單片機(jī)AT89C5l的電動(dòng)機(jī)軟啟動(dòng)器
摘要:文章分析了MCS-51系列單片機(jī)利用串行口進(jìn)行多機(jī)通信的基本原理,對(duì)利用單片機(jī)多機(jī)通信方式實(shí)現(xiàn)交通燈控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)化控制進(jìn)行了研究,設(shè)計(jì)了硬件電路圖及主、從機(jī)程序,并在Proteus軟件上進(jìn)行了仿真運(yùn)行。
關(guān)鍵詞:單片機(jī);多機(jī)通信;交通燈系統(tǒng);控制網(wǎng)絡(luò)
由于微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展和控制系統(tǒng)的復(fù)雜化,多機(jī)通信的應(yīng)用越來(lái)越廣泛,特別在一些對(duì)工業(yè)過(guò)程的控制中,多機(jī)通信已經(jīng)成為通信控制領(lǐng)域的主流通信方式。
本文針對(duì)目前單片機(jī)書籍(包括教材)很少介紹多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)技術(shù)的情況,在交通燈控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一個(gè)交通燈控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),以此為實(shí)例給出了單片機(jī)多機(jī)通信的解決方案。
1 單片機(jī)多機(jī)通信的基本原理
計(jì)算機(jī)之間的通信除了點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信外,還有一機(jī)對(duì)多機(jī)或多機(jī)之間的通信,構(gòu)成計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò),其中主從式多機(jī)通信是比較常用的一種方式。在主從式多機(jī)通信系統(tǒng)中,只有一臺(tái)主機(jī),但可以有多臺(tái)從機(jī)。主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到各個(gè)從機(jī)或指定從機(jī),從機(jī)發(fā)送的信息只能為主機(jī)所接收,各從機(jī)之間不能直接通信。主機(jī)通常由PC機(jī)擔(dān)任,也可用單片機(jī)擔(dān)當(dāng)(本文研究的是用單片機(jī)作主機(jī)),從機(jī)通常為單片機(jī)。 MCS-51單片機(jī)串行口的方式2和方式3具有多機(jī)通信功能,可實(shí)現(xiàn)一臺(tái)主機(jī)和若干臺(tái)從機(jī)構(gòu)成總線式的多機(jī)分布式系統(tǒng),其連接方式如圖1所示。
在多機(jī)通信中,可充分利用MCS-51單片機(jī)的多機(jī)通信控制位SM2。用作主機(jī)的單片機(jī)的SM2應(yīng)設(shè)定為0,作從機(jī)的SM2設(shè)定為1。主機(jī)發(fā)送并為從機(jī)接收的數(shù)據(jù)有兩類:一類是地址,用于指示需要和主機(jī)通信的從機(jī)的地址,由串行數(shù)據(jù)第9位為“1”標(biāo)志;另一類是數(shù)據(jù),由串行數(shù)據(jù)第9位為“0”標(biāo)志。由于所有從機(jī)的SM2=1,故每個(gè)從機(jī)總能在RI=0時(shí)收到主機(jī)發(fā)來(lái)的地址(因?yàn)榇袛?shù)據(jù)第9位為“1”),并進(jìn)入各自的中斷服務(wù)程序。在中斷服務(wù)程序中,每臺(tái)從機(jī)把接收到的從機(jī)地址和它的本機(jī)地址(系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)分配)進(jìn)行比較。所有比較不相等的從機(jī)均從各自的中斷服務(wù)程序中退出(SM2仍為1),只有比較地址相等的從機(jī)才是被主機(jī)尋址通信的從機(jī)。被尋址從機(jī)在程序中使SM2=0,以便接收隨之而來(lái)的數(shù)據(jù)或命令(RB8=0)。上述過(guò)程進(jìn)一步歸結(jié)如下:
(1)主機(jī)的SM2=0,所有從機(jī)的SM2=1,都處于監(jiān)聽狀態(tài)(只能接收地址幀),以便接收主機(jī)發(fā)來(lái)的地址。
(2)主機(jī)給從機(jī)發(fā)送一幀地址信息時(shí),其中的8位是地址,第9位為1表示是地址幀。
(3)所有從機(jī)在SM2=1、RB8=1且RI=0時(shí),接收到主機(jī)發(fā)來(lái)的從機(jī)地址幀后,進(jìn)行中斷處理,進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序,并和本機(jī)地址進(jìn)行比較以確認(rèn)是否為被尋址從機(jī)。
(4)被尋址的從機(jī)通過(guò)指令清除SM2,使SM2=0進(jìn)入接收數(shù)據(jù)狀態(tài),可以接收主機(jī)隨后發(fā)送的數(shù)據(jù)(包括命令),并向主機(jī)發(fā)回接收到的從機(jī)地址作為響應(yīng)信號(hào),供主機(jī)核對(duì),實(shí)現(xiàn)主機(jī)與被尋址從機(jī)的雙機(jī)通信;未被尋址從機(jī)保持SM2=1,并退出中斷服務(wù)程序。
(5)完成主機(jī)和被尋址從機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信,被尋址從機(jī)在通信完成后重新使SM2=1,并退出中斷服務(wù)程序,恢復(fù)到監(jiān)聽狀態(tài),等待下次通信。
2 交通燈控制網(wǎng)絡(luò)硬件電路設(shè)計(jì)
2.1 硬件電路
城市交通控制系統(tǒng)是一個(gè)聯(lián)動(dòng)的系統(tǒng),所有路口的交通燈控制系統(tǒng)由一臺(tái)中心主機(jī)控制,當(dāng)某一路口將出現(xiàn)緊急情況時(shí)(如交通管制、交通堵塞、路段維修等),單擊中心主機(jī)的對(duì)應(yīng)按鈕即可使該路口的所有紅燈亮,禁止所有普通車輛通行。本文利用Proteus軟件仿真設(shè)計(jì)了
一臺(tái)主機(jī)控制兩臺(tái)從機(jī)的主從式多機(jī)系統(tǒng),實(shí)施時(shí)可以擴(kuò)展到253臺(tái)主機(jī),硬件電路如圖2所示。單片機(jī)U1為主機(jī),U2、U3為從機(jī),代表兩個(gè)路口的控制機(jī),S1、S2為按鈕,分別與U1的P1.1、P1.0連接,當(dāng)按下時(shí)分別控制兩個(gè)路口的交通信號(hào)燈為所有紅燈亮,表示該路口出現(xiàn)緊急情況。與主機(jī)U1相連的兩個(gè)BCD數(shù)碼管用于顯示從機(jī)接收到的響應(yīng)幀,即出現(xiàn)緊急情況的路口地址號(hào),如果接收到的響應(yīng)幀傳送出現(xiàn)錯(cuò)誤,與主機(jī)發(fā)出的地址號(hào)不同時(shí),這兩個(gè)數(shù)碼管顯示FF,當(dāng)S1和S2沒有按下時(shí),這兩個(gè)數(shù)碼管也顯示FF。
由于串行口通信時(shí)傳輸?shù)?ldquo;0”或者“1”是通過(guò)相對(duì)于“地”的電壓區(qū)分的,因此使用串行口通信時(shí),必須將主、從機(jī)的“地”線相連以使其具有相同的電壓參考點(diǎn)。
2.2 通信協(xié)議
多機(jī)通信是一個(gè)復(fù)雜的通信過(guò)程,必須有通信協(xié)議來(lái)保證多機(jī)通信的可操作性和操作秩序,實(shí)現(xiàn)收/發(fā)雙方的響應(yīng)與協(xié)調(diào)。這些通信協(xié)議,至少應(yīng)包括從機(jī)的地址、主機(jī)的控制命令、從機(jī)的響應(yīng)幀格式和數(shù)據(jù)通信格式等的約定,本文建立交通燈控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的通信協(xié)議如表1所示。
3 軟件程序的設(shè)計(jì)
3.1 主機(jī)程序設(shè)計(jì)
主機(jī)主要負(fù)責(zé)呼叫從機(jī),發(fā)送控制命令以及從機(jī)響應(yīng)幀的接收,數(shù)據(jù)的顯示等功能。為了保證主、從機(jī)之間握手的成功,主機(jī)采用查詢方式發(fā)送和接收數(shù)據(jù),串行口的工作方式設(shè)置為方式2,SMOD=0。其流程圖如圖3所示。
3.2 從機(jī)程序設(shè)計(jì)
從機(jī)循環(huán)運(yùn)行交通燈控制程序,交通燈控制程序利用定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0實(shí)現(xiàn)定時(shí),為了能正常和主機(jī)通信,從機(jī)的串行口也工作于方式2,SMOD=0,以保持和主機(jī)相同的波特率。由于主機(jī)呼叫從機(jī)時(shí)發(fā)送的地址幀與命令幀沒有重復(fù),為了使程序簡(jiǎn)單,本文針對(duì)從機(jī)接收到主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)后不通過(guò)第九位數(shù)據(jù)來(lái)判斷是地址幀還是命令幀。對(duì)接收到的數(shù)據(jù)如果與本機(jī)地址相等則表明是地址幀,立即向主機(jī)發(fā)送自己的地址作為響應(yīng)信號(hào);如果是命令則按命令執(zhí)行相關(guān)操作(所有路口紅機(jī)亮或恢復(fù)交通燈信號(hào));如果既不與本機(jī)地址相等也不是兩個(gè)命令之一,則認(rèn)為該數(shù)據(jù)不是發(fā)送給本機(jī)的,該機(jī)繼續(xù)監(jiān)聽,從機(jī)U2串行口接收和發(fā)送數(shù)據(jù)中斷服務(wù)程序清單如下:
4 結(jié)束語(yǔ)
單片機(jī)利用串行口進(jìn)行多機(jī)通信是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程,因此大多數(shù)單片機(jī)書籍沒有對(duì)這方面的內(nèi)容進(jìn)行介紹,或者沒有提供實(shí)例,本文對(duì)MCS-51單片機(jī)的多機(jī)通信進(jìn)行一定的探討,利用單片機(jī)多機(jī)通信對(duì)城市交通燈控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化集中控制,是一個(gè)很好的實(shí)例,通過(guò)Proteus仿真運(yùn)行(其運(yùn)行情況如圖3所示),此方案切實(shí)可行。
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評(píng)論