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單片機(jī)多機(jī)并行通訊的一種方法

1　簡(jiǎn)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(gè)并口外，具備MCS-51系列單片機(jī)所有功能。因?yàn)槠潴w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(cè)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

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(jiǎn)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(jiǎn)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(shí)也是一個(gè)雙端口共享存儲(chǔ)器，只是共享存儲(chǔ)區(qū)很小的，僅有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入寄存器與一個(gè)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(shí)中轉(zhuǎn)站，每傳送一個(gè)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(duì)這四種工作狀態(tài)的控制，可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(dòng)LED，控制開(kāi)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(duì)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(shí)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(hào)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(méi)有封鎖電路以防止主從機(jī)向74HC646同時(shí)寫數(shù)或同時(shí)讀數(shù)，因此各單機(jī)在雙向傳輸時(shí)，必須根據(jù)狀態(tài)信息來(lái)控制自己的下一步操作，即進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，通過(guò)軟件、硬件通訊協(xié)議配合才能避免造成錯(cuò)誤，保證對(duì)74HC646不會(huì)造成競(jìng)爭(zhēng)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(shí)，還必須遵從以下協(xié)議：
　　^. 主機(jī)向74HC646發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，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(guò)74HC646，協(xié)議不允許雙方同時(shí)對(duì)74HC646進(jìn)行操作，必須根據(jù)狀態(tài)信息來(lái)控制自己的操作。

5　通訊協(xié)議的格式與執(zhí)行過(guò)程
5.1　信息格式
　　在并行通訊的異步通信傳輸時(shí)，也同樣存在幀的類型及格式問(wèn)題，可以采用串行通訊類似的幀格式：

5.2　通訊協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程
　　下面以檢測(cè)方式為例說(shuō)明通訊協(xié)議的執(zhí)行過(guò)程。
5.2.1　主機(jī)向從機(jī)寫數(shù)過(guò)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(lái)，從機(jī)從74HC646中讀取數(shù)據(jù)。
　　① 主機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測(cè)TFNF^*位是否為零。
　　② 若TFNF^*＝1，主機(jī)暫時(shí)等待；若TFNF^*＝0，主機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù)，使TFNF^*＝1，同時(shí)使TFNE^*＝0。
　　③ 從機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測(cè)TFNE^*位是否為零。若TFNE^*＝1，從機(jī)暫時(shí)等待；若TFNE^*＝0，從機(jī)從74HC646讀數(shù)據(jù)，使TFNE^*＝1，同時(shí)使TFNF^*＝0。
　　④ 主機(jī)再次檢測(cè)狀態(tài)位TFNF^*是否為零，若為“0”，說(shuō)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(guò)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(lái)，主機(jī)收到信號(hào)后，將數(shù)據(jù)從74HC646中取走。
　　① 從機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測(cè)RFNF^*位是否為零。
　　② 若RFNF^*=1，從機(jī)暫時(shí)等待；若RFNF^*=0，從機(jī)向74HC646寫數(shù)據(jù)，使RFNF^*=1，同時(shí)使RFNE^*=0。
　　③ 主機(jī)讀取狀態(tài)位，檢測(cè)RFNE^*位是否為零。若RFNE^*＝1，主機(jī)暫時(shí)等待；若RFNE^*=0，主機(jī)從74HC646讀數(shù)據(jù)，使RFNE^*＝1，同時(shí)使RFNF^*＝0。
　　④ 從機(jī)再次檢測(cè)狀態(tài)位RFNF^*是否為零，若為“0”，說(shuō)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(cè)方式)
　　采用檢測(cè)方式的程序流程如圖3所示。

圖3　采用檢測(cè)方式的程序流程圖

作者簡(jiǎn)介：　尹紅　工程師。從事計(jì)算機(jī)應(yīng)用、數(shù)控產(chǎn)品的研究和開(kāi)發(fā)工作。
作者單位：中國(guó)科學(xué)院成都計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所　四川^.成都（610041）