单片机双机并行通信中所遇到的问题及解决方法

1  引言  本系统主要应用于双CPU电脑刺绣机中。为了减轻下位机的控制负担，更好的完成花样的刺绣。其次为下一步脱机工作做准备(即在机器刺绣的同时，为刺绣下一个花样做准备工作)，这样一来，可以进一步提高工作效率。由于系统在最初研发中遭遇程序跑飞问题的困扰，于是提出了采用CPLD(可编程逻辑器件)的方式，以解决通讯干扰问题。  本系统采用的CPLD为 ATMEL公司生产的ATF1540AS器件，该器件是一种高性能、高密度复合可编程逻辑器件，简称CPLD,它利用ATMEL 的电可擦除存储器技术，有 64个逻辑宏单元和68个I/O端口，很容易和多个TTL、SSI、MSI、LSI和经典的PLDS组合使用。每个宏单元包括积项和积项多路选择器、 OR/XOR/CASCADE逻辑、触发器、输出选择和使能、输入逻辑阵列五个部分。ATF1504AS的增强选路开关增加了可用的门计数，提高了管脚锁存设计修改的成功率。    2  系统结构  系统的CPU采用W77E58,由ATF1504AS构成通信接口,系统框图如图1所示。  2.1  问题提出  电脑刺绣机为达到良好的人机界面交互功能，采用上下位机方式，下位机主要进行绣花动作的控制，上位机主要进行花样的跟踪。为了实现绣花的同时在液晶屏上进行绣花跟踪，单CPU方式存在系统资源透支， CPU处理数据将十分困难，于是提出了采用双CPU的工作方式，但同时带来一个问题—双CPU的通信问题。  2.2  解决方案  (1) 采用串行通信方式 优点:在由单片机组成的多机方式中，串行接口方式是最常用的。串行通信方式接口电路简单，可以方便实现长距离传输。抗干扰能力比较好。 缺点:传输数据慢，不适合实时数据传输。在数据传输要求高的情况下，容易造成瓶颈堵塞现象。 (2) 采用并行通信方式 优点:并行通信传输数据快，适合进行实时控制。 缺点:抗干扰能力差，不适合长距离传输，最大距离不超过5m。     由于本系统对数据传输的实时性要求比较高，并且上下位机之间的距离不超过3m,进行适当的抗干扰措施，完全可以达到系统的要求，所以确定采用并行通信方式。   2.3  具体措施  (1) 采用ATF1504AS(可编程逻辑器件)进行并行通信，减少分立器件所产生的杂散电容而带来的噪声干扰。 (2) 在输入数据端加斯密特电路(74LS14)，将外部传输线上耦合噪声滤除掉。从而提高总线接收的抗干扰性能。 (3) 采用三态门驱动方式可以提高总线的抗干扰能力，因为三态门有三种状态输出，既所谓的低阻高电平、低阻低电平、高阻态(禁态)。由于三态门的输入具有的三态性,所以使三态门的信号源的负担减轻。有利于提高速度和抗干扰能力。  3  双CPU通信原理设计  3.1  双CPU通信原理图  从图2双CPU通信原理图中可以看出，在输入接口上都接上74LS14斯密特电路和74LS244三态门驱动器，以提高抗干扰能力。在SRZB、SCYX(上位机)及SRZB、SCYX(下位机)的握手信号线上接入74LS14斯密特电路，以提高抗干扰能力。
3.2  ATF1504AS内部原理图  由于篇幅有限，仅列出上位机的ATF1504AS的内部原理图如图3，下位机的ATF1504AS的内部原理图与此相类似。
4  系统工作原理  4.1  上位机输入数据   如图3所示。在输入数据以前，通过对U1(74173)给U2(D触发器)进行初始化，即对U2的CLRN端输入一上升沿的脉冲，使U2清零。此时上位机 SRYX端为低电平，ZDQQ端为高电平。此时为接收数据做好准备。当下位机接收到上位机的SRYX端输出的低电平时，就可以发送数据到锁存器中，紧接着给上位机的SRZB端输出一个上升沿脉冲，U2的Q端(SRYX端)输出正脉冲，ZDQQ端经过反相器输出负脉冲。上位机在检测到ZDQQ端为低电平时，将数据线上的数据取出。紧接着通过对UI给U2进行进行初始化，完成对一个字节的读取，并为读取下一个字节做好准备。上位机输入数据信号波形图如图5所示。
4.2  上位机输出数据  如图3所示在输出数据以前，通过对U1 (74173)给U3(D触发器)进行初始化，即对U3的PRN端输入一上升沿的脉冲，使U3输出置1。此时上位机的SCZB端经反相器输出低电平，U3 的Q端为高电平。此时为发送数据做好准备。当上位机的SCYX端接收输入的上升沿脉冲时，U3的Q端为低电平，当CPU检测到Q端为低电平时，就可以发送数据到锁存器中，紧接着通过上位机的SCZB端向下位机SRZB端输出一个上升沿脉冲。表示已发送数据，接着通过对U1给U2进行进行初始化。完成对一个字节的输出,并为输出下一个字节做好准备，上位机输出数据信号波形图如图4所示。
5  软件设计  5.1  程序流程设计  图6示出输入数据流程图，图7示出输出数据流程图。
5.2  部分程序清单  (1) 输入数据程序清单   ORG  0000H   JMP  START   ORG  0003H   JMP  RESEVE START: MOV  TCON,#0   ;设置中断INT0    MOV  TMOD,#11H    CALL  SZSRDK   ;设置输入端口    MOV   IE,#81H    MOV   IP,#1 ;开中断   ..   ..   ..   RESEVE:  CLR    EA      ;开中断     PUSH   PSW     PUSH   DPH     PUSH   DPL RESEV1:  JB      ZDQQ,RESEV1   ;判ZDQQ是否为低     MOV   DPTR,#ADDR0    ;为U5(输入数据端口)的地址     MOVX  A, @DPTR     ..     ..     CALL   SZSRDK      POP     DPL     POP     DPH     POP     PSW     SETB    EA     RETI  SZSRDK:  CLRN  EQU   2CH.0    CLR   CLRN     ;    MOV   DPTR,#ADDR1   ;为U1的地址    MOV   A,2CH    MOVX  @DPTR,A    SETB   CLRN    MOV   A,2CH    MOV   DPTR,#ADDR1    MOVX  @DPTR,A    RET (2) 输出数据程序清单 SEND:  MOV     DPTR,#ADDR3   MOVX   A,@DPTR   JB ACC.0,SEND    ;为U3的Q端输出   MOV     DPTR,#ADDR4  ;为U4(输出端口)的地址   MOVX   @DPTR,A   CALL    SZSCDK   RET SZSCDK:   PRN  EQU   2CH.1    SETB    PRN    MOV  DPTR,#ADDR1  ;为U1的地址    MOV    A,2CH    MOVX   @DPTR,A    CLR     PRN    MOV    DPTR,#ADDR1    MOV    A,2CH    MOVX  @DPTR,A    RET
6  结束语  设计中采用了AT1504AS器件,该器件实现了硬件设计软件化，方便了硬件设计，缩短了设计周期，降低了设计成本，应用也十分方便，该系统经过采取以上措施后，以达到最初的设计要求。现产品已投放市场，市场的反映良好。

图四

图七

图六

图五

图一

图二

图三