異種單片機共享片外存儲器及其與微機通信的方法

1.3 軟件控制流程

信號處理板上的DSP需要采集信號數(shù)據(jù)時就向數(shù)據(jù)采集板上的MCU發(fā)出請求信號，單片機接收到請求信號后，如果同意讓出共享存儲器，則向DSP發(fā)出應答信號，同時隔離MCU端的總線，暫停數(shù)據(jù)采集。DSP接收到應答信號后就可以訪問共享存儲器，DSP快速讀、寫完數(shù)據(jù)后，向單片機發(fā)結(jié)束信號，單片機接收到結(jié)束信號后，收回共享存儲器，同時隔離DSP端總線，繼續(xù)采集。這樣數(shù)據(jù)采集與信號處理就可以同時進行，不同于一般的采集一段處理一段的串行工作模式，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集零等待，增加了系統(tǒng)的吞吐能力。參見圖3的接線圖，一次完整的通信過程詳述如下，注意在DSP程序初始化時應把XF0、XF1、 FSR0設置為相應的無效狀態(tài)。

（1）DSP需要采集信號數(shù)據(jù)時向MCU發(fā)請求信號（置XF0為低電平），觸發(fā)MCU的INT0中斷，等待MCU應答（DSP循環(huán)檢測XF1的狀態(tài)）。

（2）如果MCU同意讓出共享存儲器，則響應中斷，否則等待。在中斷服務程序中，置P1.3（即DSPACK）為高電平，表示應答。同時置P1.2為高電平，選通DSP總線。MCU接著循環(huán)檢測P1.4（即DSPEOR）的狀態(tài)。

（3）DSP收到應答信號（即檢測到XF1為高電平），立即快速讀寫共享存儲器，在讀操作前，置FSX0為高電平，在寫操作前，置FSX0為低電平。讀寫完后，向MCU發(fā)結(jié)構(gòu)信號（置FSR0為高電平），DSP緊接著進行其它處理操作。

（4）MCU收到結(jié)束信號后（即檢測到P1.4為高電平），置P1.2為高電平，隔離DSP總線，收回共享存儲器，繼續(xù)采集。

2 信號處理板與控制系統(tǒng)的通信

信號處理板從數(shù)據(jù)采集板獲取采集數(shù)據(jù)后，經(jīng)過對其進行一系列信號處理算法的運算處理，得到的處理結(jié)果需要傳送給基于單片機或微機的控制系統(tǒng)。由于這里的處理結(jié)果數(shù)據(jù)量很小，所以利用串口通信的方法進行數(shù)據(jù)傳輸最為簡單。我們可以直接對信號處理板上DSP的串口編程來與控制系統(tǒng)進行通信。但由于DSP 的串口為同步串口，而單片機或微機的串口通常都為異步串口，這樣就需要用軟件來模擬DSP串口的異步通信時序，軟件工作量大而且通信不可靠。這里通過擴展單片機與共享存儲器的方法很好地解決了這個問題。DSP把處理結(jié)果寫到共享存儲器中，立即進行下一輪處理，由單片機從共享存儲器中取出處理結(jié)果并傳送給控制系統(tǒng)。這就省去了DSP進行串口通信所需的時間，最大限度地利用了DSP的高速數(shù)據(jù)處理的能力。在實時性要求很高的場合，這顯得尤為重要。通過擴展少量的硬件，不但提高了系統(tǒng)的速度，優(yōu)化了整體性能，而且軟件實現(xiàn)也簡單了許多。

2.1 信號處理板與控制系統(tǒng)的串口通信硬件電路

信號處理板利用擴展的單片機AT89C51與基于微機或MCU的控制系統(tǒng)進行全雙工通信。圖4為AT89C51的串口通信電路，通過“串口選擇”撥碼開關(guān)選擇是與基于微機的控制系統(tǒng)通信，還是與基于MCU的控制系統(tǒng)通信。

在IBM PC/XT微機系統(tǒng)中，其串口符合RS-232C接口標準。為提高抗干擾能力，RS-232C標準采用負邏輯，低電平在-5V～-15V之間（通常用- 12V表示）為邏輯“1”，高電平在+5V～+15V之間（通常用+12V表示）為邏輯“0”，上述電平稱為EIA電平，它與TTL電平和CMOS電平不同。為了使AT89C51能與微機進行串行通信，可以利用常見的MC1488和MC1489進行電平轉(zhuǎn)換。MC1488把TTL電平轉(zhuǎn)換為RS-232C 電平，MC1489把RS-232C電平轉(zhuǎn)換為TTL電平。但由于MC1488和MC1489需要±12V的供電電壓，增加了電源電路的復雜性，如圖4所示，這里選用只需單一+5V電壓的MAX232來完成電平轉(zhuǎn)換，簡化了硬件電路。

當信號處理板與基于MCU的控制系統(tǒng)通信時，只需三根線，一根發(fā)送線（TXD），一根接收線（RXD），一根共地線（GND），將雙方的地址連在一起，將雙方的發(fā)送線與接收線交叉連接即可。當信號處理板與基于微機的控制系統(tǒng)通信時，利用微機的九針串口進行通信，它們的串口電纜連線如圖5所示。這里的發(fā)送線與接收線沒有交叉，是因為在進行電平轉(zhuǎn)換時已經(jīng)交叉過了（參見圖4）。

2.2 信號處理板與控制系統(tǒng)的串口通信軟件編程

單片機與單片機或微機進行串口通信的軟件編程有兩種：查詢方式和中斷方式。這里發(fā)送方（信號處理板）采用查詢方式，接收方（控制系統(tǒng)）采用中斷方式。通信程序主要完成對串口初始化（包括選擇串口模式、設置數(shù)據(jù)傳輸格式、設置波特率等）、建立連接、傳輸數(shù)據(jù)和斷開連接等功能。為確保通信可靠，雙方約定如下通信協(xié)議。

（1）信號處理板上電后，一直發(fā)送請求聯(lián)機信號‘R’,等待控制系統(tǒng)發(fā)應答信號‘A’，如果信號處理板收到應答，表示雙方硬件連接正確，聯(lián)機成功。

(2) 運行控制系統(tǒng)的串口通信程序。如果是與微機通信，則先自動檢測連接的是哪個串口（COM1或COM2），檢測到后向信號處理板發(fā)應答信號‘A’；若沒檢測到則顯示錯誤信息，提示檢查接線是否有誤。若是與單片機通信，如果在規(guī)定的時間內(nèi)（如10s內(nèi)）還沒有收到應答，則讓指示燈閃爍，認為出錯，需重新復位。

（3）信號處理板收到應答后，先向控制系統(tǒng)發(fā)送總共要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)個數(shù)，然后依次發(fā)送每個數(shù)據(jù)，直到發(fā)完為止。

（4）控制系統(tǒng)發(fā)完聯(lián)機應答信號后，就處于接收狀態(tài)。先接收總共的數(shù)據(jù)個數(shù)，然后依次接收每個數(shù)據(jù)?？刂葡到y(tǒng)每接收到一個數(shù)據(jù)都向信號處理板發(fā)確認信號，信號處理板只有收到確認信號后才發(fā)下一個數(shù)據(jù)。

另外，在單片機與微機之間進行通信時，雙方要正確選擇一致的波特率，而且SMOD位的選擇影響單片機波特率的準確度，即影響波特率的誤差范圍。因而在單片機波特率設置時，對SMOD的選取也要適當考慮。為了保證通信的可靠性，通常波特率相對誤差不要大于2.5%，當單片機與微機之間進行通信時，尤其要注意這一點。例如，單片機的時鐘fosc= 12MHz，串口模式為方式1，假設單片機與微機的波特率都選為9600bps。當SMOD=0時，波特率相對誤差為8.5%，當SMOD=1時，波特率相對誤差為6.99%。實驗表明，不論SMOD=0或1,單片機與微機在這種條件下均不能實現(xiàn)正常的發(fā)送與接收。若雙方的波特率都取4800bps，且 SMOD=1時，波特率相對誤差為0.16%，實驗證明通信完全可靠