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MB89P475的UART/SIO結構與應用
摘要：MB89P475是富士通公司生產的八位單片機。該單片機具有豐富的軟、硬件資源和良好的EMC性能，可廣泛應用于家電控制等產品中。該器件內含兩路UART/SIO接口，非常適用于計算機集中控制和管理的多級通信控制系統中。文中介紹了該單片機的特點和UART/SIO結構，給出了MB89P475在LSP300型中央空調的計算機集控系統中的設計應用方法。關鍵詞：MB89P475；單片機；中央空調；計算機集控系統
ＭＢ８９Ｐ４７５是富士通公司生產的Ｆ２ＭＣ－８ＬＭＢ８９４７０單片機系列產品。該產品具有豐富的軟、硬件資源和良好的ＥＭＣ性能，而且其程序空間（１６ｋ×８ｂｉｔｓＰＲＯＭ）和數據空間（５１２×８ｂｉｔｓＲＡＭ）大小適中,定時器資源和中斷資源豐富。雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ接口的設置是該產品的一大特點。在指令設計方面，利用該單片機可以直接進行１６位數據的比較和算術運算。ＭＢ８９Ｐ４７５的高性價比和合理的資源配置，使其可以廣泛應用于家用電器控制和工業控制等應用領域。此外，在多級數據通信控制系統的開發設計中，ＭＢ８９Ｐ４７５也是一款不可多得的單片機產品。
１ＭＢ８９Ｐ４７５簡介
１．１引腳功能
ＭＢ８９Ｐ４７５（ＯＴＰ型號）相應的掩膜（ＭＡＳＫ）產品型號為ＭＢ８９４７５，它具有兩種封裝形式，分別是４８－ｐｉｎＰｌａｓｔｉｃＳＨ－ＤＩＰ和４８－ｐｉｎＰｌａｓｔｉｃＱＦＰ封裝。本文以ＳＨ－ＤＩＰ封裝形式為例來介紹其引腳定義，圖１所示是該封裝的引腳排列圖，現將各引腳的功能說明如下：
Ｘ０，Ｘ１：振蕩器輸入、輸出；
ＭＯＤＥ：模式設定引腳，使用時，該引腳通常直接接地；
ＲＳＴ：復位腳，低電平復位；
Ｐ００／ＡＮ０～Ｐ０７／ＡＮ７：通用Ｉ／Ｏ口或Ａ／Ｄ輸入口；
Ｐ１０～Ｐ１３：通用Ｉ／Ｏ口或沿觸發中斷輸入口；
Ｐ１４～Ｐ１７：通用Ｉ／Ｏ口或定時器輸入（ＥＣ）、輸出口（ＴＯ）；
Ｐ２０～Ｐ２２：通用Ｉ／Ｏ口或ＵＡＲＴ／ＳＩＯ１的時鐘輸入、數據輸出和輸入口；
Ｐ２３：通用Ｉ／Ｏ口或ＰＷＣ（脈寬測量）輸入口；
Ｐ２４：通用Ｉ／Ｏ口或ＰＷＭ（脈寬調制）輸出口；
Ｐ２５～Ｐ２７：通用Ｉ／Ｏ口或ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２的數據輸入、數據輸出、時鐘輸入口；
Ｐ３０＊～Ｐ３６＊：大電流驅動輸出口，其中，Ｐ３０／ＢＵＺ＊可作蜂鳴器驅動口；
Ｐ４０～Ｐ４１：在ＭＢ８９Ｐ４７５（１０２）（單時鐘系統）中為通用輸入口，在ＭＢ８９Ｐ４７５（２０２）（雙時鐘系統）中為副時鐘連接引腳；
Ｐ４２：通用輸入口；
Ｐ５０～Ｐ５４：通用Ｉ／Ｏ口或電平觸發中斷輸入口（低電平中斷）；
Ｃ：接０．１μＦ電容到地；
Ｖｃｃ、Ｖｓｓ：電源（＋５Ｖ）和接地（ＧＮＤ）引腳；
Ａｖｃｃ、Ａｖｓｓ：Ａ／Ｄ電路的參考電源和地。
１．２主要特點
ＭＢ８９Ｐ４７５內含六個定時器，分別為：ＰＷＣ（脈寬測量）定時器（可用作時間間隔定時器）、ＰＷＭ（脈寬調制）定時器（可用作時間間隔定時器）、２個８／１６ｂｉｔ定時／計數器、一個２１－ｂｉｔ時間基準定時器和一個Ｗａｔｃｈ比例器。此外，ＭＢ８９Ｐ４７５還具有如下特點：
●帶有蜂鳴器驅動，可由程序選擇７種驅動信號頻率；
●可外部中斷，包括４個沿觸發中斷通道和５個電平觸發中斷通道；
●內含８通道１０位Ａ／Ｄ轉換器；
圖3
●內含ＵＡＲＴ／ＳＩＯ異步／同步數據接收／發射器；
●可低功耗工作，具有Ｓｔｏｐ模式、Ｓｌｅｅｐ模式、副時鐘模式、Ｗａｔｃｈ模式等多種工作模式；
●帶有Ｗａｔｃｈｄｏｇ定時復位功能；
●最大可用３９路Ｉ／Ｏ口。
２ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ結構
ＭＢ８９Ｐ４７５的最大特點就是內部集成了一個ＵＡＲＴ／ＳＩＯ通用串行數據通信接口，可通過片內雙緩沖器實現全雙工雙向通信?同時?ＵＡＲＴ／ＳＩＯ可編程配置為異步或同步通信模式；其內部波特率發生器既可以選擇１４種不同的波特率?也可由外部時鐘設置波特率?其數據傳輸格式見表１所列。該數據傳輸格式基于ＮＲＺ（不歸零）系統。
表1UART/SIO數據格式
模式數據長度（Bit）通信模式停止位長度無校驗有校驗078異步1bit或2bits8918同步--
ＭＢ８９Ｐ４７５內含六個寄存器，分述如下：
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0MDPENTDPSBLCLCLK2CLK1CLK0
（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為通信模式控制位，該位為０為異步通信（ＵＡＲＴ），為１時同步通信（ＳＩＯ）；
ＰＥＮ為校驗控制位，該位為０表示無校驗，為１表示有校驗（由Ｂｉｔ５選擇奇、偶校驗）；
ＴＤＰ為奇、偶校驗位，０為偶校驗，１為奇校驗；
ＳＢＬ是停止位長度控制位，０為選擇１Ｂｉｔ停止位，１為選擇２Ｂｉｔ停止位；
ＣＬ為字符長度控制位，０為選擇７Ｂｉｔ數據長度，１為選擇８Ｂｉｔ數據長度；
ＣＬＫ２～ＣＬＫ０：通信時鐘選擇位，具體操作見表２所列。
表2時鐘選擇
CLK2CLK1CLK0
選擇時鐘
0002個指令周期0018個指令周期01032個指令周期011波特率發生器控制100外部時鐘
（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：
Bit7Bit6Bit5Bit4Bit3Bit2Bit1Bit0RERCRXETXEBRGETXOESCKERIETIE
其中，ＲＥＲＣ：各接收標志清除位。置０時，清除所有錯誤標志，置１無效；
ＲＸＥ：數據接收允許位，置０時禁止接收，置１時允許接收；
ＴＸＥ：數據發射允許位，置０時禁止發射，置１時允許發射；
ＢＲＧＥ：波特率發生器啟動位，０為停止，１為啟動；
ＴＸＯＥ：串行數據輸出允許位，置０時，Ｐ２１／ＳＯ１、Ｐ２６／ＳＯ２為通用Ｉ／Ｏ口，置１時，Ｐ２１／ＳＯ１、Ｐ２６／ＳＯ２為串行數據輸出口；
ＳＣＫＥ：串行時鐘輸出允許位，置０時，Ｐ２０／ＳＣＫ１、Ｐ２７／ＳＣＫ２為通用Ｉ／Ｏ口或串行時鐘輸入口，置１時，Ｐ２０／ＳＣＫ１、Ｐ２７／ＳＣＫ２為串行時鐘輸出口；
ＲＩＥ：接收中斷允許位，置０時，接收中斷禁止，置１時，接收中斷允許；
ＴＩＥ：發射中斷允許位，置０時，發射中斷禁止，置１時，發射中斷允許。
（３）ＳＳＤ１／２：狀態與數據寄存器（地址：００２８Ｈ／００２ＤＨ，初始化值：００００１－－－Ｈ），格式如下：
Bit7Bit6Bit5BIT4Bit3Bit2Bit1Bit0PREOVEFERRDRFTDRE------
其中，ＰＲＥ：為校驗錯誤標志，０為無校驗錯誤，１為校驗錯誤；
ＯＶＥ：溢出錯誤標志，０為無溢出錯誤，１為溢出錯誤；
ＦＥＲ：幀錯誤標志，０為無幀錯誤，１為幀錯誤；
ＲＤＲＦ：接收數據寄存器滿標志，０為寄存器空，１為接收數據滿；
ＴＤＲＥ：發射數據寄存器空標志，０為發射數據滿，１為寄存器空。
這里，ＳＳＤ１／２是只讀寄存器。若接收中斷允許（ＲＩＥ＝１），那么任何錯誤標志置“１”都將產生接收中斷。因此，在程序中將ＲＥＲＣ（ＳＭＣ１２／２２中的Ｂｉｔ７）置“１”，可將各錯誤標志清零。
（４）ＳＲＣ１／２：波特率控制寄存器（地址：００２ＡＨ／００２ＦＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）
當ＳＭＣ１１／ＳＭＣ２１寄存器中的ＣＬＫ２～ＣＬＫ０設為“０１１”時，由于選擇的是波特率發生器作為串行時鐘（異步通信方式使用），因此，只有在ＵＡＲＴ／ＳＩＯ停止工作時，寫入ＳＲＣ１／２的數據才有效。此時，波特率計算方法如下（ＣＬＫ２～ＣＬＫ０設為“０１１”）：
波特率＝１／（１６ｎＴｉｎｔ）
式中，ｎ為寫入ＳＲＣ１／２的數值，Ｔｉｎｔ為指令周期，其值可通過對相關寄存器編程設定為４／ｆｃｈ、８／ｆｃｈ、１６／ｆｃｈ、６４／ｆｃｈ（其中ｆｃｈ為系統時鐘振蕩器頻率）。
（５）ＳＩＤＲ１／２：輸入數據寄存器（地址：００２９Ｈ／００２ＥＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）
該寄存器用于存放接收到的數據。當數據接收完成時，ＲＳＲＦ位（ＳＳＤ１／２中的Ｂｉｔ４）被置“１”，此時若接收中斷允許，將產生接收中斷請求。讀出接收數據后，ＲＳＲＦ位自動清“０”。
系統檢測到接收中斷請求后，應檢查ＲＳＲＦ位是否為“１”，若為“０”，說明該中斷是由于接收錯誤產生的，ＳＩＤＲ１／２并未接收到數據，此時應在相應的程序中作相應處理。
（６）ＳＯＤＲ１／２：輸出數據寄存器（地址：００２９Ｈ／００２ＥＨ，初始化值：ｘｘｘｘｘｘｘｘＨ）
ＳＯＤＲ１／２與ＳＩＤＲ１／２具有相同的地址。發射允許時，將發射數據寫入該寄存器即可直接轉送到發射寄存器，并通過發射移位寄存器發送到串行數據輸出口（ＳＯ１／２）。
圖5
發射數據寫入ＳＯＤＲ１／２寄存器時，發射數據標志位ＴＤＲＥ同時被清“０”，發射數據轉送到發射移位寄存器后，ＴＤＲＥ被置“１”，意味著ＳＯＤＲ１／２寄存器可以寫入下一個發射數據，同時，若發射中斷允許，將產生發射中斷請求。
若將發射數據長度設為７Ｂｉｔｓ，則數據的第７位（最高位）無效。
３ＬＳＲ３００型集控系統的構成
圖２所示為ＬＳＲ３００型中央空調計算機集控系統的結構框圖，該系統采用ＲＳ－４８５總線結構方式，由計算機控制管理平臺、ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５轉換模塊、１４個控制終端（包括通信板和主控系統，其控制終端數量可以根據實際要求增加或減少）組成。其中計算機控制管理平臺主要用于數據通信、系統檢測、功能設定和控制以及查詢等管理工作。
系統中的ＲＳ－２３２／ＲＳ－４８５轉換模塊由ＭＡＸ-ＩＭ公司生產的ＭＡＸ４９１Ｅ、ＭＡＸ２３２Ａ組成，該模塊的電路連接如圖３所示。
通信板由ＭＢ８９Ｐ４７５為核心組成，其結構如圖４所示。圖中的ＲＳ－４８５接口由ＭＡＸ４９１Ｅ完成，接收器處于常通狀態（ＲＥ接地），發射器的選通（ＤＥ端）由ＭＢ８９Ｐ４７５的Ｐ２．７口控制（高電平選通）。通信板主要完成以下功能：
（１）用撥碼開關實現各控制終端的地址編碼；
（２）機組的本地操作控制與顯示（包括本地查詢、設置和控制）；
（３）分別與計算機和主控系統通信，實現主控系統與計算機之間的數據傳送。其中，與計算機之間采用ＲＳ－４８５總線方式進行連接，而與主控系統之間則采用電流環方式連接；
（４）記憶機組的設定信息、故障信息和累計運行時間。
此外，系統中的主控系統也可采用ＬＳＲ３００中央空調單機組控制系統實現（詳見參考資料?１?）。
４ＭＢ８９Ｐ４７５的通信軟件設計
４．１通信板與計算機通信
（１）通信協議
通信板與計算機的通信采用ＲＳ－４８５總線方式連接，通信過程由計算機主控，通信數據采用ＲＳ－２３２標準數據格式[２]。
當通信板接收到正確的同步碼和地址碼時，表示該通信板可以與計算機通信。此時可選擇ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２為ＵＡＲＴ（兩線異步）通信模式，通信數據格式定義為１位起始位，８位數據長度和１位停止位，無校驗位。
（２）軟件設計
ＵＡＲＴ／ＳＩＯ２相關寄存器初始化如下：
ＭＯＶＳＣＲ２，＃１０４；設定波特率＝１２００ｂｐｓ（系統時鐘Ｆｃｈ＝８．０００ＭＨｚ）
ＭＯＶＳＭＣ２１，＃００００１０１１Ｂ；選擇ＵＡＲＴ模式，１Ｂｉｔ停止位，８Ｂｉｔｓ數據長度，無校驗位
ＭＯＶＳＭＣ２２，＃０１１１１０１０Ｂ；允許接收中斷，禁止發射中斷，發射允許，接收允許
數據發射采用查詢方式進行，即發射子程序置于主程序循環中，可通過查詢發射數據寄存器空標志位ＴＤＲＥ決定是否寫入下一個發射數據。發射子程序流程圖如圖５所示。
數據接收采用中斷方式進行。程序進入接收中斷服務程序時，應首先根據接收數據滿標志位ＲＤＲＦ的狀態來判斷中斷請求是否是由于接收錯誤產生的（產生中斷時，接收數據滿標志位ＲＤＲＦ＝０），然后由判斷結果決定是接收數據還是進行出錯處理。中斷服務程序的流程圖如圖６所示。
４．２通信板與主控系統通信
（１）通信協議
通信板與主控系統的通信采用電流環方式實現，這樣可以增強通信的可靠性。通信過程由通信板主控，通信數據采用ＲＳ－２３２標準數據格式[２]。
可選擇ＭＢ８９Ｐ４７５的ＵＡＲＴ／ＳＩＯ１為ＵＡＲＴ（兩線異步）通信模式，通信數據格式定義為１位起始位，８位數據長度和１位停止位，無校驗位。
(２)軟件設計
相關寄存器初始化如下：
ＭＯＶＳＣＲ１，＃５２；設定波特率＝２４００ｂｐｓ（系統時鐘Ｆｃｈ＝８．０００ＭＨｚ）
ＭＯＶＳＭＣ１１，＃００００１０１１Ｂ；選擇ＵＡＲＴ模式，１Ｂｉｔ停止位，８Ｂｉｔｓ數據長度，無校驗位
ＭＯＶＳＭＣ１２，＃０１１１１０１０Ｂ；允許接收中斷，禁止發射中斷，發射允許，接收允許
具體的編程方法與通信板和計算機的通信編程方法相同。
５結語
雖然ＭＢ８９Ｐ４７５的雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ結構具有靈活、安全的特點，但合理的程序設計也至關重要。在ＬＳＲ３００中央空調計算機集控系統中，以ＭＢ８９Ｐ４７５為核心設計的通信板，充分合理地利用了ＭＢ８９Ｐ４７５的雙路ＵＡＲＴ／ＳＩＯ資源。它可以作為各控制終端與計算機交換數據的樞紐，同時還避免了主控系統的重復開發。目前該系統已投入使用，其方便、靈活的操作模式和安全可靠的運行已得到了用戶的肯定。
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