RS232串行數據截取器的設計方案 - 全文

　　很多設備和其控制計算機之間采用的是RS 232標準串行接口進行通信，本文設計和實現了RS 232串行通信數據截取器，能有效地截取設備與其控制計算機之間的通信數據。

　　1 截取器硬件部分設計

　　1.1 總體框圖及原理

　　系統原理框圖如圖1所示。

　　原理分析：具體設備與其控制計算機之間的通信線路通過電平轉換分兩路。一路是直接相連，保證截取器加入后不會影響它們之間的正常通信。另一路經過擴展的串口1和2，同單片機相連，保證了它們之間的通信數據能夠被單片機捕獲，這些數據經過單片機處理以后通過另一個擴展串口傳輸到上位機，實現對通信數據的截取。

　　1.2 器件選擇

　　系統以常用的AT89C51單片機為處理核心，選取成都國騰公司生產的GM8123芯片將AT89C51單片機的1個全雙工異步串行通信接口擴展成為3個全雙工異步串行通信接口，采用MAX232芯片實現RS 232電平與TTL電平之間的相互轉換。

　　1.3 硬件電路

　　系統完整的電路原理圖如圖2所示。系統電路包括三個部分：單片機最小系統、串口擴展電路和電平轉換電路。

　　單片機最小系統，包括電源電路、時鐘電路和復位電路，S1，S2做波特率控制開關，分別控制P0.0，P0.1的值從00～11，對應波特率為1 200～9 600 b/s。

　　串口擴展電路由GM8123構成，其時鐘電路采用12 MHz的石英晶體振蕩器構成內部時鐘方式。GM8123的母串口接收引腳RXD0和發送引腳TXD0分別同單片機串口的發送引腳TXD和接收引腳RXD相連接。GM8123的復位引腳同單片機P3.6腳相連接，由P3.6控制GM8123系統復位，它的模式控制引腳MS同P3.7相連接，由P3.7進行模式選擇。GM8123的發送地址線引腳STADD0，STADD1，接收地址引腳SRADD0，SRADD1依次同單片機P1口的P1.0～P1.3相連接，由單片機P1口判斷是哪個子串口接收數據和選取某個子串口發送數據。

　　電平轉換電路由兩片MAX232芯片完成，實現J1，J2，J3的RS 232電平與TTL電平之間的相互轉換。

　　2 軟件設計

　　系統軟件有兩種工作模式，模式1的軟件設計是實現截取數據的實時發送，截取器工作時不能脫離上位機。模式2的軟件設計是實現截取數據的存儲轉發，截取器可以脫離上位機工作。

　　2.1 主程序流程設計

　　模式1和模式2的主程序基本相同，其主要功能有：對單片機串行中斷相關寄存器的配置，對串口收發數據波特率設定及相關定時器的配置，對GM8123芯片的復位操作和工作方式的相關配置。主程序流程圖如圖3所示。

　　其中由S1，S2，控制波特率設置的程序流程圖如圖4所示。

　　2.2 中斷服務程序

　　模式1的中斷服務程序完成的功能是接收具體設備(J1)和其控制計算機(J2)發送的數據，并把數據實時地發送到上位計算機(J3)上顯示。模式1中斷服務程序流程圖如圖5所示。

　　模式2中斷服務程序主要完成的功能是接收具體設備(J1)和其控制計算機(J2)發送的數據，并把接收到的數據存儲到單片機的RAM中，當接收到上位機(J3)的發送數據命令時，向上位計算機發送存儲的數據。其流程圖如圖6所示。

　　3 功能測試

　　借助串口調試助手軟件在不同的波特率下對截取器進行功能測試，如圖7是在波特率為9 600 b/s，模式2下的測試結果。其中COM1，COM2和COM4分別對應具體設備、控制計算機和上位機。上位機接收數據中“s：”標號后的數據是設備發送的，“k：”標號后的數據是控制計算機發送的，這些數據是按照時間的先后順序被截取器所截取。利用截取器對某一具體設備和其控制計算機之間的實際通信數據進行截取時，就可以通過分析截取的數據，找出它們之間通信數據的對應關系，從而分析其通信協議。