基于89S51單片機(jī)的多機(jī)并行通信系統(tǒng)

在一些復(fù)雜的系統(tǒng)中，系統(tǒng)與分系統(tǒng)、分系統(tǒng)與設(shè)備等之間存在數(shù)據(jù)的傳遞問題，往往采用通信的方式來解決。由于分系統(tǒng)、沒備等通信波特率的不同，特別是一些特殊波特率設(shè)備的存在，使得系統(tǒng)中設(shè)備間的相互通信不易實(shí)現(xiàn)。例如，在一個(gè)系統(tǒng)中，上位機(jī)接收某一設(shè)備的數(shù)據(jù)，如圖1所示，設(shè)備l和設(shè)備2采用的是172．8 kbps的波特率，而上位機(jī)用VB編程，其通信波特率為115．2 kbps、128 kbps或256 kbps，等，這樣設(shè)備之間就不能相互通信，給設(shè)計(jì)帶來困難。為了解決上述問題，采用雙單片機(jī)電路，設(shè)計(jì)了波特率變換器，將接收波特率為172．8 kbps的數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換成波特率為115．2 kbps的輸出，從而使不同波特率設(shè)備之間的通信成為可能。

1 波特率變換電路

波特率變換電路如圖2所示。電路采用2片單片機(jī)89C51作為電路的核心，利用單片機(jī)的UART串行口與相關(guān)設(shè)備通信。單片機(jī)u1_L．(接波特率低的設(shè)備)與波特率為115．2 kbps的設(shè)備通信，單片機(jī)U2_H(接波特率高的設(shè)備)與波特率為172．8 kbps的設(shè)備通信。Ul_I，與U2_H的通信采用并行口方式，以加快Ul_I。與U2_H之間數(shù)據(jù)傳遞的速率。U1_L與U2_H的通信可以采用中斷查詢的方式，也可以采用握手查詢的方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。

電路采用2片75176接口驅(qū)動(dòng)芯片組成一個(gè)RS-422通信接口。U3和U4組成的通信接口與115．2 kbps的設(shè)備相連，U5和U6組成的通信接口與172．8 kbps的設(shè)備相連，通信接口采用中斷技術(shù)。波特率變換器工作原理如下：U1_I。從串行口收到設(shè)備的數(shù)據(jù)后，從Pl口輸出數(shù)據(jù)，并通知U2_H取數(shù)，U2_H取到數(shù)據(jù)后向設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)，同時(shí)通知Ul_I．已取走數(shù)據(jù)，為U1一L下一次輸出數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備。當(dāng)U2_H從串行口收到設(shè)備的數(shù)據(jù)后，查詢U1_I，是否允許接收數(shù)據(jù)，如允許接收數(shù)據(jù)，U2_H從P1口輸出數(shù)據(jù)，并通知Ul_L取數(shù)，Ul_L取到數(shù)據(jù)后向設(shè)備發(fā)出數(shù)據(jù)，同時(shí)通知U2_H已取走數(shù)據(jù)，為U2_H下一次輸出數(shù)據(jù)做準(zhǔn)備；如Ul_L不允許接收數(shù)據(jù)，則U2_H暫緩送數(shù)。

2 波特率變換器的應(yīng)用

波特率變換器在應(yīng)用中，根據(jù)使用情況可以分為單向傳送和雙向傳送。兩單片機(jī)之間的數(shù)據(jù)傳遞可以采用中斷方式．也可以采用查詢方式。如采用查詢方式，編程時(shí)利用P2口的幾位作為查詢信號(hào)，實(shí)現(xiàn)單向或雙向傳送。

2．1 單向傳送

單向傳送就是通信口的數(shù)據(jù)流只向一個(gè)方向，即從Ul_L接收到的數(shù)據(jù)，從U2_H發(fā)送出去，或從U2_H接收到的數(shù)據(jù)，從Ul_L發(fā)送出去。用這種方式進(jìn)行軟件編程比較簡(jiǎn)單?，F(xiàn)以U1_L只接收外部設(shè)備數(shù)據(jù)，U2_H只向外部設(shè)備發(fā)送數(shù)據(jù)，采用查詢方式為例，兩單片機(jī)之間數(shù)據(jù)傳送的流程圖如圖3所示。其中Ul_L的P2．2作為向U2_H傳送新數(shù)據(jù)的查詢信號(hào)(U2_H的P2．5)，P2．2=“0”表示有新的數(shù)據(jù)，P2．2=“1”表示沒有新的數(shù)據(jù)；U2_H的P2．2作為接收U1_L數(shù)據(jù)的查詢信號(hào)(U1_L的P2．5)，P2．2=“O”表示可以接收新的數(shù)據(jù)，P2．2=“1”表示不能接收新的數(shù)據(jù)。如果采用中斷方式，兩單片機(jī)的查詢信號(hào)更簡(jiǎn)單，只要Ul_L查詢U2_H是否可以接收數(shù)據(jù)的信號(hào)就可以，U2_H無需查詢U1_L的查詢信號(hào)。

2.2 雙向傳送

雙向傳送就是通信口可以同時(shí)接收數(shù)據(jù)和發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)流是雙向的，Ul_L和U2_H既接收數(shù)據(jù)也發(fā)送數(shù)據(jù)。這種方式軟件編程比較復(fù)雜，特別是雙向傳送數(shù)據(jù)采用查詢方式時(shí)。單片機(jī)之間的查詢信號(hào)就更加復(fù)雜了?，F(xiàn)以雙向查詢方式為例，兩單片機(jī)之間數(shù)據(jù)傳送的流程圖如圖4所示，U2_H的流程與U1_L一樣。其中U1_L向U2_H傳送數(shù)據(jù)時(shí)的查詢信號(hào)與單向傳送的定義一樣，U2_H的P2．3作為向U1_L傳送新數(shù)據(jù)的查詢信號(hào)(U1_L的P2．4)，P2．3=“0”表示有新的數(shù)據(jù)，P2．3=“l(fā)”表示沒有新的數(shù)據(jù)；Ul_L的P2．3作為接收U2_H數(shù)據(jù)的查詢信號(hào)(U2_H的P2．4)，P2．3=“O”表示可以接收新的數(shù)據(jù)，P2．3=“1”表示不能接收新的數(shù)據(jù)。如果采用中斷方式，查詢信號(hào)可以減少，編程可以簡(jiǎn)化。

2.3 應(yīng)用時(shí)的注意事項(xiàng)

兩個(gè)單片機(jī)之間的握手方式如果采用中斷，由于U2_H向外部發(fā)送數(shù)據(jù)比U1_L接收外部數(shù)據(jù)快，Ul_L向U2_H傳送數(shù)據(jù)時(shí)，無需考慮U2_H的狀態(tài)，而U2_H向U1_L傳送數(shù)據(jù)時(shí)，由于U2_H接收外部數(shù)據(jù)比U1_L向外部發(fā)送數(shù)據(jù)快，U2_H必須查詢Ul_L的狀態(tài)，即U1_L是否處于接收U2_H數(shù)據(jù)的狀態(tài)，否則，U2_H就不能向Ul_L傳送數(shù)據(jù)。

若作為RS_485通信接口使用，只需對(duì)圖2中的電路稍做改動(dòng)，增加對(duì)75176芯片的讀寫控制，同時(shí)兩個(gè)單片機(jī)中與主通信設(shè)備相連的單片機(jī)作為主機(jī)，通過P2口的一位來協(xié)調(diào)兩個(gè)單片機(jī)是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)。

值得注意的是，該波特率變換器在不同的應(yīng)用中會(huì)受到一定的限制，在使用時(shí)要注意下面幾點(diǎn)：

①波特率很高時(shí)，要考慮單片機(jī)串行口能否實(shí)現(xiàn)；

②從波特率高的向波特率低的變換時(shí)，要考慮波特率低的單片機(jī)能否實(shí)現(xiàn)不丟數(shù)據(jù)的發(fā)送；

③當(dāng)雙向變換時(shí)，既要考慮上述情況，還有考慮程序的大小，以及執(zhí)行時(shí)間對(duì)雙向傳送數(shù)據(jù)的影響，計(jì)算兩個(gè)單片機(jī)能否實(shí)現(xiàn)不丟數(shù)據(jù)的變換，在時(shí)間上要留有余量；

④在查詢時(shí)，要注意握手信號(hào)的關(guān)系，不要對(duì)同一數(shù)據(jù)產(chǎn)生重復(fù)讀取，以至于數(shù)據(jù)重復(fù)；

⑤波特率不同時(shí)，單片機(jī)可以選用不同的晶振頻率。

2.4 實(shí)例及源程序

在實(shí)際使用中若碰到如圖1所示的情況，需要波特率變換器將坡特率為172.8kbps的通信數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成波特率為115.2kbps，再向上位機(jī)傳送。實(shí)際使用的電路如圖2所示。在該實(shí)例中，為了防止局部時(shí)刻接收數(shù)據(jù)比發(fā)送快而丟失數(shù)據(jù)，再U2_H單片機(jī)的程序中，加入了8個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)作為接收數(shù)據(jù)存放緩沖區(qū)。

3 結(jié)論

通過長(zhǎng)時(shí)間的通信實(shí)驗(yàn)和實(shí)際應(yīng)用，設(shè)計(jì)的波特率變換器方案可行，通信可靠，沒有出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。在一些系統(tǒng)中，由于通信波特率特殊，在設(shè)備之間通信存在波特率不匹配時(shí)，通過波特率變換器，可以實(shí)現(xiàn)不同波特率設(shè)備之間的通信。通過更改單片機(jī)的晶頻振率，可以滿足各種波特率（在單片機(jī)允許的范圍內(nèi)）的轉(zhuǎn)換。