單片機(jī)雙機(jī)并行通信中所遇問題及解決方法

1  引言

本系統(tǒng)主要應(yīng)用于雙CPU電腦刺繡機(jī)中。為了減輕下位機(jī)的控制負(fù)擔(dān)，更好的完成花樣的刺繡。其次為下一步脫機(jī)工作做準(zhǔn)備(即在機(jī)器刺繡的同時，為刺繡下一個花樣做準(zhǔn)備工作)，這樣一來，可以進(jìn)一步提高工作效率。由于系統(tǒng)在最初研發(fā)中遭遇程序跑飛問題的困擾，于是提出了采用CPLD(可編程邏輯器件)的方式，以解決通訊干擾問題。

本系統(tǒng)采用的CPLD為 ATMEL公司生產(chǎn)的ATF1540AS器件，該器件是一種高性能、高密度復(fù)合可編程邏輯器件，簡稱CPLD,它利用ATMEL 的電可擦除存儲器技術(shù)，有 64個邏輯宏單元和68個I/O端口，很容易和多個TTL、SSI、MSI、LSI和經(jīng)典的PLDS組合使用。每個宏單元包括積項和積項多路選擇器、 OR/XOR/CASCADE邏輯、觸發(fā)器、輸出選擇和使能、輸入邏輯陣列五個部分。ATF1504AS的增強(qiáng)選路開關(guān)增加了可用的門計數(shù)，提高了管腳鎖存設(shè)計修改的成功率。

圖1     雙機(jī)通信框圖

2  系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的CPU采用W77E58,由ATF1504AS構(gòu)成通信接口,系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.1  問題提出

電腦刺繡機(jī)為達(dá)到良好的人機(jī)界面交互功能，采用上下位機(jī)方式，下位機(jī)主要進(jìn)行繡花動作的控制，上位機(jī)主要進(jìn)行花樣的跟蹤。為了實現(xiàn)繡花的同時在液晶屏上進(jìn)行繡花跟蹤，單CPU方式存在系統(tǒng)資源透支， CPU處理數(shù)據(jù)將十分困難，于是提出了采用雙CPU的工作方式，但同時帶來一個問題—雙CPU的通信問題。

2.2  解決方案

(1) 采用串行通信方式

優(yōu)點:在由單片機(jī)組成的多機(jī)方式中，串行接口方式是最常用的。串行通信方式接口電路簡單，可以方便實現(xiàn)長距離傳輸?？垢蓴_能力比較好。

缺點:傳輸數(shù)據(jù)慢，不適合實時數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸要求高的情況下，容易造成瓶頸堵塞現(xiàn)象。

(2) 采用并行通信方式
優(yōu)點:并行通信傳輸數(shù)據(jù)快，適合進(jìn)行實時控制。

缺點:抗干擾能力差，不適合長距離傳輸，最大距離不超過5m。   

由于本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求比較高，并且上下位機(jī)之間的距離不超過3m,進(jìn)行適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施，完全可以達(dá)到系統(tǒng)的要求，所以確定采用并行通信方式。

 2.3  具體措施

(1) 采用ATF1504AS(可編程邏輯器件)進(jìn)行并行通信，減少分立器件所產(chǎn)生的雜散電容而帶來的噪聲干擾。

(2) 在輸入數(shù)據(jù)端加斯密特電路(74LS14)，將外部傳輸線上耦合噪聲濾除掉。從而提高總線接收的抗干擾性能。

(3) 采用三態(tài)門驅(qū)動方式可以提高總線的抗干擾能力，因為三態(tài)門有三種狀態(tài)輸出，既所謂的低阻高電平、低阻低電平、高阻態(tài)(禁態(tài))。由于三態(tài)門的輸入具有的三態(tài)性,所以使三態(tài)門的信號源的負(fù)擔(dān)減輕。有利于提高速度和抗干擾能力。

3  雙CPU通信原理設(shè)計

3.1  雙CPU通信原理圖

從圖2雙CPU通信原理圖中可以看出，在輸入接口上都接上74LS14斯密特電路和74LS244三態(tài)門驅(qū)動器，以提高抗干擾能力。在SRZB、SCYX(上位機(jī))及SRZB、SCYX(下位機(jī))的握手信號線上接入74LS14斯密特電路，以提高抗干擾能力。

圖2     雙機(jī)通信原理圖

3.2  ATF1504AS內(nèi)部原理圖

由于篇幅有限，僅列出上位機(jī)的ATF1504AS的內(nèi)部原理圖如圖3，下位機(jī)的ATF1504AS的內(nèi)部原理圖與此相類似。

圖3     ATF1504AS內(nèi)部原理圖

4  系統(tǒng)工作原理

4.1  上位機(jī)輸入數(shù)據(jù) 

如圖3所示。在輸入數(shù)據(jù)以前，通過對U1(74173)給U2(D觸發(fā)器)進(jìn)行初始化，即對U2的CLRN端輸入一上升沿的脈沖，使U2清零。此時上位機(jī) SRYX端為低電平，ZDQQ端為高電平。此時為接收數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。當(dāng)下位機(jī)接收到上位機(jī)的SRYX端輸出的低電平時，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到鎖存器中，緊接著給上位機(jī)的SRZB端輸出一個上升沿脈沖，U2的Q端(SRYX端)輸出正脈沖，ZDQQ端經(jīng)過反相器輸出負(fù)脈沖。上位機(jī)在檢測到ZDQQ端為低電平時，將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)取出。緊接著通過對UI給U2進(jìn)行進(jìn)行初始化，完成對一個字節(jié)的讀取，并為讀取下一個字節(jié)做好準(zhǔn)備。上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)信號波形圖如圖5所示。    

圖4     上位機(jī)輸出數(shù)據(jù)時信號波形圖 

圖5     上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)時信號波形圖

4.2  上位機(jī)輸出數(shù)據(jù)

如圖3所示在輸出數(shù)據(jù)以前，通過對U1 (74173)給U3(D觸發(fā)器)進(jìn)行初始化，即對U3的PRN端輸入一上升沿的脈沖，使U3輸出置1。此時上位機(jī)的SCZB端經(jīng)反相器輸出低電平，U3 的Q端為高電平。此時為發(fā)送數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。當(dāng)上位機(jī)的SCYX端接收輸入的上升沿脈沖時，U3的Q端為低電平，當(dāng)CPU檢測到Q端為低電平時，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到鎖存器中，緊接著通過上位機(jī)的SCZB端向下位機(jī)SRZB端輸出一個上升沿脈沖。表示已發(fā)送數(shù)據(jù)，接著通過對U1給U2進(jìn)行進(jìn)行初始化。完成對一個字節(jié)的輸出,并為輸出下一個字節(jié)做好準(zhǔn)備，上位機(jī)輸出數(shù)據(jù)信號波形圖如圖4所示。

5  軟件設(shè)計

5.1  程序流程設(shè)計

圖6示出輸入數(shù)據(jù)流程圖，圖7示出輸出數(shù)據(jù)流程圖。

圖6     輸入數(shù)據(jù)流程

圖7     數(shù)據(jù)輸出程序流程圖

5.2  部分程序清單

(1) 輸入數(shù)據(jù)程序清單
  ORG  0000H
  JMP  START
  ORG  0003H
  JMP  RESEVE
START: MOV  TCON,#0   ;設(shè)置中斷INT0
   MOV  TMOD,#11H
   CALL  SZSRDK   ;設(shè)置輸入端口
   MOV   IE,#81H
   MOV   IP,#1 ;開中斷
  ..
  ..
  .. 
RESEVE:  CLR    EA      ;開中斷
    PUSH   PSW
    PUSH   DPH
    PUSH   DPL
RESEV1:  JB      ZDQQ,RESEV1 
;判ZDQQ是否為低
    MOV   DPTR,#ADDR0  
;為U5(輸入數(shù)據(jù)端口)的地址
    MOVX  A, @DPTR
    ..
    ..
    CALL   SZSRDK
    POP     DPL
    POP     DPH
    POP     PSW
    SETB    EA
    RETI
SZSRDK:  CLRN  EQU   2CH.0
   CLR   CLRN     ;
   MOV   DPTR,#ADDR1 
;為U1的地址
   MOV   A,2CH
   MOVX  @DPTR,A
   SETB   CLRN
   MOV   A,2CH
   MOV   DPTR,#ADDR1
   MOVX  @DPTR,A
   RET
(2) 輸出數(shù)據(jù)程序清單
SEND:  MOV     DPTR,#ADDR3
  MOVX   A,@DPTR
  JB ACC.0,SEND  
;為U3的Q端輸出
  MOV     DPTR,#ADDR4
;為U4(輸出端口)的地址
  MOVX   @DPTR,A
  CALL    SZSCDK
  RET
SZSCDK:   PRN  EQU   2CH.1
   SETB    PRN
   MOV  DPTR,#ADDR1
;為U1的地址
   MOV    A,2CH
   MOVX   @DPTR,A
   CLR     PRN
   MOV    DPTR,#ADDR1
   MOV    A,2CH
   MOVX  @DPTR,A
   RET

6  結(jié)束語

設(shè)計中采用了AT1504AS器件,該器件實現(xiàn)了硬件設(shè)計軟件化，方便了硬件設(shè)計，縮短了設(shè)計周期，降低了設(shè)計成本，應(yīng)用也十分方便，該系統(tǒng)經(jīng)過采取以上措施后，以達(dá)到最初的設(shè)計要求?，F(xiàn)產(chǎn)品已投放市場，市場的反映良好。