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信号与系统实验箱--计算机与单片机通信接口
发布时间：2017-06-29 点击次数：次
一、实验目的
1、熟悉RS-232接口电路的作用与电路组成；
2、掌握计算机与实验平台串行通信的方法；
3、掌握计算机与实验平台串行通信的软件编程及运行程序。
二、计算机串行通信接口电路原理
实验平台设有专门用于与外部计算机串行通信的接口电路。它采用RS-232标准。下面先介绍RS-232标准和RS-232接口芯片，然后介绍计算机与平台串行通信的实验电路。
1、RS-232接口电路
（1）RS-232C标准
EIA RS-232C（现在已发展到RS-232E）是异步串行通信中应用最广的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定，适用于数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口。一个完整的RS-232C接口有22根线，采用标准的25芯插头座。其中15根引线组成主信道通信，其它则为未定义和供辅信道使用的引线。辅信道也是一个串行通道，但其速率比主信道低得多，一般不使用。如果要使用的话，主要是传送通信电路两端所接的调制解调器的控制信号。实用的大多数计算机应用系统或智能单元之间只需要使用3～5根信号线路即可工作，其中包括两个方向的数据线和一对握手信号线RTS和DSR，另外一条是公用的信号地线。实验平台上不用握手信号，采用了最简单的3线连接方式。
由于RS-232是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，完全与TTL、CMOS逻辑电平不同。RS-232的逻辑电平规定：逻辑‘0’电平为+5～+15V，逻辑‘1’电平为-5～-15V。因此具有RS-232电平的器件与具有TTL电平的器件要互相连接必须先经过电平转换。表23-1为现行的EIA/TIA RS-232E，CCITTV.28标准摘要：
RS-232C标准由于发送器和接收器之间具有公共信号地，不可能采用双端信号，只能采用单端信号即不平衡传输方式。因此，共模噪声会耦合到信号系统中。这是迫使RS-232使用较高传输电压的主要原因，即便如此，该标准的信号传输速率也只能达到20KB/S，而且最大通信距离仅30米，只有这种条件下才能可靠地进行数据传输。
表23-1 EIA/TIA-232E，V28标准摘要
由于实验平台的信号电平使用TTL/CMOS电平，外部计算机内的发送器、接收器采用RS-232C电平。当计算机与平台进行串行通信时，必须加入电平转换器，把平台的TTL/CMOS电平转换为计算机接口的RS-232电平。这类电平变换器有许多产品，平台上选用具有电平转换功能的MAXIM公司200系列的MAX202型收发器。
（2）MAX202收发器
MAX200系列（MAX200-MAX211/MX213）收发器是一种集发送器与接收器于一体同时具有电平转换功能的接口电平转换电路，它可把TTL/CMOS电平与RS-232电平互换，是专为使用±10V或±12V电源的RS—232与V.28通信接口而设计。收发器使用+5V输入电源，片内设有充电泵式的电压变换器，把+5V变换为±10V以便提供RS-232输出电平。其中MAX209内部的电压变换器将+5V变换为±12V，故它们可提供±12V的RS-232输出电平。比其它型号输出电平更高，传输距离更远。
MAX200-MAX211/MAX213收发器在数据速率为20Kb/S时满足所有EIA/TIA-232E与CCITT V.28标准。在数据速率超过120Kb/S时发送器可输出±5V EIA/TIA-232E输出信号电平，符合EIA/TIA-232E标准。
2、计算机与实验平台串行通信电路
图23-1为PC机与实验平台串行通信实验的方框图。
图23-1 计算机与实验平台串行通信实验方框图
3、程序下载与运行结果读取原理
（本项实验内容放到课题设计中进行）
（1）程序下载：运行信号与系统实验平台的上位软件Signal，选择“DSP应用实验”，点击“装载”按钮，在弹出的对话框中选择要装载的文件（如DSP应用程序）或数据（如：滤波器设计），通过RS232串口送入单片机AT89S52（UB04），UB04通过DSP的HPI 接口将PC机送来的程序或数据发给DSP，PC机发运行命令给单片机UB04，UB04使DSP复位，并运行装载的程序。
注：本软件可直接将编译好DSP的执行文件“*.OUT”下载到DSP芯片的SRAM中。
（2）DSP中数据读取：DSP将运行结果存于DRAM中，主机AT89S52通过HPI接口读取数据并通过PC机的串口将数据发送到PC机（如：频谱分析）。
（3）运行上位软件Signal，选择“DSP应用实验”，点击“装载”按钮，装载已编译好的目标文件（*.OUT），然后按“运行”按钮，即可使DSP运行装载的程序。
三、实验内容
1、熟悉RS-232接口电路的标准和电路组成；
2、用高级语言编写PC机异步串口的通信程序；
3、用51的汇编语言编写单片机与PC机的通信程序；
4、参阅DSP主机接口的有关资料，编写单片机通过主机接口读写DSP中DRAM中数据的程序。
四、实验报告要求
1、画出计算机与实验平台串行通信的电路，说明MAX202芯片的作用；
2、描述DSP的HPI接口的工作原理，给出DSP和主机AT89S52通信的程序框图。
1、熟悉RS-232接口电路的作用与电路组成；
2、掌握计算机与实验平台串行通信的方法；
3、掌握计算机与实验平台串行通信的软件编程及运行程序。
二、计算机串行通信接口电路原理
实验平台设有专门用于与外部计算机串行通信的接口电路。它采用RS-232标准。下面先介绍RS-232标准和RS-232接口芯片，然后介绍计算机与平台串行通信的实验电路。
1、RS-232接口电路
（1）RS-232C标准
EIA RS-232C（现在已发展到RS-232E）是异步串行通信中应用最广的标准总线，它包括了按位串行传输的电气和机械方面的规定，适用于数据终端设备（DTE）和数据通信设备（DCE）之间的接口。一个完整的RS-232C接口有22根线，采用标准的25芯插头座。其中15根引线组成主信道通信，其它则为未定义和供辅信道使用的引线。辅信道也是一个串行通道，但其速率比主信道低得多，一般不使用。如果要使用的话，主要是传送通信电路两端所接的调制解调器的控制信号。实用的大多数计算机应用系统或智能单元之间只需要使用3～5根信号线路即可工作，其中包括两个方向的数据线和一对握手信号线RTS和DSR，另外一条是公用的信号地线。实验平台上不用握手信号，采用了最简单的3线连接方式。
由于RS-232是早期为促进公用电话网络进行数据通信而制定的标准，其逻辑电平对地是对称的，完全与TTL、CMOS逻辑电平不同。RS-232的逻辑电平规定：逻辑‘0’电平为+5～+15V，逻辑‘1’电平为-5～-15V。因此具有RS-232电平的器件与具有TTL电平的器件要互相连接必须先经过电平转换。表23-1为现行的EIA/TIA RS-232E，CCITTV.28标准摘要：
RS-232C标准由于发送器和接收器之间具有公共信号地，不可能采用双端信号，只能采用单端信号即不平衡传输方式。因此，共模噪声会耦合到信号系统中。这是迫使RS-232使用较高传输电压的主要原因，即便如此，该标准的信号传输速率也只能达到20KB/S，而且最大通信距离仅30米，只有这种条件下才能可靠地进行数据传输。
表23-1 EIA/TIA-232E，V28标准摘要
由于实验平台的信号电平使用TTL/CMOS电平，外部计算机内的发送器、接收器采用RS-232C电平。当计算机与平台进行串行通信时，必须加入电平转换器，把平台的TTL/CMOS电平转换为计算机接口的RS-232电平。这类电平变换器有许多产品，平台上选用具有电平转换功能的MAXIM公司200系列的MAX202型收发器。
（2）MAX202收发器
MAX200系列（MAX200-MAX211/MX213）收发器是一种集发送器与接收器于一体同时具有电平转换功能的接口电平转换电路，它可把TTL/CMOS电平与RS-232电平互换，是专为使用±10V或±12V电源的RS—232与V.28通信接口而设计。收发器使用+5V输入电源，片内设有充电泵式的电压变换器，把+5V变换为±10V以便提供RS-232输出电平。其中MAX209内部的电压变换器将+5V变换为±12V，故它们可提供±12V的RS-232输出电平。比其它型号输出电平更高，传输距离更远。
MAX200-MAX211/MAX213收发器在数据速率为20Kb/S时满足所有EIA/TIA-232E与CCITT V.28标准。在数据速率超过120Kb/S时发送器可输出±5V EIA/TIA-232E输出信号电平，符合EIA/TIA-232E标准。
2、计算机与实验平台串行通信电路
图23-1为PC机与实验平台串行通信实验的方框图。
图23-1 计算机与实验平台串行通信实验方框图
3、程序下载与运行结果读取原理
（本项实验内容放到课题设计中进行）
（1）程序下载：运行信号与系统实验平台的上位软件Signal，选择“DSP应用实验”，点击“装载”按钮，在弹出的对话框中选择要装载的文件（如DSP应用程序）或数据（如：滤波器设计），通过RS232串口送入单片机AT89S52（UB04），UB04通过DSP的HPI 接口将PC机送来的程序或数据发给DSP，PC机发运行命令给单片机UB04，UB04使DSP复位，并运行装载的程序。
注：本软件可直接将编译好DSP的执行文件“*.OUT”下载到DSP芯片的SRAM中。
（2）DSP中数据读取：DSP将运行结果存于DRAM中，主机AT89S52通过HPI接口读取数据并通过PC机的串口将数据发送到PC机（如：频谱分析）。
（3）运行上位软件Signal，选择“DSP应用实验”，点击“装载”按钮，装载已编译好的目标文件（*.OUT），然后按“运行”按钮，即可使DSP运行装载的程序。
三、实验内容
1、熟悉RS-232接口电路的标准和电路组成；
2、用高级语言编写PC机异步串口的通信程序；
3、用51的汇编语言编写单片机与PC机的通信程序；
4、参阅DSP主机接口的有关资料，编写单片机通过主机接口读写DSP中DRAM中数据的程序。
四、实验报告要求
1、画出计算机与实验平台串行通信的电路，说明MAX202芯片的作用；
2、描述DSP的HPI接口的工作原理，给出DSP和主机AT89S52通信的程序框图。
