GMS972051是韓國LG公司生產(chǎn)的MW內部帶2K E2PROM的與MCS-51兼容的單片機。GMS97C2051省去了MCS-51的P0和P3口，但是多了一個內部硬件比較器。由于單片機的通信信號為TTL電平，如果不采取其它的措施，其在通信速率為9600bps時通信距離不超過5米。一般為了延長單片機的通信距離，采用RS-232/RS-485轉換器、RS-232/RS -422轉換器或光隔遠程收發(fā)器。本文介紹的方法可將GMS97C2051單片機之間通信距離延長到1200米以上，而且不需要添加任何硬件措施，完全用軟件來實現(xiàn)。
要用純軟件方法實現(xiàn)GMS97C2051單片機之間的遠程通信，首先必須將單片機的TTL電平的軟件方法轉換為差分電平，其次要用普通I/O口線來構成軟件串行口，并且在軟件上進行正確的配合。
TTL電平轉換成差分電平的純軟件方法
GMS97C2051單片機的信號均為TTL電平。TTL電平信號傳輸距離非常有限，一般在9600bps傳輸率時傳輸距離不超過5米。而差分電平信號則是取決于兩種信號線之間的電平差值，如果某條信號線的電平高于另一條，則信號為1，否則為0。由于差分電平信號可以避免長距離傳輸導線上的電荷積累，并且具有更寬的電平范圍，所以傳輸距離遠得多。RS485差分電平信號在9600bps傳輸率時傳輸距離可達1200米。
為了用純軟件實現(xiàn)差分電平傳輸就不能使用GMS97C2051本身的硬件串行口，而是用普通I/O線來實現(xiàn)串行通信。差分電平要用兩條I/O口線來實現(xiàn)，比如P1.2和P1.3兩條線（見圖1）。當傳輸信號為1時，P1.2為+5V，而P1.3為0V。當傳輸信號為0時，P1.2為0V為0V，而P1.3為+5V。注意P1.2和P1.3不得同時置+5V或同時置0V。
GMS97C2051單片機的P1.0和P1.1可以分別作為片內精密模擬電壓比較器的正輸入端（AIN0）和負輸入端（AINI），所以正好可以用于接收差分電平信號。內部電平比較器的輸出已經(jīng)在芯片內部連到P3.6口，所以可以通過讀取P3.6口的值來得到差分電平信號。
軟件串行口的實現(xiàn)方法
由普通I/O口線來實現(xiàn)串行通信，習慣上稱為軟件串行口。采用差分電平通信的軟件串行口的硬件接線圖如圖2.A、B兩機均為GMS97C2051單片機。P1.2和P1.3用于發(fā)送，P1.0和P1.1口用于接收，P1.0同時接本機中INI0。軟件串行口一般全用標準的10位異步通信格式：1位起始位（信號0），8位數(shù)據(jù)位，1位停止位（信號1）。接收時均是低位數(shù)據(jù)在前，高位數(shù)據(jù)在后。
軟件串行口接收和發(fā)關的工作原理和過程如下：單片機復位后，執(zhí)行初始化程序時，定義P 1口為位控方式，其中P1.0和P1.1定義為輸入，P1.2和P1.3定義為輸出。P1.2初始化為"1"，P1.3初始化為"0"，這樣發(fā)送信號處于停止位（差分電平"1"）。定義INT0為負沿觸發(fā)。允許中斷且定義成高優(yōu)先級，然后開中斷，兩機進入隨時可開始串行通信的等待狀態(tài)。A、B不通信時，兩機的收發(fā)均為"1"，一旦某機（假設為A）需要與對方通信，A機以約定的波特率（假定為9600bps），通過P1.2和P1.3發(fā)送。發(fā)關和接收一個字節(jié)的過程如下：
A機發(fā)送端首先發(fā)送起始位（"0"電平），B機INT0引腳產(chǎn)生下跳沿后，產(chǎn)生中斷申請。B機CPU響應此中斷后，執(zhí)行INT0中斷服務子程序。在中斷服務子程序開始，用位輸入指令讀入P3.6狀態(tài)，如果是"1"電平，則表明此次中斷是受干擾所致，因而取消此次接收過程，中斷返回；如果P3.6狀態(tài)讀入電產(chǎn)是"0"，則表明本次中斷確系A機發(fā)送超始位所引起，經(jīng)**延時，在A機發(fā)送各數(shù)據(jù)位中間處進行采樣，獲得各數(shù)據(jù)位的狀態(tài)，*后生成一個字節(jié)，送有關單元之后中斷返回。雖然送往INT0的信號為TTL電平，但是由于它的傳輸速率非常之低，加上軟件抗干擾措施，所以仍然可以有效地傳輸1200米。
軟件串行中遠程通信的關鍵是如何以較高的波特率可靠地實現(xiàn)數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。下面介紹一組以9600bps波特率設計，用MCS-51匯編語言編寫的具有很強抗干擾能力和很高可靠性的收發(fā)一個字節(jié)的子等等程序。
軟件串行通信的編程
串行通信要實現(xiàn)成功接收必須解決以下關鍵技術：（1）要準確、快速檢測出對方發(fā)出的超始位以及起始位負跳變的時刻；（2）保證在每個數(shù)據(jù)位中間采樣；（3）具有有效的校驗和查錯手段。
我們針對性地采取以下措施：用定義成**中斷的外中斷引腳下接收線相連，來及時捕 捉起始位信息，并在確定采樣時刻的計算中扣除中斷響應滯后的延時時間；精心設計、編寫程序，逐條計算指令實際執(zhí)行時間，排除其他中斷干擾（關中斷），從而保證在每個數(shù)據(jù)位中間處進行采樣；每位重復采樣多次，確定各數(shù)據(jù)位的狀態(tài)，從而可大大減少遠程通信常見的瞬態(tài)干擾（其特點是幅度大、作用時間短、隨機性強）對通信的**影響。綜**用上述技術措施以中斷方式工作的接收（1幀）的中斷服務源程序見程序清單）：
以上指令共46個機器周期（T），加上中斷響應平均延時5個機器周期，所以程序執(zhí)行到此，即A機發(fā)送起始位（開始變低）到此已經(jīng)歷51T。由于MCS-51指令的1個機器周期（T）相當于12個時鐘周期，所以當用12MHz的晶振時，1個機器周期（1T）相當于是1μs。51T相當于51μs。
從A機發(fā)出超始位到此共延時51T+4T+88T=143T，相當于143μs。
傳輸率為9600bps時，每位費時104μs（即1s/9600)。從起始位開始到D0位中間1.5位，費時1.5×104μs=156μs。下面程序在156μs及其前后各11μs處對D0位進行共3次采樣，記錄D0采樣結果為0次數(shù)。如果3次采樣結果為0的次數(shù)小于等于1，則判斷D0=1。如果3次采樣結果為0的次數(shù)大于等于2，則判斷D0=0。這樣極大地增強了串行通信的可靠性。然后再經(jīng)過延時后對其他各位數(shù)據(jù)進行同樣的三次采樣，直到D0～D7共8位數(shù)據(jù)全部采樣結束。
以上程序執(zhí)行用去40T，加上前面的143T，共花去183μs。每次返回NEXT3循環(huán)一次，讀入一位數(shù)據(jù)。在程序輸入NEXT3前，給R0賦值02H，就能保證以后各位數(shù)據(jù)位3次采樣的準確時刻。此中斷服務子程序段不僅能實現(xiàn)在每位數(shù)據(jù)采樣，而且還在中間時刻前后11μs各采樣1次。以3次數(shù)據(jù)的多數(shù)結果確定該位的值，可大大降低因干擾出錯的概率，因此在干擾嚴重的遠程通信中有很強的適應性。
結語
本文介紹的GMS97C2051單片機遠程通信的純軟件方法和程序也適合于ATMEL公司的AT89C2051單片機，對其他單片機的遠程通信也具有一定的參考價值。文中提供的軟件接口方法和源程序經(jīng)實際應用表明，該方法可延長通信距離至1200米（9600bps時）。本方法的不足之處在于軟件編程要求比較高，如果要實現(xiàn)即軟件編程簡單、又通用性好的單片機遠程通信，還是要使用RS-232/RS-485/RS-422轉換器或光隔遠程收發(fā)器。