采用单片机的多机并行通讯系统方案设计

1　简介

本文介绍的单片机多机并行通讯系统，使用89C51作为主机，多片89C2051作为从机。（89C2051为20脚300MIL封装，带有2K FLASH E2PROM的单片机，除了少了两个并口外，具备MCS-51系列单片机所有功能。因为其体积小，功能强，必将在单片机应用领域内广泛使用）。这种并行通讯方法适用于在多站点，多层次的检测和控制系统中充当通信控制器的角色；也适合于用作单片机串行口扩充电路。

图1　芯片的逻辑图及四种工作状态　

图2　单片机并行通信原理框图
2　三态总线缓冲寄存器74HC646

在单片机构成的多机并行通讯系统中，总线上的信息交换一般采用PIO（并行接口）和双端口寄存器等方法，并辅助以总线仲裁电路。通常使用的插件电感器并行接口芯片有8模压电感155，8255等。本文介绍一种简单的并行接口电路，它既能取代8255等芯片，还能使电路结构更加简单和紧凑。该电路由一片74HC74和一片74HC646（300MIL窄封装）构成。

74HC646是三态总线缓冲寄存器，其实也是一个双端口共享存储器，只是共享存储区很小的，仅有一个数据输入寄存器与一个数据输出寄存器，用它作为单字节大电流电感通信数据的临时中转站，每传送一个字节，主从机间握手一次，把数据取走后再继续下一字节的通信。74HC646可以将两条总线的数据分别锁存，再由芯片内部总线进行数据交换。

74HC646具有四种工作状态，利用对这四种工作状态的控制，可以实现多个单片机利用数据口进行数据交换，省下其余口线做其他的工作，如驱动LED，控制开关等。
74HC646芯片的逻辑图及四种工作状态如图1所示。

3　单片机并行通信原理

74HC646对数据进行的锁存只为完成数据交换作了信息准备工作，单片机多机之间通讯的实现还必须具备通讯联络手段，以使单片机了解总线上的工作状态，避免发生总线冲突。这里采用四线握手联络：两条由发送方送接收方，通知接收方数据已经准备好（如图2中的TFNE*,RFNE*）；两条由接收方送发送方，通知发送方数据已经收到（如图2中的TFNF*,RFNF*）通信联络信号是由74HC74电路产生。单片机并行通信原理框图如图2所示。

4　多机并行通信协议

上面的并行通讯的单片机没有封锁电路以防止主从机向74HC646同时写数或同时读数，因此各单机在双向传输时，必须根据状态信息来控制自己的下一步操作，即进行联络，通过软件、硬件通讯协议配合才能避免造成错误，保证对74HC646不会造成竞争冲突。因此，除了上面所讲的联络电路之外，在编制软件时，还必须遵从以下协议：

主机绕行电感向74HC646发送数据时，必须保证74HC646接收寄存器为空。

主机与从机间的数据传输要通过74HC646，协议不允许双方同时对74HC646进行操作，必须根据状态信息来控制自己的操作。

5　通讯协议的格式与执行过程

5.1　信息格式

在并行通讯的异步通信传输时，也同样存在帧的类型及格式问题，可以采用串行通讯类似的帧格式：

特征字

长度

数据1

数据2

...

校验码
5.可调电感2　通讯协议的执行过程

下面以检测方式为例说明通讯协议的执行过程。

5.2.1　主机向从机写数过程：(主机写, 从机读)

主机向74HC646写数据，然后通知从机有数据来，从机从74HC646中读取数据。

① 主机读取状态位，检测TFNF*位是否为零。

②若TFNF*＝1，主机暂时等待；若TFNF*＝0，主机向74HC646写数据，使TFNF*＝1，同时使TFNE*＝0。

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