原创 基于双C8051F020微控制器的应用系统

摘要：本文使用2片C8051F020微控制器，通过其自身的SMBus总线进行扩展，实现了多路模拟量和数字量的输入与输出的应用系统。应用系统使用了USB-UART桥接电路，实现了虚拟串口的USB传输。文中首先简要介绍了C8051F020 MCU与CP2101桥接电路的特点，然后详细阐述了SMBus的总线协议，并说明了上下位机的通信协议以及两片下位机的基于SMBus的数据通信，最后给出了主下位机的程序流程图。电子园51单片机学习网 s|(GxVyQ
关键词：应用系统；C8051F020;SMBus;串行通信；USB电子园51单片机学习网cl I~? ?SF Z

kMb9z*N"{)t-T8UX446063系统通信的设计

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    系统的任务主要对模拟量进行AD转换，对数字量进行计数，并将这些数据最终要传给上位微机进行显示与数据处理，上位机根据其处理结果控制PWM波的频率及占空比。电子园51单片机学习网{@1?3Y T6P;li

5B@'\.@ Rz;h7D446063.1  上下位机的数据通信^[4-5]

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由于我们使用了USB-UART桥接电路CP2101，因而上下位机的程序仍是按照UART形式编写。为保证双方传输的数据准确可靠，程序中使用软件握手：上位机首先给下位机传波特率参数,其值为600H，300H,180H,C0H,60H,0CH之一，下位机对收到波特率参数进行验证，如果为其中之一，则发送字节AAH给上位机，并更新下位机波特率，反之认为是噪声干扰，丢弃此数据，再重新等待接收。上位机收到AAH字节后，就更新新的波特率，然后向下位机发送控制命令子，如采样通道选择，单端方式还是差分方式，开关量的状态，采样周期和采样时间等，以及是否要求从下位机工作，如果要求从下位机工作，还要正确建立主从下位机的通信，之后再向上位机发应答字节55H。协议还采用超时重发功能，可自动连接5次。电子园51单片机学习网k,O0OR/l_w

3.2 主从下位机的SMBus通信^[6]

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为使SMBus通信程序便于编写，我们规定第1片为主片，第二片为从片。SMBus的工作由下列寄存器中的内容决定：状态寄存器(SMB0STA)、控制寄存器 (SMB0CN)、地址寄存器(SMB0ADR)和数据寄存器(SMB0DAT)。要通过SMBus通讯协议实现两片芯片之间的数据通信，关键在于如何利用单片机中的状态寄存器中的状态码，通过软件编程来实现对状态码的查询。每一个状态码都对应一个当前的通信状态和将要执行的操作，因此，根据所得到的状态码来确定当前的通信状态，以实现相互间的通信。

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$v(mKRm x44606在编程时，SMBus通信协议是利用中断查询状态码的方式实现的，为使双方的通信可靠，也规定了软件握手：初始化后，从片等待主片的命令字节33H，从片收到33H后给主片发CCH应答字节，主片收到CCH字节后，根据上位机要求给从片发送相应的命令字节（采样周期，采样时间，采样通道，开关量状态等），然后发送BBH字节个主片，并启动相应AD转换，主片收到BB后才进行AD转换，保证主片与从片对模拟量的同步采样。

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4系统软件设计电子园51单片机学习网8L }yd7u_#N/\X

    考虑到系统灵活性，我们编程使得通道选择、采样时间、采样周期、数字量输入、开关量的控制、PWM波的频率及占空比、从下位机的工作情况等由用户在上位机上指定，然后以命令字传给下位机，具体为：用4个字节分别表示两片MCU的AD通道是否被选中，每个字节位上为1表示该通道被选中，否则不选该通道。用3个字节存放采样周期，其最小单位为10微妙，5个字节存放采样时间，一个字节用于开关量，2个字节用于存放PWM波的频率，2个字节用于存放占空比值，1个字节用于表示数字量输入是否被选中。对于输入的数字量，输入是涡轮流量计来的脉冲，输入脉冲数的确定是采样引脚电平变化的方法来确定的。为保证小流量时的精度，按4秒钟所计脉冲数，通过其转换关系来确定流量。其中引脚电平采样的时间设为100微妙。电子园51单片机学习网^wY1dP

为减轻下位机的任务，其采集的原始数据直接送给上位机进行处理，保证下位机有高的采样速率和高的传输速率。图4给出了下位机主片的工作流程图。

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5 结束语电子园51单片机学习网#yT*{0r"s&\1J(BV_ [

我们使用了自身带有AD转换电路及SMBus通信总线接口C8051F020微控制器，实现了两片MCU之间数据的高速可靠的数据通信。而且还使用了USB-UART桥接电路，保证了下位机与上位机有高的数据传输率。并且，在上位机软件设计时考虑到应用系统的通用性，可根据实际需求选用不同的传感器，并在上位机上进行相应的选择，就能得到所需的测量数据及曲线，使得该应用系统有较强的通用性。

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