基于單片機的多機并行通訊系統(tǒng)

1　簡介

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

 

圖1　芯片的邏輯圖及四種工作狀態(tài)　

 

圖2　單片機并行通信原理框圖[!--empirenews.page--]

2　三態(tài)總線緩沖寄存器74HC646

在單片機構(gòu)成的多機并行通訊系統(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，其實也是一個雙端口共享存儲器，只是共享存儲區(qū)很小的，僅有一個數(shù)據(jù)輸入寄存器與一個數(shù)據(jù)輸出寄存器，用它作為單字節(jié)通信數(shù)據(jù)的臨時中轉(zhuǎn)站，每傳送一個字節(jié)，主從機間握手一次，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)部總線進行數(shù)據(jù)交換。

74HC646具有四種工作狀態(tài)，利用對這四種工作狀態(tài)的控制，可以實現(xiàn)多個單片機利用數(shù)據(jù)口進行數(shù)據(jù)交換，省下其余口線做其他的工作，如驅(qū)動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　單片機并行通信原理

74HC646對數(shù)據(jù)進行的鎖存只為完成數(shù)據(jù)交換作了信息準備工作，單片機多機之間通訊的實現(xiàn)還必須具備通訊聯(lián)絡(luò)手段，以使單片機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)信號是由74HC74電路產(chǎn)生。單片機并行通信原理框圖如圖2所示。

4　多機并行通信協(xié)議

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

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

主機與從機間的數(shù)據(jù)傳輸要通過74HC646，協(xié)議不允許雙方同時對74HC646進行操作，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，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

...

校驗碼 [!--empirenews.page--]

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　主機向從機寫數(shù)過程：(主機寫, 從機讀)

主機向74HC646寫數(shù)據(jù)，然后通知從機有數(shù)據(jù)來，從機從74HC646中讀取數(shù)據(jù)。

① 主機讀取狀態(tài)位，檢測TFNF*位是否為零。

②若TFNF*＝1，主機暫時等待；若TFNF*＝0，主機向74HC646寫數(shù)據(jù)，使TFNF*＝1，同時使TFNE*＝0。

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

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

5.2.2　主機讀從機過程：(從機寫, 主機讀)

從機向74HC646寫數(shù)據(jù)，然后通知主機有數(shù)據(jù)來，主機收到信號后，將數(shù)據(jù)從74HC646中取走。

① 從機讀取狀態(tài)位，檢測RFNF*位是否為零。

②若RFNF*=1，從機暫時等待；若RFNF*=0，從機向74HC646寫數(shù)據(jù)，使RFNF*=1，同時使RFNE*=0。

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

④ 從機再次檢測狀態(tài)位RFNF*是否為零，若為“0”，說明從機已將數(shù)據(jù)從74HC646中取走，主機可發(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, 只需對執(zhí)行過程和流程圖稍加修改即可。