摘 要:

介紹了MCS51系列兩單片機(jī)之間采用單向并行通信接口、主從雙向并行通信接口、無(wú)主從雙向并行通信操作實(shí)現(xiàn)雙機(jī)互連的方法，分析了在每一種并行通信接口方式下數(shù)據(jù)傳送的特點(diǎn)，為單片機(jī)系統(tǒng)互連提供了新的方法。

關(guān)鍵詞:

單片機(jī);并行通信;接口;數(shù)據(jù)傳送

中圖分類號(hào):TP368.1文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):16723198(2009)21028001

MCS51系列單片機(jī)具有性能穩(wěn)定、工作可靠、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。以8051為例，其包含有256B的RAM、4KB的ROM、5個(gè)中斷源、四個(gè)并行I/O口和一對(duì)通用串行通信接口等資源。但即便如此，在一些復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，常常需要兩個(gè)以上的單片機(jī)同時(shí)工作，并要求他們之間能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。MCS51系列單片機(jī)都帶有串口，利用串口進(jìn)行通信極為方便，但如果系統(tǒng)要求通過(guò)串口擴(kuò)展其他系統(tǒng)資源，或?qū)纹瑱C(jī)之間的數(shù)據(jù)傳送有一定的速度要求時(shí)，串口就不能再用作多個(gè)單片機(jī)間的通信接口了，這時(shí)我們可以利用單片機(jī)的并行端口來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。根據(jù)單片機(jī)并行接口的特點(diǎn)，這些端口可以不用其他外設(shè)而直接相連，并可以按照不同的通信要求，采用以下三種連接方式進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

1 單向并行通信

在應(yīng)用中，如果只需單方向傳送數(shù)據(jù)，則可以采用單向并行通信接口方式，

這種方式較為簡(jiǎn)單。根據(jù)接收機(jī)工作原理的不同又可分為中斷方式和查詢方式。由于查詢方式下單片機(jī)工作效率低，所以一般均采用中斷工作方式。圖1所示即為中斷工作方式下單向并行通信接口的組成方法。圖中，單片機(jī)A為數(shù)據(jù)發(fā)送方，單片機(jī)B為數(shù)據(jù)接收方，8位端口可以使用P0口。數(shù)據(jù)傳送的流程是:單片機(jī)A將數(shù)據(jù)送到端口后，通過(guò)STB信號(hào)中斷單片機(jī)B，單片機(jī)B進(jìn)入中斷并從端口讀取數(shù)據(jù)，讀完后，利用BUSY信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答，單片機(jī)A在檢查到端口線CLK上的應(yīng)答信號(hào)后，就可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)了。

2 主從雙向并行通信

主從雙向并行通信接口的特點(diǎn)是兩單片機(jī)都能夠?qū)?shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)方，

但這種方法必須有一個(gè)單片機(jī)處在主機(jī)狀態(tài)，另一個(gè)單片機(jī)處在從機(jī)狀態(tài)。圖2為主從并行通信接口原理圖。單片機(jī)A是主機(jī)，單片機(jī)B是從機(jī)，該接口使用了一個(gè)8位端口(可以使用P0口)和4根控制信號(hào)線。在主從工作方式下，該接口的工作方式包括主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收和主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送。

2.1 主機(jī)工作流程

(1)主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收。

①主機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)傳送方向控制位DIR為0，以表示主機(jī)有數(shù)據(jù)發(fā)送到從機(jī);

②主機(jī)在STB端口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，以使從機(jī)進(jìn)入中斷，并準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù);

③主機(jī)將數(shù)據(jù)送8位數(shù)據(jù)端口，再設(shè)定ACK信號(hào)表示數(shù)據(jù)有效;

④主機(jī)檢查CHK端口，等待從機(jī)從8位端口取走數(shù)據(jù);

⑤數(shù)據(jù)發(fā)送完成返回。

(2)主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送。

①主機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)傳送方向控制位DIR為1，以表示主機(jī)將從從機(jī)讀取數(shù)據(jù);

②主機(jī)在STB端口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，以使從機(jī)進(jìn)入中斷，并準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù);

③主機(jī)查詢CHK端口，等待從機(jī)將數(shù)據(jù)送到8位端口上;

④主機(jī)從8位端口上讀取數(shù)據(jù)，再設(shè)定ACK信號(hào)以表示數(shù)據(jù)已被讀取;

⑤數(shù)據(jù)接收完成返回。

2.2 從機(jī)工作流程

(1)進(jìn)入中斷服務(wù)程序。

(2)檢查數(shù)據(jù)傳送的方向。

(3)如果DIR為0，則等待CHK信號(hào)有效，再?gòu)?位端讀取數(shù)據(jù)，讀完后設(shè)定ACK信號(hào)有效。

(4)如果DIR為1，從機(jī)將數(shù)據(jù)送到8位端上，再設(shè)定ACK為有效，并等待主機(jī)取走數(shù)據(jù)(即CHK信號(hào)有效)。

(5)退出中斷服務(wù)程序。

3 無(wú)主從雙向并行通信

無(wú)主從雙向并行通信接口的特點(diǎn)是兩個(gè)單片機(jī)處在平等的地位，

兩個(gè)單片機(jī)均可隨時(shí)提出申請(qǐng)，向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)然也可通過(guò)簡(jiǎn)單的接口協(xié)議從對(duì)方讀取數(shù)據(jù)。這種情況下，就有可能出現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)同時(shí)提出申請(qǐng)而發(fā)生沖突，從而影響雙方數(shù)據(jù)的傳送。要解決這個(gè)問(wèn)題，就要求每一方必須在數(shù)據(jù)傳送之前進(jìn)行檢查，以判斷8位端口是否被對(duì)方所使用，從而避免沖突的發(fā)生。圖3是無(wú)主從雙向并行通信接口的原理圖。該接口中采用了5根控制信號(hào)線，其中CHK/ACK控制信號(hào)線的功能可以復(fù)用，8位端口可以使用P0口。

在無(wú)主從雙向并行通信接口中，由于單片機(jī)A與單片機(jī)B沒(méi)有主從關(guān)系而處在平等位置，所以單片機(jī)A與單片機(jī)B的數(shù)據(jù)接收發(fā)送流程完全相同。這里以單片機(jī)A為例討論數(shù)據(jù)接收發(fā)送的流程。

3.1 數(shù)據(jù)發(fā)送流程

(1)檢查CHKREQ，判斷單片機(jī)B是否提出了數(shù)據(jù)傳送申請(qǐng)。

(2)如果單片機(jī)B提出了申請(qǐng)，則轉(zhuǎn)(1)繼續(xù)等待;否則，單片機(jī)A提出申請(qǐng)，將REQ置為有效。

(3)再次檢查CHKREQ，判斷單片機(jī)B是否同時(shí)提出了申請(qǐng)。

(4)如果單片機(jī)B提出了申請(qǐng)，則發(fā)生沖突;清除REQ并延時(shí);然后執(zhí)行(1)。

(5)將數(shù)據(jù)送8位端口，設(shè)定STB有效。

(6)檢查CHK，等待單片機(jī)B將數(shù)據(jù)取走。

(7)檢查單片機(jī)A的數(shù)據(jù)是否全部送完，如沒(méi)有則轉(zhuǎn)執(zhí)行(5)。

(8)撤銷REQ信號(hào)，釋放8位端口。

(9)數(shù)據(jù)發(fā)送完成，退出流程。

3.2 數(shù)據(jù)接收流程

(1)進(jìn)入中斷服務(wù)流程。

(2)從8位端口讀取數(shù)據(jù)。

(3)設(shè)置ACK信號(hào)有效，表示數(shù)據(jù)已成功讀取。

(4)退出中斷服務(wù)流程。

4 三種并行接口方式的特性分析

本文介紹的三種并行通信接口連接方式能夠適用于不同的要求。下面分別對(duì)三種工作方式的優(yōu)缺點(diǎn)分析如下。假設(shè)單片機(jī)的工作時(shí)鐘頻率為12MHz，系統(tǒng)中每一個(gè)單片機(jī)只使用一個(gè)中斷源。在單個(gè)中斷源情況下的中斷響應(yīng)時(shí)間為3-8μs。在單向并行通信接口工作方式下，線路結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，數(shù)據(jù)只從單片機(jī)A向單片機(jī)B傳送，假設(shè)接收方單片機(jī)B以中斷方式接收。其數(shù)據(jù)發(fā)送程序的一般寫(xiě)法為:

MOV P0，#DATA

CLR STB

JB CHK，$

那么在這種方式下，一個(gè)字節(jié)的傳送時(shí)間在10μs左右，最短可到5μs，因此數(shù)據(jù)的數(shù)傳率較高，但同時(shí)該方式也只能進(jìn)行單一方向的數(shù)據(jù)傳送。

在主從并行通信接口方式下，線路結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，數(shù)據(jù)傳送包括接收和發(fā)送兩個(gè)方向，由于數(shù)據(jù)傳送均在主機(jī)控制下進(jìn)行，且數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送兩個(gè)方向的時(shí)間大體相等。根據(jù)其數(shù)據(jù)傳送流程，主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的程序如下:

CLR DIR

CLR STB

MOV P0，#DATA

SETB ACK

JB CHK，$

這種方式下一個(gè)字節(jié)的傳送時(shí)間在12μs左右，最短可到7μs，可見(jiàn)仍有效高的數(shù)傳率。但該方式下已經(jīng)可以進(jìn)行兩個(gè)單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換了。

在無(wú)主從并行通信接口方式下，線路結(jié)構(gòu)最復(fù)雜，此時(shí)兩個(gè)單片機(jī)之間可以自由的進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，。根據(jù)圖3和其數(shù)據(jù)發(fā)送流程可知，在沒(méi)有8位數(shù)據(jù)端口使用沖突的情況下，其數(shù)據(jù)傳送的基本步驟與主從方式數(shù)據(jù)傳送的步驟基本相同，但需要對(duì)8位端口的使用進(jìn)行聲明確認(rèn)的撤銷，這需要執(zhí)行至少4條指令，時(shí)間約需4μs，因此，這種方式單字節(jié)數(shù)據(jù)的傳送時(shí)間在11-18μs。當(dāng)遇上8位數(shù)據(jù)端口使用有沖突時(shí)，則數(shù)據(jù)傳送的時(shí)間還會(huì)受8位數(shù)據(jù)端口被占時(shí)間的影響，因而變得不確定。

參考文獻(xiàn)

[1]

余錫存，曹國(guó)華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2000.

[2]何立民. MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)配置與接口技術(shù)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，1990.

[3]戴勝華.單片機(jī)原理與應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，2008.