支持热插拔以及传输速率较低，目前部分新主板和大部分便携式笔记本电脑已经取消该接口。但是在工控领域以及测量设备和部分的通信设备中，串口通信以其线路简单，只要一对传输线就可以实现双向通信，成本低的优势，仍然存在。 RS-232也称标准串口，最常用的一种串行通讯接口。它是在1970年由美国电子工业协会（EIA）联合贝尔系统、调制解调器厂家及计算机终端生产厂家

10、共同制定的用于串行通讯的标准。它的全名是“数据终端设备（DTE）和数据通讯设备（DCE）之间串行二进制数据交换接口技术标准”。传统的RS-232-C接口标准有22根线，采用标准25芯D型插头座（DB25），后来使用简化为9芯D型插座（DB9），现在应用中25芯插头座已很少采用。传行通信接口设备凭借其控制灵活、接口简单、占用系统资源少等优点，被广泛应用于工业控制、家庭安防、GPS卫星定位导航以及水、电、气表的抄表等领域。 在这些嵌入式系统中，可能会有很多从设备都通过串行接口与主机进行通信，如GPRS MODEM、红外发送和接收模块、RS485总线接口等。这使得开发 人员常常面临嵌入式系统中主机串

11、行通信接口不足的问题。 软件模拟法可根据串行通讯的传送格式，利用定时器和主机的I/O口来模拟串行通讯的时序，以达到扩展串口的目的。接收过程中需要检测起始位，这可以使用查询方式，或者在端口具有中断功能的主机中也可以使用端口的中断进行处理。接收和发送过程中，对定时的处理既可以使用查询方式也可以使用定时器中断方式。为了 确保数据的正确性，在接收过程中可以在检测异步传输的起始信号处加上一些防干扰处理，如果是无线传输系统，在接收每个位时可以采用多次采样。如今软件模拟以其价格低廉,使用方便,已经成为一种潮流.但是不是所有的单片机都适合用来进行串口的软件模拟的.软件模拟的方法一般有两种,一种是读写 I/O,

12、另外一种是读写端口.很容易想到采用读写端口的方式模拟的方式,各串口的波特率必须保持一致.而且当各路数据的输入时间差只有那么几十微秒时,很 容易造成数据丢失,虽然看上去这种方式也可以承受输入数据端短路的高数据量压力测试,但这种测试方法是刚好落在了该方案的最佳输入点上.所以真正的使用中是有几率出错的。1 绪论1.1 课题背景在目前的监控系统中，监控仪器如何把可靠数据成功传送给计算机终端已经是一个至关重要的环节，而串行通信以其方便易行，信道成本比较低廉的优势，常常作为计算机与外部串行设备之间的首选数据传输通道，又因为许多设备和计算机都可以通过串口对外设进行控制、检测，串口通讯日益成为计算机和外设进行

13、通讯、获取由外设采集到的监测数据的一个非常重要的手段。而随着监控设备的增多，仅用PC机提供的两个串口已不能满足通信数量的要求，因此我们需要扩展设备的串口数量。 在通信系统的数据传输过程中，由于信道中各种复杂因素的影响，往往使传输的信号受到干扰，造成误码的出现。接收方为了检查所接收的数据是否有误码，可采用多种检测方法。差错控制编码是目前数据传输过程中普遍采用的一种提高数据通信可靠性的方法，而CRC是一种在实际通信中应用很广泛的差错控制编码，具有很强的检错能力。 循环冗余码 CRC 检验技术广泛应用于测控及通信领域。CRC 计算可以靠专用的硬件来实现，但是对于低成本的微控制器系统，在没有硬件支持下

14、实现 CRC 检验，关键的问题就是如何通过软件来完成 CRC 计算，也就是 CRC 算法的问题。 1.2 研究意义在多传感器系统以及远程控制系统中，扩展主机设备的串口数量，可以使主机能够监控的设备增多，而且串口通信是一种标准的通信协议，传输距离远，可靠性高，扩展串口可以较少的使用主机系统的资源。本设计可以有效的扩展硬件资源短缺的系统的串口，而且使用软件模拟出来的串口很容易移植到其他的控制器系统上面，在一个串口出现损坏的情况下，可以很容易的使用控制器的其他端口代替，可修复性强。2 多串口通信数据复接装置方案的设计2.1 课题设计要求2.1.1课题主要功能指标要求：（1）供电电源：12V。（2）主

15、机显示器件：LCD。（3）功能：子路串口数量不少于4个（可扩展最大数目为8个）。（4）指标：支持串口速率不少于三种；具有数据流入、流出指示功能。2.1.2课题设计要求 （1）整体方案合理规划和论证。设计完整且原理正确的系统电路。 （2）制作电路板，并用C语言编写程序调试。 （3）实物达到方案的要求演示效果。（4）整体设计简洁，功能稳定。2.2 系统方案选择方案一：多串口通信系统基于高性能的计算机和串行通信卡 ,选取 Windows 7 professional操作系统作为开发平台 ,以 VS2010 作为开发环境和工具。由上位机和下位机构成，上位机为PC机，PC机通过PCI总线的多用户卡可扩展出八个串口，下位机为单片机。与传统的TTL等数字电路的逻辑电平不同，RS-232标准规定信号电压在一15一3 V和315 V，传号和空号之间至少有6V的电压差，提高