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單片機多機并行通訊的一種方法</P><P> 尹紅 </P><P> 摘 要 單片機多機通訊一般采用串行總線方式，但在通訊距離短，通訊數據量大，通訊速率高的場合也會用到多機并行通訊。本文介紹一種采用簡單邏輯電路實現單片機多機并行通訊的方法。<BR> 關鍵詞 并行通訊，三態緩沖寄存器，雙端口存儲器，總線隔離</P><P> 1 簡介<BR> 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。</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315181784890.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315181784890.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315184917357.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315184917357.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖1 芯片的邏輯圖及四種工作狀態 </P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315185843889.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315185843889.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A><BR> 圖2 單片機并行通信原理框圖</P><P> 2 三態總線緩沖寄存器74HC646<BR> 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。<BR> 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。</P><P> 3 單片機并行通信原理<BR> 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。</P><P> 4 多機并行通信協議<BR> 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：<BR> . 主機向74HC646發送數據時，必須保證74HC646接收寄存器為空。<BR> . 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。</P><P> 5 通訊協議的格式與執行過程<BR> 5.1 信息格式<BR> 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：<BR> </P><P> 特征字 <BR> 長度 <BR> 數據1 <BR> 數據2 <BR> ... <BR> 校驗碼 </P><P> 5.2 通訊協議的執行過程<BR> 下面以檢測方式為例說明通訊協議的執行過程。<BR> 5.2.1 主機向從機寫數過程：(主機寫, 從機讀)<BR> 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。<BR> ① 主機讀取狀態位，檢測TFNF*位是否為零。<BR> 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。<BR> 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。<BR> 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。<BR> 5.2.2 主機讀從機過程：(從機寫, 主機讀)<BR> 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。<BR> ① 從機讀取狀態位，檢測RFNF*位是否為零。<BR> 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。<BR> 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。<BR> 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。</P><P> 6 流程圖(檢測方式)<BR> 采用檢測方式的程序流程如圖3所示。</P><P> <br><A HREF="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315191566538.gif" TARGET=_blank><IMG SRC="/editor/uploadfiles/learns01/2003102315191566538.gif" border=0 alt=按此在新窗口瀏覽圖片 onload="javascript:if(this.width>580)this.width=580"></A></P><P> 圖3 采用檢測方式的程序流程圖</P><P> 若使用中斷方式, 只需對執行過程和流程圖稍加修改即可。</P><P> 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。<BR> 作者單位：中國科學院成都計算機應用研究所 四川.成都（610041）</P><P> 參考文獻<BR> 1.電子工程手冊編委會,集成電路手冊分編委會編著.標準集成電路數據手冊高速CMOS電路(第一版).北京：電子工業出版社,1992:533-541<BR> 2.孫涵芳,徐愛卿編著.MCS-51/98系列單片機原理及應用(第一版).北京：北京航空學院出版社,1988:48—63,172—176<BR> 3.邱公偉,趙祥元,巫淑萍編著.實時控制與智能儀表多微機系統的通信技術(第一版).北京：清華大學出版社,1996:69—113 </P><P> <BR> <BR>
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