用單片機(jī)普通I/O口實(shí)現(xiàn)多機(jī)通信的一種新方法

1 傳統(tǒng)的多機(jī)通信方式

在實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，經(jīng)常遇到需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)配合才能完成的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的任務(wù)，而多臺(tái)計(jì)算機(jī)配合主要是通過(guò)多臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為此必須將它們按實(shí)際需要組成一定形式的網(wǎng)絡(luò)。多機(jī)通信網(wǎng)絡(luò)通常有5種網(wǎng)絡(luò)形式：星型、樹(shù)型、總線型、環(huán)型、分散型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以可靠性好、接口簡(jiǎn)單、組成靈活和控制簡(jiǎn)單等優(yōu)勢(shì)，在實(shí)際應(yīng)用中使用最多。

總線型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中主機(jī)與分機(jī)進(jìn)行串行通信可以利用查詢方式或中斷方式。用查詢方式工作時(shí)，所有分機(jī)只能處于監(jiān)聽(tīng)或通訊狀態(tài)，資源比較浪費(fèi)。實(shí)際使用時(shí)大都采用中斷方式。圖1是采用中斷方式，利用單片機(jī)的串行口方式3及SM2和RB8的配合完成主從式的多機(jī)通信的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)圖。從圖中可以看出，原則上主機(jī)可以管理N臺(tái)分機(jī)，但考慮到各機(jī)的發(fā)送端的驅(qū)動(dòng)能力，一臺(tái)主機(jī)一般可以管理8臺(tái)分機(jī)。對(duì)于串行口方式2和3，每幀11位，其中第9位是可編程的，利用它的奇偶校驗(yàn)，也可以進(jìn)行多機(jī)通信。用作多機(jī)通信時(shí)，對(duì)于方式2和3，若SM2=1，且接收的第9位RB8=0，則RI不啟動(dòng)，即接收到的全幀作廢，當(dāng)接收到的RB8=1時(shí)，接收有效；而當(dāng)SM2=0時(shí)，無(wú)論接收到的RB8是什么，接收都有效。

與查詢方式不同，采用中斷方式時(shí)，分機(jī)不必一直處于監(jiān)聽(tīng)狀態(tài)，而可以進(jìn)行相應(yīng)的數(shù)據(jù)采集或控制等其他工作。當(dāng)主機(jī)有通訊要求時(shí)，可通過(guò)P10向各分機(jī)發(fā)送中斷請(qǐng)求（要求通訊）信號(hào)；而從機(jī)在工作時(shí)，如果允許主機(jī)與之通訊，則可開(kāi)外部中斷及總中斷1，否則關(guān)閉中斷1。

這種中斷方法解決了分機(jī)盲目等待的問(wèn)題，分機(jī)也能立即響應(yīng)主機(jī)的通訊請(qǐng)求，但在某些應(yīng)用場(chǎng)合有相當(dāng)?shù)木窒扌浴?/p>

（1）當(dāng)分機(jī)通信波特率要求不一樣時(shí)；

（2）主機(jī)（或分機(jī)）還要通過(guò)串行口與別的設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)交換時(shí)。

以上介紹的方法就難以實(shí)現(xiàn)。這是因?yàn)椋翰还苁侵鳈C(jī)還是從機(jī)它們的串行口已被使用，跟遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)或串行設(shè)備進(jìn)行通信已沒(méi)有串口用。下面介紹的方法就很好地解決了這些問(wèn)題。

2 利用單片機(jī)的P1口進(jìn)行串行通信

為實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間的串行通訊，同時(shí)主機(jī)、分機(jī)還與其他串行設(shè)備進(jìn)行通信，作者利用AT89C51的P1口中的3條普通I/O線來(lái)模擬進(jìn)行異步串行數(shù)據(jù)通信，取得了很好的效果，串行通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。

其中：主單片機(jī)的P1.0作為發(fā)送端，P1.1作為接收端，P1.2作為中斷請(qǐng)求端，而各分機(jī)也以P1.0作為發(fā)送端，P1.1作為接收端；并事先為每一個(gè)分機(jī)確定一個(gè)地址編碼信息。當(dāng)主機(jī)要與某一個(gè)分機(jī)進(jìn)行通信時(shí)，主機(jī)通過(guò)P1.2發(fā)出一個(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)，延時(shí)相應(yīng)的時(shí)間后，向P1.0發(fā)送模擬的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中包含要進(jìn)行通訊的分機(jī)地址編碼信息。各分機(jī)接收了來(lái)自INT1的中斷請(qǐng)求信號(hào)后，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，分機(jī)檢測(cè)P1.1端，當(dāng)P1.1端由高變低時(shí)，說(shuō)明主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的起始位開(kāi)始，分機(jī)模擬異步接收方式跳過(guò)起始位依次接收各數(shù)據(jù)位。接收完來(lái)自主機(jī)的地址信息后，與本機(jī)地址信息比較，如果與本機(jī)地址相同，則等待準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)或命令；如果接收到的地址與本機(jī)地址不符，則跳出中斷服務(wù)程序，返回到主程序繼續(xù)原來(lái)的工作。

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這種方式特別適用于主單片機(jī)要循環(huán)與各個(gè)分機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的場(chǎng)合。這樣就解決了波特率不能隨意設(shè)置的問(wèn)題，同時(shí)各單片機(jī)的串口可以當(dāng)作它用。其中波特率可以隨意設(shè)定包含下面三重含義：

(1)主機(jī)可以利用RXD、TXD同遠(yuǎn)程PC機(jī)或數(shù)傳電臺(tái)等進(jìn)行通信，波特率可任意設(shè)置；

(2)分機(jī)也可與其他的串行設(shè)備進(jìn)行通訊，波特率也可以隨意設(shè)置；

(3)主機(jī)和分機(jī)之間的波特率可以任意設(shè)置。

3 具體編程實(shí)現(xiàn)

下面給出通過(guò)P1.0發(fā)送一幀和通過(guò)P1.1接收一幀數(shù)據(jù)的子程序，供參考。

4 使用中應(yīng)注意的一些問(wèn)題

（1）延時(shí)時(shí)間的長(zhǎng)短是根據(jù)波特率的變化而變化的，延時(shí)子程序的循環(huán)次數(shù)與單片機(jī)所采用的晶振頻率有關(guān)。

（2）以上提供的程序是針對(duì)12 MHz晶振、9600 b/s通訊的。DELA子程序延時(shí)時(shí)間為50 μs 。實(shí)際應(yīng)用時(shí)，可以根據(jù)不同波特率和不同的晶振選擇不同的延時(shí)時(shí)間來(lái)模擬異步串行通訊。!--[endif]-->

（3）上面的多機(jī)通信是利用P1口來(lái)模擬異步串行通信，每一幀都有起始位，同時(shí)數(shù)據(jù)采集在一位的中間進(jìn)行的，所以延時(shí)時(shí)間允許有一定的誤差，而不影響接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。工程上常用波特率傳送一個(gè)二進(jìn)制數(shù)據(jù)位所需要的時(shí)間見(jiàn)下表。

5 結(jié)語(yǔ)

SOC開(kāi)發(fā)平臺(tái)360元 豪華單片機(jī)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)498元 單片機(jī)學(xué)習(xí)板138 無(wú)線nRF-9E5模塊100元 S3C44B0 ARM7開(kāi)發(fā)板398元 Genius NSP通用編程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 該項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)成功應(yīng)用于海洋領(lǐng)域深海數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不同的分機(jī)連接了不同的進(jìn)口儀器設(shè)備，實(shí)現(xiàn)串行數(shù)據(jù)采集，取得了滿意的效果。

參考文獻(xiàn)
1 陳汝全，等.單片機(jī)實(shí)用技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，1993
2 陳粵初，等.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)踐.北京：航空航天大學(xué)出版社，1993