基于單片機的接口轉(zhuǎn)換設(shè)計及應(yīng)用

論述了用AT89C51單片機控制Intel8251A和MC68488接口芯片來實現(xiàn)RS232C與通用接口總線GPIB（general－purpose interface bus）接口之間的轉(zhuǎn)換設(shè)計，并將其應(yīng)用到印制電路板程控探針定位設(shè)備中。
??? 關(guān)鍵詞：單片機，GPIB，RS232C，接口轉(zhuǎn)換器
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1引　言
　　在電子測量與儀器領(lǐng)域內(nèi)，GPIB和RS232C屬于應(yīng)用較廣泛的標(biāo)準(zhǔn)接口總線。GPIB適于建立自動測試系統(tǒng)（ATS），RS232C常用于數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的聯(lián)接。目前，已研制了許多專用大規(guī)模集成電路芯片來幫助設(shè)計者實現(xiàn)GPIB和RS232C接口，且這些芯片都與微處理器的內(nèi)部總線相容。標(biāo)準(zhǔn)接口總線解決了設(shè)備與設(shè)備之間，或者功能組件與功能組件之間的接口問題。借助適當(dāng)?shù)慕涌诳偩€把若干設(shè)備或功能組件聯(lián)接起來就可構(gòu)成一個ATS。如果把基于一種標(biāo)準(zhǔn)接口系統(tǒng)的測試裝置作為子系統(tǒng)，再把若干子系統(tǒng)聯(lián)接起來構(gòu)成大系統(tǒng)或測試和控制網(wǎng)絡(luò)，則實際需解決的就是不同標(biāo)準(zhǔn)接口總線之間的轉(zhuǎn)換問題。
2接口轉(zhuǎn)換硬件設(shè)計
　　GPIB（即IEEE488）是目前普遍使用的一種可程控測量儀器的接口，并已有正式頒布的IEEE488和IEC625標(biāo)準(zhǔn)文本。最早投入市場的大規(guī)模集成電路GPIB接口片子是Motorola公司的MC68488。RS232C則是用得最多的一種串行通信標(biāo)準(zhǔn)，用于DTE和DCE之間的接口，串行通信接口常用的標(biāo)準(zhǔn)LSI芯片是Intel8251A。把與GPIB和RS232C標(biāo)準(zhǔn)相容的集成接口芯片作為微處理器內(nèi)部總線上的輸入／輸出口，就能構(gòu)成GPIB－RS232C轉(zhuǎn)換器。GPIB－RS232C轉(zhuǎn)換電路板即以AT89C51作為控制中心，用MC68488與GPIB系統(tǒng)母線相連，用INTEL8251A作為AT89C51同RS232C的接口，從而實現(xiàn)GPIB－RS232C接口轉(zhuǎn)換。
　　AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器（PEROM）的低功耗、高性能CMOS8位微控制器。該器件采用ATMEL高密度、非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS－51指令集和輸出管腳相兼容。AT89C51具有以下一些標(biāo)準(zhǔn)特性：4K字節(jié)的閃速存儲器，128字節(jié)RAM，32個I／O線，2個16位定時器／計數(shù)器，5個兩級中斷源結(jié)構(gòu)，1個全雙工串行口，片內(nèi)振蕩器和時鐘電路。此外，AT89C51設(shè)有靜態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下工作，支持2種軟件可選的省電模式。在閑置模式下，CPU停止工作，但RAM、定時器／計數(shù)器、串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容，并且凍結(jié)振蕩器，禁止所有其他片內(nèi)控制單元功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。
　　GPIB－RS232C接口轉(zhuǎn)換電路板的主要功能有：
MC68488具有完整的GPIB聽／講能力，而Intel8251A有能力發(fā)送和接收位串行數(shù)據(jù)，因此，在GPIB控制器管理下能正確實現(xiàn)GPIB器件與RS232C器件之間的數(shù)據(jù)交換；該接口轉(zhuǎn)換電路板作為GPIB器件具有單個或雙主－副地址識別能力，響應(yīng)GPIB控制器發(fā)送的有關(guān)GPIB命令。圖1為GPIB－RS232C接口轉(zhuǎn)換電路示意圖。

3接口轉(zhuǎn)換軟件設(shè)計
　　因為有大規(guī)模集成電路接口芯片，該接口轉(zhuǎn)換電路板硬件實現(xiàn)較為容易，關(guān)鍵是要設(shè)計一個完善的監(jiān)督管理程序。程序流程圖如圖2所示，流程設(shè)計是以GPIB傳送數(shù)據(jù)給RS232C為主，因此監(jiān)控系統(tǒng)初始化之后，首先識別MC68488是否聽受命？一旦聽受命就接收GPIB數(shù)據(jù)，直到完成一個數(shù)據(jù)塊的輸入為止。數(shù)據(jù)塊輸入完成后，就啟動Intel8251數(shù)據(jù)發(fā)送部分工作，連續(xù)發(fā)送從MC68488輸入的數(shù)據(jù)字節(jié)。RS232C接收數(shù)據(jù)是從識別Intel8251接收中斷開始。如果Intel8251狀態(tài)寄存器D7＝1，監(jiān)督程序就轉(zhuǎn)入從RS232C接收數(shù)據(jù)分支。首先從Intel8251接收整個數(shù)據(jù)塊，然后借助GPIB的SRQ線向GPIB控制器提出服務(wù)請求；待GPIB控制器執(zhí)行串行查詢序列，響應(yīng)該轉(zhuǎn)換器服務(wù)請求后，就可以通過MC68488把接收到的數(shù)據(jù)塊輸給GPIB系統(tǒng)受命的聽器件（或控制器）。注意從RS232C接收數(shù)據(jù)塊時，要約定末字節(jié)識別標(biāo)志。
4接口轉(zhuǎn)換應(yīng)用實例
　　PCB程控探針定位設(shè)備是一種對被測試的印制電路板進(jìn)行測試點定位的設(shè)備，它在計算機的支持下自動定位于被測試點，并且穿透印制板防護(hù)層，獲取被測試點的電信號。其組成結(jié)構(gòu)見圖3，其定位功能由系統(tǒng)主控制器通過GPIB總線實現(xiàn)，而PCB的供電、信號源及測試儀器由具體的被測PCB的特性來確定。程控探針定位設(shè)備采用步進(jìn)電機開環(huán)控制實現(xiàn)探針X、Y方向的自由移動，采用電磁鐵吸合控制實現(xiàn)探針的上下升降，探針通過刻劃來穿透PCB阻焊層，保持與測試點的可靠接觸。該定位設(shè)備的微處理器電路板屬于外購產(chǎn)品，可實現(xiàn)對步進(jìn)電機移位和電磁鐵吸合的控制，并且，微處理器電路板中已設(shè)計了RS232C接口，可以實現(xiàn)與測試系統(tǒng)主控計算機的串行通信。但是在ATS中，對程控臺式測試設(shè)備通常采用GPIB控制，因此需要進(jìn)行GPIB－RS232C接口轉(zhuǎn)換。通過上述方法設(shè)計的接口轉(zhuǎn)換電路，能確保PCB程控探針定位設(shè)備掛上GPIB總線，順利地連入ATS中。并且，程控信號除了使用GPIB接口外，拔除與接口轉(zhuǎn)換電路板中相連的RS232C插頭，用外部電纜可直接使用RS232C控制方式完成PCB程控探針定位設(shè)備的全部功能，而此時GPIB的控制無效。
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1　楊安祿等．電子儀器接口技術(shù)．成都：電子科技大學(xué)出版社，1994
2　劉文彥等．現(xiàn)代測試系統(tǒng)．長沙：國防科技大學(xué)出版社，1995
3　張乃國等．實用電子測量技術(shù)．北京：電子工業(yè)出版社，1996
4　王格芳等．電子裝備通用自動檢測系統(tǒng)集成與開發(fā)．電子測量與儀器學(xué)報，Vol．14，No．5，2000（10）
5　王格芳等．用于印制板電路診斷的自動探測技術(shù)研究．系統(tǒng)工程與電子技術(shù)，Vol．23，No．2，2001