基于單片機(jī)的多機(jī)并行通訊系統(tǒng)

1　簡介

本文介紹的單片機(jī)多機(jī)并行通訊系統(tǒng)，使用89C51作為主機(jī)，多片89C2051作為從機(jī)。（89C2051為20腳300MIL封裝，帶有2K FLASH E2PROM的單片機(jī)，除了少了兩個(gè)并口外，具備MCS-51系列單片機(jī)所有功能。因?yàn)槠潴w積小，功能強(qiáng)，必將在單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)廣泛使用）。這種并行通訊方法適用于在多站點(diǎn)，多層次的檢測和控制系統(tǒng)中充當(dāng)通信控制器的角色；也適合于用作單片機(jī)串行口擴(kuò)充電路。

 

圖1　芯片的邏輯圖及四種工作狀態(tài)　

 

圖2　單片機(jī)并行通信原理框圖

2　三態(tài)總線緩沖寄存器74HC646

在單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)并行通訊系統(tǒng)中，總線上的信息交換一般采用PIO（并行接口）和雙端口寄存器等方法，并輔助以總線仲裁電路。通常使用的并行接口芯片有8155，8255等。本文介紹一種簡單的并行接口電路，它既能取代8255等芯片，還能使電路結(jié)構(gòu)更加簡單和緊湊。該電路由一片74HC74和一片74HC646（300MIL窄封裝）構(gòu)成。

74HC646是三態(tài)總線緩沖寄存器，其實(shí)也是一個(gè)雙端口共享存儲(chǔ)器，只是共享存儲(chǔ)區(qū)很小的，僅有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入寄存器與一個(gè)數(shù)據(jù)輸出寄存器，用它作為單字節(jié)通信數(shù)據(jù)的臨時(shí)中轉(zhuǎn)站，每傳送一個(gè)字節(jié)，主從機(jī)間握手一次，把數(shù)據(jù)取走后再繼續(xù)下一字節(jié)的通信。74HC646可以將兩條總線的數(shù)據(jù)分別鎖存，再由芯片內(nèi)部總線進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

74HC646具有四種工作狀態(tài)，利用對(duì)這四種工作狀態(tài)的控制，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)單片機(jī)利用數(shù)據(jù)口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，省下其余口線做其他的工作，如驅(qū)動(dòng)LED，控制開關(guān)等。
74HC646芯片的邏輯圖及四種工作狀態(tài)如圖1所示。

3　單片機(jī)并行通信原理

74HC646對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的鎖存只為完成數(shù)據(jù)交換作了信息準(zhǔn)備工作，單片機(jī)多機(jī)之間通訊的實(shí)現(xiàn)還必須具備通訊聯(lián)絡(luò)手段，以使單片機(jī)了解總線上的工作狀態(tài)，避免發(fā)生總線沖突。這里采用四線握手聯(lián)絡(luò)：兩條由發(fā)送方送接收方，通知接收方數(shù)據(jù)已經(jīng)準(zhǔn)備好（如圖2中的TFNE*,RFNE*）；兩條由接收方送發(fā)送方，通知發(fā)送方數(shù)據(jù)已經(jīng)收到（如圖2中的TFNF*,RFNF*）通信聯(lián)絡(luò)信號(hào)是由74HC74電路產(chǎn)生。單片機(jī)并行通信原理框圖如圖2所示。

4　多機(jī)并行通信協(xié)議

上面的并行通訊的單片機(jī)沒有封鎖電路以防止主從機(jī)向74HC646同時(shí)寫數(shù)或同時(shí)讀數(shù)，因此各單機(jī)在雙向傳輸時(shí)，必須根據(jù)狀態(tài)信息來控制自己的下一步操作，即進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，通過軟件、硬件通訊協(xié)議配合才能避免造成錯(cuò)誤，保證對(duì)74HC646不會(huì)造成競爭沖突。因此，除了上面所講的聯(lián)絡(luò)電路之外，在編制軟件時(shí)，還必須遵從以下協(xié)議：

主機(jī)向74HC646發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須保證74HC646接收寄存器為空。

主機(jī)與從機(jī)間的數(shù)據(jù)傳輸要通過74HC646，協(xié)議不允許雙方同時(shí)對(duì)74HC646進(jìn)行操作，必須根據(jù)狀態(tài)信息來控制自己的操作。

5　通訊協(xié)議的格式與執(zhí)行過程

5.1　信息格式

在并行通訊的異步通信傳輸時(shí)，也同樣存在幀的類型及格式問題，可以采用串行通訊類似的幀格式：

特征字

長度

數(shù)據(jù)1

數(shù)據(jù)2

...

校驗(yàn)碼

5.2　通訊協(xié)議的執(zhí)行過程

下面以檢測方式為例說明通訊協(xié)議的執(zhí)行過程。

5.2.1　主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)過程：(主機(jī)寫, 從機(jī)讀)

主機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù)，然后通知從機(jī)有數(shù)據(jù)來，從機(jī)從74HC646中讀取數(shù)據(jù)。

① 主機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測TFNF*位是否為零。

②若TFNF*＝1，主機(jī)暫時(shí)等待；若TFNF*＝0，主機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù)，使TFNF*＝1，同時(shí)使TFNE*＝0。

③ 從機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測TFNE*位是否為零。若TFNE*＝1，從機(jī)暫時(shí)等待；若TFNE*＝0，從機(jī)從74HC646讀數(shù)據(jù)，使TFNE*＝1，同時(shí)使TFNF*＝0。

④ 主機(jī)再次檢測狀態(tài)位TFNF*是否為零，若為“0”，說明從機(jī)已將數(shù)據(jù)從74HC646中取走，主機(jī)可發(fā)送下一數(shù)據(jù)。

5.2.2　主機(jī)讀從機(jī)過程：(從機(jī)寫, 主機(jī)讀)

從機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù)，然后通知主機(jī)有數(shù)據(jù)來，主機(jī)收到信號(hào)后，將數(shù)據(jù)從74HC646中取走。

① 從機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測RFNF*位是否為零。

②若RFNF*=1，從機(jī)暫時(shí)等待；若RFNF*=0，從機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù)，使RFNF*=1，同時(shí)使RFNE*=0。

③ 主機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測RFNE*位是否為零。若RFNE*＝1，主機(jī)暫時(shí)等待；若RFNE*=0，主機(jī)從74HC646讀數(shù)據(jù)，使RFNE*＝1，同時(shí)使RFNF*＝0。

④ 從機(jī)再次檢測狀態(tài)位RFNF*是否為零，若為“0”，說明從機(jī)已將數(shù)據(jù)從74HC646中取走，主機(jī)可發(fā)送下一數(shù)據(jù)。

6　流程圖(檢測方式)

采用檢測方式的程序流程如圖3所示。

 

圖3　采用檢測方式的程序流程圖

若使用中斷方式, 只需對(duì)執(zhí)行過程和流程圖稍加修改即可。