單片機多機并行通訊的一種方法

1　簡介
　　本文介紹的單片機多機并行通訊系統，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域內廣泛使用）。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　　　

圖2　單片機并行通信原理框圖

2　三態總線緩沖寄存器74HC646
　　在單片機構成的多機并行通訊系統中，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，還能使電路結構更加簡單和緊湊。該電路由一片74HC74和一片74HC646（300MIL窄封裝）構成。
　　74HC646是三態總線緩沖寄存器，其實也是一個雙端口共享存儲器，只是共享存儲區很小的，僅有一個數據輸入寄存器與一個數據輸出寄存器，用它作為單字節通信數據的臨時中轉站，每傳送一個字節，主從機間握手一次，把數據取走后再繼續下一字節的通信。74HC646可以將兩條總線的數據分別鎖存，再由芯片內部總線進行數據交換。74HC646具有四種工作狀態，利用對這四種工作狀態的控制，可以實現多個單片機利用數據口進行數據交換，省下其余口線做其他的工作，如驅動LED，控制開關等。74HC646芯片的邏輯圖及四種工作狀態如圖1所示。

3　單片機并行通信原理
　　74HC646對數據進行的鎖存只為完成數據交換作了信息準備工作，單片機多機之間通訊的實現還必須具備通訊聯絡手段，以使單片機了解總線上的工作狀態，避免發生總線沖突。這里采用四線握手聯絡：兩條由發送方送接收方，通知接收方數據已經準備好（如圖2中的TFNE^*,RFNE^*）；兩條由接收方送發送方，通知發送方數據已經收到（如圖2中的TFNF^*,RFNF^*）通信聯絡信號是由74HC74電路產生。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同時寫數或同時讀數，因此各單機在雙向傳輸時，必須根據狀態信息來控制自己的下一步操作，即進行聯絡，通過軟件、硬件通訊協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，除了上面所講的聯絡電路之外，在編制軟件時，還必須遵從以下協議：
　　^. 主機向74HC646發送數據時，必須保證74HC646接收寄存器為空。
　　^. 主機與從機間的數據傳輸要通過74HC646，協議不允許雙方同時對74HC646進行操作，必須根據狀態信息來控制自己的操作。

5　通訊協議的格式與執行過程
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：

5.2　通訊協議的執行過程
　　下面以檢測方式為例說明通訊協議的執行過程。
5.2.1　主機向從機寫數過程：(主機寫, 從機讀)
　　主機向74HC646寫數據，然后通知從機有數據來，從機從74HC646中讀取數據。
　　① 主機讀取狀態位，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寫數據，使TFNF^*＝1，同時使TFNE^*＝0。
　　③ 從機讀取狀態位，檢測TFNE^*位是否為零。若TFNE^*＝1，從機暫時等待；若TFNE^*＝0，從機從74HC646讀數據，使TFNE^*＝1，同時使TFNF^*＝0。
　　④ 主機再次檢測狀態位TFNF^*是否為零，若為“0”，說明從機已將數據從74HC646中取走，主機可發送下一數據。
5.2.2　主機讀從機過程：(從機寫, 主機讀)
　　從機向74HC646寫數據，然后通知主機有數據來，主機收到信號后，將數據從74HC646中取走。
　　① 從機讀取狀態位，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寫數據，使RFNF^*=1，同時使RFNE^*=0。
　　③ 主機讀取狀態位，檢測RFNE^*位是否為零。若RFNE^*＝1，主機暫時等待；若RFNE^*=0，主機從74HC646讀數據，使RFNE^*＝1，同時使RFNF^*＝0。
　　④ 從機再次檢測狀態位RFNF^*是否為零，若為“0”，說明從機已將數據從74HC646中取走，主機可發送下一數據。

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

作者簡介：　尹紅　工程師。從事計算機應用、數控產品的研究和開發工作。
作者單位：中國科學院成都計算機應用研究所　四川^.成都（610041）