MB89P475的UART/SIO结构与应用

摘要：MB89P475是富士通公司生产的八位单片机。该单片机具有丰富的软、硬件资源和良好的EMC性能，可广泛应用于家电控制等产品中。该器件内含两路UART/SIO接口，非常适用于计算机集中控制和管理的多级通信控制系统中。文中介绍了该单片机的特点和UART/SIO结构，给出了 MB89P475在LSP300型中央空调的计算机集控系统中的设计应用方法。 关键词：MB89P475;单片机;中央空调;计算机集控系统 MB89P475是富士通公司生产的F2MC-8L MB89470单片机系列产品。该产品具有丰富的软、硬件资源和良好的EMC性能，

而且其程序空间(16k%26;#215;8bits PROM)和数据空间(512%26;#215;8bits RAM)大小适中,定时器资源和中断资源丰富。双路UART/SIO接口的设置是该产品的一大特点。在指令设计方面，利用该单片机可以直接进行16位数据的比较和算术运算。MB89P475的高性价比和合理的资源配置，使其可以广泛应用于家用电器控制和工业控制等应用领域。此外，在多级数据通信控制系统的开发设计中，MB89P475也是一款不可多得的单片机产品。 1　MB89P475简介 1.1 引脚功能 MB89P475(OTP型号)相应的掩膜(MASK)产品型号为MB89475，它具有两种封装形式，分别是48-pin Plastic SH-DIP和48-pin Plastic QFP封装。本文以SH-DIP封装形式为例来介绍其引脚定义，图1所示是该封装的引脚排列图，现将各引脚的功能说明如下： X0，X1：振荡器输入、输出; MODE：模式设定引脚，使用时，该引脚通常直接接地; RST：复位脚，低电平复位; P00/AN0～P07/AN7：通用I/O口或A/D输入口; P10～P13：通用I/O口或沿触发中断输入口; P14～P17：通用I/O口或定时器输入(EC)、输出口(TO); P20～P22：通用I/O口或UART/SIO1的时钟输入、数据输出和输入口; P23：通用I/O口或PWC(脉宽测量)输入口; P24：通用I/O口或PWM(脉宽调制)输出口; P25～P27：通用I/O口或UART/SIO2的数据输入、数据输出、时钟输入口; P30*～P36*：大电流驱动输出口，其中，P30/BUZ*可作蜂鸣器驱动口;

P40～P41：在MB89P475(102)(单时钟系统)中为通用输入口，在MB89P475(202)(双时钟系统)中为副时钟连接引脚; P42：通用输入口; P50～P54：通用I/O口或电平触发中断输入口(低电平中断); C：接0.1μF电容到地; Vcc、Vss：电源(+5V)和接地(GND)引脚; Avcc、Avss：A/D电路的参考电源和地。 1.2 主要特点 MB89P475内含六个定时器，分别为：PWC(脉宽测量)定时器(可用作时间间隔定时器)、PWM(脉宽调制)定时器(可用作时间间隔定时器)、2个8/16bit 定时/计数器、一个21-bit时间基准定时器和一个Watch比例器。此外，MB89P475还具有如下特点： ●带有蜂鸣器驱动，可由程序选择7种驱动信号频率; ●可外部中断，包括4个沿触发中断通道和5个电平触发中断通道; ●内含8通道10位A/D转换器; 图3 ●内含UART/SIO 异步/同步数据接收/发射器; ●可低功耗工作，具有Stop模式、Sleep模式、副时钟模式、Watch模式等多种工作模式; ●带有Watchdog 定时复位功能; ●最大可用39路I/O口。 2　MB89P475的UART/SIO结构 MB89P475的最大特点就是内部集成了一个UART/SIO通用串行数据通信接口，可通过片内双缓冲器实现全双工双向通信同时UART/SIO可编程配置为异步或同步通信模式;其内部波特率发生器既可以选择14种不同的波特率也可由外部时钟设置波特率其数据传输格式见表1所列。该数据传输格式基于NRZ(不归零)系统。 表1 UART/SIO数据格式 模 式数据长度(Bit)通信模式停止位长度 无校验有校验 0 7 8 异步 1bit或2bits 8 9 1 8 同步 -- MB89P475内含六个寄存器，分述如下： Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 MD PEN TDP SBL CL CLK2 CLK1 CLK0 (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为通信模式控制位，该位为0为异步通信(UART)，为1时同步通信(SIO); PEN为校验控制位，该位为0表示无校验，为1表示有校验(由Bit5选择奇、偶校验); TDP为奇、偶校验位，0为偶校验，1为奇校验; SBL是停止位长度控制位，0 为选择1Bit停止位，1为选择2 Bit停止位; CL为字符长度控制位，0 为选择7 Bit数据长度，1为选择8 Bit数据长度; CLK2～CLK0：通信时钟选择位，具体操作见表2所列。 表2 时钟选择 CLK2 CLK1 CLK0 选 择 时 钟 0 0 0 2个指令周期 0 0 1 8个指令周期 0 1 0 32个指令周期 0 1 1 波特率发生器控制 1 0 0 外部时钟(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： Bit7 Bit6 Bit5 Bit4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 RERC RXE TXE BRGE TXOE SCKE RIE TIE 其中，RERC：各接收标志清除位。置0时，清除所有错误标志，置1无效; RXE：数据接收允许位，置0时禁止接收，置1时允许接收; TXE：数据发射允许位，置0时禁止发射，置1时允许发射; BRGE：波特率发生器启动位，0为停止，1为启动; TXOE：串行数据输出允许位，置0时，P21/SO1、P26/SO2为通用I/O口，置1时，P21/SO1、P26/SO2为串行数据输出口; SCKE：串行时钟输出允许位，置0时，P20/SCK1、P27/SCK2为通用I/O口或串行时钟输入口，置1时，P20/SCK1、P27/SCK2为串行时钟输出口; RIE：接收中断允许位，置0时，接收中断禁止，置1时，接收中断允许; TIE：发射中断允许位，置0时，发射中断禁止，置1时，发射中断允许。 (3) SSD1/2：状态与数据寄存器(地址：0028H/002DH，初始化值：00001---H)，格式如下： Bit7 Bit6 Bit5 BIT4 Bit3 Bit2 Bit1 Bit0 PRE OVE FER RDRF TDRE -- -- -- 其中，PRE：为校验错误标志，0为无校验错误，1为校验错误; OVE：溢出错误标志，0为无溢出错误，1为溢出错误; FER：帧错误标志，0为无帧错误，1为帧错误; RDRF：接收数据寄存器满标志，0为寄存器空，1为接收数据满; TDRE：发射数据寄存器空标志，0为发射数据满，1为寄存器空。

这里，SSD1/2是只读寄存器。若接收中断允许(RIE=1)，那么任何错误标志置“1”都将产生接收中断。因此，在程序中将RERC(SMC12/22中的Bit7)置“1”，可将各错误标志清零。 (4)SRC1/2：波特率控制寄存器(地址：002AH/002FH，初始化值：xxxxxxxxH) 当SMC11/SMC21寄存器中的CLK2 ～ CLK0设为“011”时，由于选择的是波特率发生器作为串行时钟(异步通信方式使用)，因此，只有在UART/SIO停止工作时，写入SRC1/2的数据才有效。此时，波特率计算方法如下(CLK2～CLK0设为“011”)： 波特率=1/(16nTint) 式中，n为写入SRC1/2的数值，Tint为指令周期，其值可通过对相关寄存器编程设定为4/fch、8/fch、16/fch、64/fch(其中fch为系统时钟振荡器频率)。 (5) SIDR1/2： 输入数据寄存器(地址：0029H/002EH，初始化值：xxxxxxxxH) 该寄存器用于存放接收到的数据。当数据接收完成时，RSRF位(SSD1/2中的Bit4)被置“1”，此时若接收中断允许，将产生接收中断请求。读出接收数据后，RSRF位自动清“0”。 系统检测到接收中断请求后，应检查RSRF位是否为“1”，若为“0”，说明该中断是由于接收错误产生的，SIDR1/2并未接收到数据，此时应在相应的程序中作相应处理。 (6) SODR1/2：输出数据寄存器(地址：0029H/002EH，初始化值：xxxxxxxxH) SODR1/2与SIDR1/2具有相同的地址。发射允许时，将发射数据写入该寄存器即可直接转送到发射寄存器，并通过发射移位寄存器发送到串行数据输出口(SO1/2)。 图5 发射数据写入SODR1/2寄存器时，发射数据标志位TDRE同时被清“0”，发射数据转送到发射移位寄存器后，TDRE被置“1”，意味着SODR1/2寄存器可以写入下一个发射数据，同时，若发射中断允许，将产生发射中断请求。 若将发射数据长度设为7 Bits，则数据的第7位(最高位)无效。 3　LSR300型集控系统的构成 图2所示为LSR300型中央空调计算机集控系统的结构框图，该系统采用RS-485总线结构方式，由计算机控制管理平台、RS-232/RS-485转换模块、14个控制终端(包括通信板和主控系统，其控制终端数量可以根据实际要求增加或减少)组成。其中计算机控制管理平台主要用于数据通信、系统检测、功能设定和控制以及查询等管理工作。 系统中的RS-232/RS-485转换模块由MAX-IM公司生产的MAX491E、MAX232A组成，该模块的电路连接如图3所示。 通信板由MB89P475为核心组成，其结构如图4所示。图中的RS-485接口由MAX491E完成，接收器处于常通状态(RE接地)，发射器的选通(DE端)由MB89P475的P2.7口控制(高电平选通)。通信板主要完成以下功能： (1) 用拨码开关实现各控制终端的地址编码; (2) 机组的本地操作控制与显示(包括本地查询、设置和控制); (3) 分别与计算机和主控系统通信，实现主控系统与计算机之间的数据传送。其中，与计算机之间采用RS-485总线方式进行连接，而与主控系统之间则采用电流环方式连接; (4) 记忆机组的设定信息、故障信息和累计运行时间。 此外，系统中的主控系统也可采用LSR300中央空调单机组控制系统实现(详见参考资料1)。

4　MB89P475的通信软件设计 4.1 通信板与计算机通信 (1)通信协议 通信板与计算机的通信采用RS-485总线方式连接，通信过程由计算机主控，通信数据采用RS-232标准数据格式[2]。 当通信板接收到正确的同步码和地址码时，表示该通信板可以与计算机通信。此时可选择MB89P475的UART/SIO2为UART(两线异步)通信模式，通信数据格式定义为1位起始位，8位数据长度和1位停止位，无校验位。 (2)软件设计 UART/SIO2相关寄存器初始化如下： MOV SCR2，#104 ;设定波特率=1200bps(系统时钟Fch=8.000MHz) MOV SMC21，#00001011B ;选择UART模式，1Bit停止位，8Bits数据长度，无校验位 MOV SMC22，#01111010B ;允许接收中断，禁止发射中断，发射允许，接收允许 数据发射采用查询方式进行，即发射子程序置于主程序循环中，可通过查询发射数据寄存器空标志位TDRE决定是否写入下一个发射数据。发射子程序流程图如图5所示。 数据接收采用中断方式进行。程序进入接收中断服务程序时，应首先根据接收数据满标志位RDRF的状态来判断中断请求是否是由于接收错误产生的(产生中断时，接收数据满标志位RDRF=0)，然后由判断结果决定是接收数据还是进行出错处理。中断服务程序的流程图如图6所示。 4.2 通信板与主控系统通信 (1)通信协议 通信板与主控系统的通信采用电流环方式实现，这样可以增强通信的可靠性。通信过程由通信板主控，通信数据采用RS-232标准数据格式[2]。 可选择MB89P475的UART/SIO1为UART(两线异步)通信模式，通信数据格式定义为1位起始位，8位数据长度和1位停止位，无校验位。 (2)软件设计 相关寄存器初始化如下： MOV SCR1，#52 ;设定波特率=2400bps(系统时钟Fch=8.000MHz) MOV SMC11，#00001011B ;选择UART模式，1Bit停止位，8Bits数据长度，无校验位 MOV SMC12，#01111010B ;允许接收中断，禁止发射中断，发射允许，接收允许 具体的编程方法与通信板和计算机的通信编程方法相同。 5　结语 虽然MB89P475的双路UART/SIO结构具有灵活、安全的特点，但合理的程序设计也至关重要。在LSR300中央空调计算机集控系统中，以MB89P475为核心设计的通信板，充分合理地利用了MB89P475的双路UART/SIO资源。它可以作为各控制终端与计算机交换数据的枢纽，同时还避免了主控系统的重复开发。目前该系统已投入使用，其方便、灵活的操作模式和安全可靠的运行已得到了用户的肯定。