用多路复用器扩展MCU串口

多微控制器(MCU)／微机组成的分布式、主从式系统是现代复杂通信、控制系统的典型解决方案。分布式环境下的多机协同，要求系统状态和控制信息在多机间进行快速传递,这通常借助简单有效的串行通信方式。现有的微控制器一般所带的串行接口非常适用于点对点通信的场合；但对于实时性要求高的多机通信场合，这类接口必须在串口数量和功能上进行扩展，才能满足对实时性要求较高的应用场合的需要。

本文讨论了一种适用于多机实时环境下的、新的可重配置串口扩展方案。图１为本方案框图。多路复用器是本方案的硬件核心。方案的要点是利用Mux动态地将MCU的串口在串行通道间切换，以达到串口扩展的目的。本文中MCU以89C51为例，Mux 以MAX353为例。

MAX353 是Maxim公司推出的高性能多路复用器，实际可构成两对单刀单掷模拟开关，两对开关状态由一个引脚控制。MAX353基本参数为导通电阻小于35Ω；导通时间小于175ns，关断时间小于145ns。以上参数完全满足本方案的使用要求。

以下介绍本串口扩展方案的基本工作原理。

两串行通道和MAX353、89C51的连接 两串行通道CH1,CH2通过多路复用器MAX353接到89C51的串口，多路复用器MAX353由89C51的一个I/O引脚控制。其中串行通道CH2的输出TXD2同时接到89C51的外部中断输入请求INT0或INT1上。为了适应各种串口通信协议的需要，可在电路中加上电平转换器件，如图1所示。

中断源的使用和设置 CH1仍旧使用串口中断，而CH2使用外部中断INT0或INT1（下面以INT0为例）。当CH2有信息来时，TXD2上将出现起始标志：一个下跳沿。应将INT0设置成为边沿触发，该下跳沿将使89C51进入外部中断服务程序，将串口切换到CH2。

基本工作原理简介 假定外部中断的优先级比串口中断优先级高，又假定在默认情况下，89C51通过I/O口控制Max353，将CH1和89C51的串口相连。当CH1有信息来，将引起89C51的串口中断，实时地接收CH1的信息；反之，当CH2发来信息时，即由远端机发来“发送字符”（发送该字符的目的仅仅是要89C51产生外部中断，该字符姑且称之为“发送字符”）以引起外部中断。利用该中断，控制MAX353将CH2切到89C51的串口，为接受来自CH2的正规信息作准备；CH2再有信息来时，即可通过89C51串口接收，实现串口扩展。

通过以上步骤，系统已经在硬件上已经完成了串口扩展，尚需编制相应的支撑软件。

如果89C51是发送方，那么端机地址(这里地址指的是通道)显然已知，据此控制MAX353，将串口切换到正确的通道上即可；如果89C51是接收方，89C51不知道信息何时、从何通道来，为此需要建立特定的全局标志。

首先89C51的串口中断服务程序应区分是CH1还是CH2引起的串口中断，检查控制MAX353串口I/O引脚状态可作出判断；设置全局标志CH1_Abort作为CH1串口中断服务程序提前终止标志；设置全局标志Extern_on以表明外部中断曾发生。CH1串口中断服务程序检测该标志，决定是否需要快速退出并复位Extern_on；为了提供系统的容错能力，用一个定时器检查CH2占用串口的时间。定时器的时间定为通道切换的最长时间（包括软件和硬件所需时间）。图２给出了89C51的详细工作流程。在此采用了下面直观的类状态迁移图的形式，特别是对全局性的状态标志(如Extern_on、CH1_Abort等)的设立和复位进行说明。

从图１可以清楚地看出，本方案硬件开销极少；原则上，以此方法可对微控制器的串口作进一步的扩展。串口的扩展为系统提供了实时性强、可靠性高的串行通信能力；可通过改变通道和MAX353连接改变两通道的优先级，达到灵活配置通道优先级的目的。■

参考文献

1. 何立民：《MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术》，北京航空航天大学出版社，1996年12月；

2. AT89C51:8-Bit Microcontroller with 4K Bytes Flash；Atmel Corp.

3. 刘乐善等：《微型计算机接口技术原理及应用》，华中理工大学出版社，1998年1月。