10KM遠(yuǎn)距多個(gè)單片機(jī)的主從方式串行通信分析

一、問題的提出

　　51系列單片機(jī)具有方便的串行通信功能，當(dāng)串行口以方式2或方式3工作時(shí)，置SM2一l。此種情況下，僅當(dāng)串行口接收到的第9位數(shù)據(jù)RBS為1時(shí)，才激活中斷標(biāo)志RI;否則不產(chǎn)生中斷，信息被丟失。利用串行口的這個(gè)特性，便可實(shí)現(xiàn)主機(jī)一分機(jī)的串行通信。
　　
　　對(duì)于分機(jī)一主機(jī)的通信，可以采用每臺(tái)分機(jī)對(duì)主機(jī)的一對(duì)一通信。這種方式大大增加了主機(jī)的串行接口電路和傳輸電纜。如采用圖1- 47所示結(jié)構(gòu)，分機(jī)O～N的輸出串接在一起，則會(huì)造成傳輸線2上信號(hào)紊亂，甚至?xí)龤Х謾C(jī)串行輸出口。
　　
　　另外，采用TTL電平通信，傳輸距離只有幾米；如果采用RS一232C，傳輸距離也不過幾十米，達(dá)不到10 km范圍內(nèi)的傳輸要求。
　　
　　為解決上述問題，我們提出一種總線式串行傳輸方式：利用三態(tài)門實(shí)現(xiàn)傳輸線2與未通信分機(jī)的隔離，傳輸線上輸送的串行信號(hào)為已調(diào)制的-12～+12 V方波信號(hào)，發(fā)送機(jī)與接收機(jī)用電流環(huán)實(shí)現(xiàn)通信傳輸。

二、總線式串行傳輸方式

　　設(shè)定主、分機(jī)通信波特率為600 b/s，串行信號(hào)為：O電平調(diào)制成1 200Hz，l電平調(diào)制成2400 Hz的-12～+12 V方波信號(hào)。主、分機(jī)通信電路一致。
　　
　　1．硬件電路
　　
　　通信系統(tǒng)硬件電路如圖1- 48所示。圖中，A點(diǎn)邏輯為1時(shí)，開通調(diào)制器，允許B點(diǎn)信號(hào)送傳輸線2;A點(diǎn)邏輯為0時(shí)，鎖閉調(diào)制器，串行輸出口呈高阻狀態(tài)。

　　欲啟動(dòng)串行口占用傳輸線2時(shí)，首先須檢查傳輸線狀態(tài)，即讓PC0=1，PC1發(fā)一個(gè)負(fù)脈沖“U”清74LS74 Q端為0；等待時(shí)間t2后，檢查PC4。若PC4為高電平，則說明已有分機(jī)占用傳輸線2，此時(shí)不能向傳輸線2發(fā)送數(shù)據(jù)。即使發(fā)送數(shù)據(jù)，由于Q=l，鎖閉串行口，數(shù)據(jù)也不能送到傳輸線2上。若PC4為低電平，則說明傳輸線2空閑，8031控制8255將PCo置o，開通調(diào)制器。由于U1端為低電平，此時(shí)傳輸線2上的信號(hào)不能引起74LS74 CP端由0到1的翻轉(zhuǎn)，74LS74 Q端恒為低電平，該分機(jī)占用傳輸線2。
　　
　　分機(jī)將數(shù)據(jù)發(fā)送完畢，則置PCo為1，鎖閉調(diào)制器。
　　
　　2．通信軟件
　　
　　當(dāng)主機(jī)通過傳輸線l向各分機(jī)發(fā)出呼喚時(shí)，數(shù)據(jù)RB8=1;否則RB8=0。主機(jī)呼喚分機(jī)信號(hào)定義如下：

　　當(dāng)SD7 =1時(shí)，主機(jī)對(duì)分機(jī)號(hào)為SD6～SD。的分機(jī)發(fā)出呼喚，接著下一字節(jié)(RB8 -O)向該分機(jī)發(fā)送命令（注冊、控制、咨詢等）。該分機(jī)接收完命令，即向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，回答主機(jī)。
　　
　　當(dāng)SD7=0時(shí)，主機(jī)對(duì)任何分機(jī)均無呼喚，SD6=SD。無效，各分機(jī)可以向主機(jī)發(fā)出呼叫，以實(shí)現(xiàn)分機(jī)一主機(jī)的呼叫。為防止同一瞬間兩臺(tái)以上分機(jī)同時(shí)向主機(jī)發(fā)出呼叫，各分機(jī)將此數(shù)據(jù)作為一個(gè)同步信號(hào)，以接收到該字節(jié)的時(shí)間為起點(diǎn)，根據(jù)分機(jī)號(hào)分別延時(shí)時(shí)間￡．，再檢查傳輸線2，啟動(dòng)發(fā)送。
　　
　　傳輸線2面向某分機(jī)開通，邏輯關(guān)系如下：

　　檢查傳輸線2狀態(tài)，即PC，發(fā)“U”，延時(shí)t2(>111 200 s)．使74LS74 Q端能準(zhǔn)確地反映傳輸線2的狀態(tài)。
　　
　　檢查PC4，若為低電平，則可以啟動(dòng)發(fā)送；若為高電平，則說明傳輸線2上已有數(shù)據(jù)傳輸，不能啟動(dòng)發(fā)送，等待下一個(gè)同步信號(hào)到來時(shí)再試圖啟動(dòng)。
　　
　　當(dāng)分機(jī)使用完串行口時(shí)，即讓PC。=1，關(guān)閉調(diào)制器，使串行口輸出呈高阻狀態(tài)。
　　
　　主、分機(jī)通信程序處理流程如圖1- 49和圖1- 50所示。圖1- 49中，t主為主機(jī)連續(xù)向分機(jī)發(fā)同步信號(hào)的延時(shí)等待時(shí)間，以等待分機(jī)對(duì)主機(jī)發(fā)出的上一個(gè)同步信號(hào)的響應(yīng)。
　　
　　t主=ll/600+t2+[t+1]max+tD式中：tD為冗余時(shí)間。
　　
　　本節(jié)提出的總線式串行通信方式適用于數(shù)據(jù)傳輸量不太大的分布式多機(jī)系統(tǒng)。一臺(tái)主機(jī)最多可連接27臺(tái)分機(jī)。在所需連接分機(jī)臺(tái)數(shù)不多的情況下，可以將主機(jī)呼喚分機(jī)信號(hào)的高位數(shù)據(jù)定義成一些常用命令，以減少主機(jī)一分機(jī)命令字節(jié)的傳輸，提高傳輸速率。
　　
　　該傳輸方式經(jīng)在多機(jī)分布式警戒系統(tǒng)中試驗(yàn)，證明切實(shí)可行。