用單片機普通I/O口實現(xiàn)多機通信的一種新方法

1 傳統(tǒng)的多機通信方式

在實際工業(yè)應用中，經(jīng)常遇到需要多臺計算機配合才能完成的數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的任務，而多臺計算機配合主要是通過多臺計算機之間的通信來實現(xiàn)的。為此必須將它們按實際需要組成一定形式的網(wǎng)絡。多機通信網(wǎng)絡通常有5種網(wǎng)絡形式：星型、樹型、總線型、環(huán)型、分散型網(wǎng)絡結構。它們各有優(yōu)缺點，其中總線型網(wǎng)絡結構以可靠性好、接口簡單、組成靈活和控制簡單等優(yōu)勢，在實際應用中使用最多。

總線型網(wǎng)絡結構中主機與分機進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，所有分機只能處于監(jiān)聽或通訊狀態(tài)，資源比較浪費。實際使用時大都采用中斷方式。圖1是采用中斷方式，利用單片機的串行口方式3及SM2和RB8的配合完成主從式的多機通信的網(wǎng)絡結構圖。從圖中可以看出，原則上主機可以管理N臺分機，但考慮到各機的發(fā)送端的驅(qū)動能力，一臺主機一般可以管理8臺分機。對于串行口方式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，也可以進行多機通信。用作多機通信時，對于方式2和3，若SM2=1，且接收的第9位RB8=0，則RI不啟動，即接收到的全幀作廢，當接收到的RB8=1時，接收有效；而當SM2=0時，無論接收到的RB8是什么，接收都有效。

與查詢方式不同，采用中斷方式時，分機不必一直處于監(jiān)聽狀態(tài)，而可以進行相應的數(shù)據(jù)采集或控制等其他工作。當主機有通訊要求時，可通過P10向各分機發(fā)送中斷請求（要求通訊）信號；而從機在工作時，如果允許主機與之通訊，則可開外部中斷及總中斷1，否則關閉中斷1。

這種中斷方法解決了分機盲目等待的問題，分機也能立即響應主機的通訊請求，但在某些應用場合有相當?shù)木窒扌浴?/p>

（1）當分機通信波特率要求不一樣時；

（2）主機（或分機）還要通過串行口與別的設備進行數(shù)據(jù)交換時。

以上介紹的方法就難以實現(xiàn)。這是因為：不管是主機還是從機它們的串行口已被使用，跟遠程計算機或串行設備進行通信已沒有串口用。下面介紹的方法就很好地解決了這些問題。

2 利用單片機的P1口進行串行通信

為實現(xiàn)單片機之間的串行通訊，同時主機、分機還與其他串行設備進行通信，作者利用AT89C51的P1口中的3條普通I/O線來模擬進行異步串行數(shù)據(jù)通信，取得了很好的效果，串行通信網(wǎng)絡結構見圖2。

其中：主單片機的P1.0作為發(fā)送端，P1.1作為接收端，P1.2作為中斷請求端，而各分機也以P1.0作為發(fā)送端，P1.1作為接收端；并事先為每一個分機確定一個地址編碼信息。當主機要與某一個分機進行通信時，主機通過P1.2發(fā)出一個中斷請求信號，延時相應的時間后，向P1.0發(fā)送模擬的數(shù)據(jù)幀，數(shù)據(jù)幀中包含要進行通訊的分機地址編碼信息。各分機接收了來自INT1的中斷請求信號后，進入中斷服務程序，分機檢測P1.1端，當P1.1端由高變低時，說明主機發(fā)送的數(shù)據(jù)幀的起始位開始，分機模擬異步接收方式跳過起始位依次接收各數(shù)據(jù)位。接收完來自主機的地址信息后，與本機地址信息比較，如果與本機地址相同，則等待準備接收數(shù)據(jù)或命令；如果接收到的地址與本機地址不符，則跳出中斷服務程序，返回到主程序繼續(xù)原來的工作。

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這種方式特別適用于主單片機要循環(huán)與各個分機進行數(shù)據(jù)通信的場合。這樣就解決了波特率不能隨意設置的問題，同時各單片機的串口可以當作它用。其中波特率可以隨意設定包含下面三重含義：

(1)主機可以利用RXD、TXD同遠程PC機或數(shù)傳電臺等進行通信，波特率可任意設置；

(2)分機也可與其他的串行設備進行通訊，波特率也可以隨意設置；

(3)主機和分機之間的波特率可以任意設置。

3 具體編程實現(xiàn)

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

4 使用中應注意的一些問題

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

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

（3）上面的多機通信是利用P1口來模擬異步串行通信，每一幀都有起始位，同時數(shù)據(jù)采集在一位的中間進行的，所以延時時間允許有一定的誤差，而不影響接收數(shù)據(jù)的準確性。工程上常用波特率傳送一個二進制數(shù)據(jù)位所需要的時間見下表。

5 結語

SOC開發(fā)平臺360元 豪華單片機開發(fā)系統(tǒng)498元 單片機學習板138 無線nRF-9E5模塊100元 S3C44B0 ARM7開發(fā)板398元 Genius NSP通用編程器260元 Mini ARM Debugger330元 LABTOOL-48UXP2800元 該項技術已經(jīng)成功應用于海洋領域深海數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，不同的分機連接了不同的進口儀器設備，實現(xiàn)串行數(shù)據(jù)采集，取得了滿意的效果。

參考文獻
1 陳汝全，等.單片機實用技術.北京：電子工業(yè)出版社，1993
2 陳粵初，等.單片機應用系統(tǒng)設計與實踐.北京：航空航天大學出版社，1993