異種單片機(jī)共享片外存儲(chǔ)器及其與微機(jī)通信的方法

1.3 軟件控制流程

信號(hào)處理板上的DSP需要采集信號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)就向數(shù)據(jù)采集板上的MCU發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)，單片機(jī)接收到請(qǐng)求信號(hào)后，如果同意讓出共享存儲(chǔ)器，則向DSP發(fā)出應(yīng)答信號(hào)，同時(shí)隔離MCU端的總線，暫停數(shù)據(jù)采集。DSP接收到應(yīng)答信號(hào)后就可以訪問(wèn)共享存儲(chǔ)器，DSP快速讀、寫完數(shù)據(jù)后，向單片機(jī)發(fā)結(jié)束信號(hào)，單片機(jī)接收到結(jié)束信號(hào)后，收回共享存儲(chǔ)器，同時(shí)隔離DSP端總線，繼續(xù)采集。這樣數(shù)據(jù)采集與信號(hào)處理就可以同時(shí)進(jìn)行，不同于一般的采集一段處理一段的串行工作模式，實(shí)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(guò)程詳述如下，注意在DSP程序初始化時(shí)應(yīng)把XF0、XF1、 FSR0設(shè)置為相應(yīng)的無(wú)效狀態(tài)。

（1）DSP需要采集信號(hào)數(shù)據(jù)時(shí)向MCU發(fā)請(qǐng)求信號(hào)（置XF0為低電平），觸發(fā)MCU的INT0中斷，等待MCU應(yīng)答（DSP循環(huán)檢測(cè)XF1的狀態(tài)）。

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

（3）DSP收到應(yīng)答信號(hào)（即檢測(cè)到XF1為高電平），立即快速讀寫共享存儲(chǔ)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(hào)（置FSR0為高電平），DSP緊接著進(jìn)行其它處理操作。

（4）MCU收到結(jié)束信號(hào)后（即檢測(cè)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(chǔ)器，繼續(xù)采集。

2 信號(hào)處理板與控制系統(tǒng)的通信

信號(hào)處理板從數(shù)據(jù)采集板獲取采集數(shù)據(jù)后，經(jīng)過(guò)對(duì)其進(jìn)行一系列信號(hào)處理算法的運(yùn)算處理，得到的處理結(jié)果需要傳送給基于單片機(jī)或微機(jī)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(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸最為簡(jiǎn)單。我們可以直接對(duì)信號(hào)處理板上DSP的串口編程來(lái)與控制系統(tǒng)進(jìn)行通信。但由于DSP 的串口為同步串口，而單片機(jī)或微機(jī)的串口通常都為異步串口，這樣就需要用軟件來(lái)模擬DSP串口的異步通信時(shí)序，軟件工作量大而且通信不可靠。這里通過(guò)擴(kuò)展單片機(jī)與共享存儲(chǔ)器的方法很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。DSP把處理結(jié)果寫到共享存儲(chǔ)器中，立即進(jìn)行下一輪處理，由單片機(jī)從共享存儲(chǔ)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(jìn)行串口通信所需的時(shí)間，最大限度地利用了DSP的高速數(shù)據(jù)處理的能力。在實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，這顯得尤為重要。通過(guò)擴(kuò)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(shí)現(xiàn)也簡(jiǎn)單了許多。

2.1 信號(hào)處理板與控制系統(tǒng)的串口通信硬件電路

信號(hào)處理板利用擴(kuò)展的單片機(jī)AT89C51與基于微機(jī)或MCU的控制系統(tǒng)進(jìn)行全雙工通信。圖4為AT89C51的串口通信電路，通過(guò)“串口選擇”撥碼開關(guān)選擇是與基于微機(jī)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(jī)系統(tǒng)中，其串口符合RS-232C接口標(biāo)準(zhǔn)。為提高抗干擾能力，RS-232C標(biāo)準(zhǔn)采用負(fù)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(jī)進(jìn)行串行通信，可以利用常見的MC1488和MC1489進(jìn)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(fù)雜性，如圖4所示，這里選用只需單一+5V電壓的MAX232來(lái)完成電平轉(zhuǎn)換，簡(jiǎn)化了硬件電路。

當(dāng)信號(hào)處理板與基于MCU的控制系統(tǒng)通信時(shí)，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(dāng)信號(hào)處理板與基于微機(jī)的控制系統(tǒng)通信時(shí)，利用微機(jī)的九針串口進(jìn)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(méi)有交叉，是因?yàn)樵谶M(jìn)行電平轉(zhuǎn)換時(shí)已經(jīng)交叉過(guò)了（參見圖4）。

2.2 信號(hào)處理板與控制系統(tǒng)的串口通信軟件編程

單片機(jī)與單片機(jī)或微機(jī)進(jìn)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(hào)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(duì)串口初始化（包括選擇串口模式、設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸格式、設(shè)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(hào)處理板上電后，一直發(fā)送請(qǐng)求聯(lián)機(jī)信號(hào)‘R’,等待控制系統(tǒng)發(fā)應(yīng)答信號(hào)‘A’，如果信號(hào)處理板收到應(yīng)答，表示雙方硬件連接正確，聯(lián)機(jī)成功。

(2) 運(yùn)行控制系統(tǒng)的串口通信程序。如果是與微機(jī)通信，則先自動(dòng)檢測(cè)連接的是哪個(gè)串口（COM1或COM2），檢測(cè)到后向信號(hào)處理板發(fā)應(yīng)答信號(hào)‘A’；若沒(méi)檢測(cè)到則顯示錯(cuò)誤信息，提示檢查接線是否有誤。若是與單片機(jī)通信，如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（如10s內(nèi)）還沒(méi)有收到應(yīng)答，則讓指示燈閃爍，認(rèn)為出錯(cuò)，需重新復(fù)位。

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

（4）控制系統(tǒng)發(fā)完聯(lián)機(jī)應(yīng)答信號(hào)后，就處于接收狀態(tài)。先接收總共的數(shù)據(jù)個(gè)數(shù)，然后依次接收每個(gè)數(shù)據(jù)。控制系統(tǒng)每接收到一個(gè)數(shù)據(jù)都向信號(hào)處理板發(fā)確認(rèn)信號(hào)，信號(hào)處理板只有收到確認(rèn)信號(hào)后才發(fā)下一個(gè)數(shù)據(jù)。

另外，在單片機(jī)與微機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，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(jī)波特率的準(zhǔn)確度，即影響波特率的誤差范圍。因而在單片機(jī)波特率設(shè)置時(shí)，對(duì)SMOD的選取也要適當(dāng)考慮。為了保證通信的可靠性，通常波特率相對(duì)誤差不要大于2.5%，當(dāng)單片機(jī)與微機(jī)之間進(jìn)行通信時(shí)，尤其要注意這一點(diǎn)。例如，單片機(jī)的時(shí)鐘fosc= 12MHz，串口模式為方式1，假設(shè)單片機(jī)與微機(jī)的波特率都選為9600bps。當(dāng)SMOD=0時(shí)，波特率相對(duì)誤差為8.5%，當(dāng)SMOD=1時(shí)，波特率相對(duì)誤差為6.99%。實(shí)驗(yàn)表明，不論SMOD=0或1,單片機(jī)與微機(jī)在這種條件下均不能實(shí)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(shí)，波特率相對(duì)誤差為0.16%，實(shí)驗(yàn)證明通信完全可靠