采用單片機(jī)的多機(jī)并行通訊系統(tǒng)方案設(shè)計
1 簡介
本文介紹的單片機(jī)多機(jī)并行通訊系統(tǒng),使用89C51作為主機(jī),多片89C2051作為從機(jī)。(89C2051為20腳300MIL封裝,帶有2K FLASH E2PROM的單片機(jī),除了少了兩個并口外,具備MCS-51系列單片機(jī)所有功能。因為其體積小,功能強(qiáng),必將在單片機(jī)應(yīng)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(diǎn),多層次的檢測和控制系統(tǒng)中充當(dāng)通信控制器的角色;也適合于用作單片機(jī)串行口擴(kuò)充電路。
圖1 芯片的邏輯圖及四種工作狀態(tài)
圖2 單片機(jī)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(jī)構(gòu)成的多機(jī)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(jī)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(jìn)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(jī)利用數(shù)據(jù)口進(jìn)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(jī)并行通信原理
74HC646對數(shù)據(jù)進(jìn)行的鎖存只為完成數(shù)據(jù)交換作了信息準(zhǔn)備工作,單片機(jī)多機(jī)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(jī)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(zhǔn)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(jī)并行通信原理框圖如圖2所示。
4 多機(jī)并行通信協(xié)議
上面的并行通訊的單片機(jī)沒有封鎖電路以防止主從機(jī)向74HC646同時寫數(shù)或同時讀數(shù),因此各單機(jī)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(jìn)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(jī)向74HC646發(fā)送數(shù)據(jù)時,必須保證74HC646接收寄存器為空。
主機(jī)與從機(jī)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(jìn)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
...
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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(jī)向從機(jī)寫數(shù)過程:(主機(jī)寫, 從機(jī)讀)
主機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù),然后通知從機(jī)有數(shù)據(jù)來,從機(jī)從74HC646中讀取數(shù)據(jù)。
① 主機(jī)讀取狀態(tài)位,檢測TFNF*位是否為零。
②若TFNF*=1,主機(jī)暫時等待;若TFNF*=0,主機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù),使TFNF*=1,同時使TFNE*=0。
③ 從機(jī)讀取狀態(tài)位,檢測TFNE*位是否為零。若TFNE*=1,從機(jī)暫時等待;若TFNE*=0,從機(jī)從74HC646讀數(shù)據(jù),使TFNE*=1,同時使TFNF*=0。
④ 主機(jī)再次檢測狀態(tài)位TFNF*是否為零,若為“0”,說明從機(jī)已將數(shù)據(jù)從74HC646中取走,主機(jī)可發(fā)送下一數(shù)據(jù)。
5.2.2 主機(jī)讀從機(jī)過程:(從機(jī)寫, 主機(jī)讀)
從機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù),然后通知主機(jī)有數(shù)據(jù)來,主機(jī)收到信號后,將數(shù)據(jù)從74HC646中取走。
① 從機(jī)讀取狀態(tài)位,檢測RFNF*位是否為零。
②若RFNF*=1,從機(jī)暫時等待;若RFNF*=0,從機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù),使RFNF*=1,同時使RFNE*=0。
③ 主機(jī)讀取狀態(tài)位,檢測RFNE*位是否為零。若RFNE*=1,主機(jī)暫時等待;若RFNE*=0,主機(jī)從74HC646讀數(shù)據(jù),使RFNE*=1,同時使RFNF*=0。
④ 從機(jī)再次檢測狀態(tài)位RFNF*是否為零,若為“0”,說明從機(jī)已將數(shù)據(jù)從74HC646中取走,主機(jī)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。