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(shí)，為刺繡下一個(gè)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(chǔ)器技術(shù)，有 64個(gè)邏輯宏單元和68個(gè)I/O端口，很容易和多個(gè)TTL、SSI、MSI、LSI和經(jīng)典的PLDS組合使用。每個(gè)宏單元包括積項(xiàng)和積項(xiàng)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(gè)部分。ATF1504AS的增強(qiáng)選路開關(guān)增加了可用的門計(jì)數(shù)，提高了管腳鎖存設(shè)計(jì)修改的成功率。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。圖1 雙機(jī)通信框圖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(dòng)作的控制，上位機(jī)主要進(jìn)行花樣的跟蹤。為了實(shí)現(xiàn)繡花的同時(shí)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(shí)帶來一個(gè)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(diǎn):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(shí)現(xiàn)長距離傳輸。抗干擾能力比較好。缺點(diǎn):傳輸數(shù)據(jù)慢，不適合實(shí)時(shí)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(diǎn):并行通信傳輸數(shù)據(jù)快，適合進(jìn)行實(shí)時(shí)控制。缺點(diǎn):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(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)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(dòng)方式可以提高總線的抗干擾能力，因?yàn)槿龖B(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(hào)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(jì)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(dòng)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(hào)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(duì)U1(74173)給U2(D觸發(fā)器)進(jìn)行初始化，即對(duì)U2的CLRN端輸入一上升沿的脈沖，使U2清零。此時(shí)上位機(jī) SRYX端為低電平，ZDQQ端為高電平。此時(shí)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(shí)，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(gè)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(shí)，將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)取出。緊接著通過對(duì)UI給U2進(jìn)行進(jìn)行初始化，完成對(duì)一個(gè)字節(jié)的讀取，并為讀取下一個(gè)字節(jié)做好準(zhǔn)備。上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)信號(hào)波形圖如圖5所示。圖4 上位機(jī)輸出數(shù)據(jù)時(shí)信號(hào)波形圖圖5 上位機(jī)輸入數(shù)據(jù)時(shí)信號(hào)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(duì)U1 (74173)給U3(D觸發(fā)器)進(jìn)行初始化，即對(duì)U3的PRN端輸入一上升沿的脈沖，使U3輸出置1。此時(shí)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(shí)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(shí)，U3的Q端為低電平，當(dāng)CPU檢測到Q端為低電平時(shí)，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(gè)上升沿脈沖。表示已發(fā)送數(shù)據(jù)，接著通過對(duì)U1給U2進(jìn)行進(jìn)行初始化。完成對(duì)一個(gè)字節(jié)的輸出,并為輸出下一個(gè)字節(jié)做好準(zhǔn)備，上位機(jī)輸出數(shù)據(jù)信號(hào)波形圖如圖4所示。5 軟件設(shè)計(jì)5.1 程序流程設(shè)計(jì)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 0000HJMP STARTORG 0003HJMP RESEVESTART: MOV TCON,#0 ;設(shè)置中斷INT0MOV TMOD,#11HCALL SZSRDK ;設(shè)置輸入端口MOV IE,#81HMOV IP,#1 ;開中斷......RESEVE: CLR EA ;開中斷PUSH PSWPUSH DPHPUSH DPLRESEV1: 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 SZSRDKPOP DPLPOP DPHPOP PSWSETB EARETISZSRDK: CLRN EQU 2CH.0CLR CLRN ;MOV DPTR,#ADDR1;為U1的地址MOV A,2CHMOVX @DPTR,ASETB CLRNMOV A,2CHMOV DPTR,#ADDR1MOVX @DPTR,ARET(2) 輸出數(shù)據(jù)程序清單SEND: MOV DPTR,#ADDR3MOVX A,@DPTRJB ACC.0,SEND;為U3的Q端輸出MOV DPTR,#ADDR4;為U4(輸出端口)的地址MOVX @DPTR,ACALL SZSCDKRETSZSCDK: PRN EQU 2CH.1SETB PRNMOV DPTR,#ADDR1;為U1的地址MOV A,2CHMOVX @DPTR,ACLR PRNMOV DPTR,#ADDR1MOV A,2CHMOVX @DPTR,ARET6 結(jié)束語設(shè)計(jì)中采用了AT1504AS器件,該器件實(shí)現(xiàn)了硬件設(shè)計(jì)軟件化，方便了硬件設(shè)計(jì)，縮短了設(shè)計(jì)周期，降低了設(shè)計(jì)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(jì)要求?，F(xiàn)產(chǎn)品已投放市場，市場的反映良好。