采用单片机的多机并行通讯系统方案设计

1　简介

本文介绍的单片机多机并行通讯系统，使用89C51作为主机，多片89C2051作为从机。（89C2051为20脚300MIL封装，带有2K FLASH E2PROM的单片机，除了少了两个并口外，具备MCS-51系列单片机所有功能。因为其体积小，功能强，必将在单片机应用领域内广泛使用）。这种并行通讯方法适用于在多站点，多层次的检测和控制系统中充当通信控制器的角色；也适合于用作单片机串行口扩充电路。

图1　芯片的逻辑图及四种工作状态　

图2　单片机并行通信原理框图
2　三态总线缓冲寄存器74HC646

在单片机构成的多机并行通讯系统中，总线上的信息交换一般采用PIO（并行接口）和双端口寄存器等方法，并辅助以总线仲裁电路。通常使用的并行接口芯片有8155，8255等。本文介绍一种简单的并行接口电路，它既能取代8255等芯片，还能使电路结构更加简单和紧凑。该电路由一片74HC74和一片74HC646（300MIL窄封装）构成。

74HC646是三态总线缓冲寄存器，其实也是一个双端口共享存储器，只是共享存储区很小的，仅有一个数据输入寄存器与一个数据输出寄存器，用它作为单字节通信数据的临时中转站，每传送一个字节，主从机间握手一次，把数据取走后再继续下一字节的通信。74HC646可以将两条总线的数据分别锁存，再由芯片内部总线进行数据交换。

74HC646具有四种工作状态，利用对这四种工作状态的控制，可以实现多个单片机利用数据口进行数据交换，省下其余口线做其他的工作，如驱动LED，控制开关等。
74HC646芯片的逻辑图及四种工作状态如图1所示。

3　单片机并行通信原理

74HC646对数据进行的锁存只为完成数据交换作了信息准备工作，单片机多机之间通讯的实现还必须具备通讯联络手段，以使单片机了解总线上的工作状态，避免发生总线冲突。这里采用四线握手联络：两条由发送方送接收方，通知接收方数据已经准备好（如图2中的TFNE*,RFNE*）；两条由接收方送发送方，通知发送方数据已经收到（如图2中的TFNF*,RFNF*）通信联络信号是由74HC74电路产生。单片机并行通信原理框图如图2所示。

4　多机并行通信协议

上面的并行通讯的单片机没有封锁电路以防止主从机向74HC646同时写数或同时读数，因此各单机在双向传输时，必须根据状态信息来控制自己的下一步操作，即进行联络，通过软件、硬件通讯协议配合才能避免造成错误，保证对74HC646不会造成竞争冲突。因此，除了上面所讲的联络电路之外，在编制软件时，还必须遵从以下协议：

主机向74HC646发送数据时，必须保证74HC646接收寄存器为空。

主机与从机间的数据传输要通过74HC646，协议不允许双方同时对74HC646进行操作，必须根据状态信息来控制自己的操作。

5　通讯协议的格式与执行过程

5.1　信息格式

在并行通讯的异步通信传输时，也同样存在帧的类型及格式问题，可以采用串行通讯类似的帧格式：

特征字

长度

数据1

数据2

...

校验码
5.2　通讯协议的执行过程

下面以检测方式为例说明通讯协议的执行过程。

5.2.1　主机向从机写数过程：(主机写, 从机读)

主机向74HC646写数据，然后通知从机有数据来，从机从74HC646中读取数据。

① 主机读取状态位，检测TFNF*位是否为零。

②若TFNF*＝1，主机暂时等待；若TFNF*＝0，主机向74HC646写数据，使TFNF*＝1，同时使TFNE*＝0。

③ 从机读取状态位，检测TFNE*位是否为零。若TFNE*＝1，从机暂时等待；若TFNE*＝0，从机从74HC646读数据，使TFNE*＝1，同时使TFNF*＝0。

④ 主机再次检测状态位TFNF*是否为零，若为“0”，说明从机已将数据从74HC646中取走，主机可发送下一数据。

5.2.2　主机读从机过程：(从机写, 主机读)

从机向74HC646写数据，然后通知主机有数据来，主机收到信号后，将数据从74HC646中取走。

① 从机读取状态位，检测RFNF*位是否为零。

②若RFNF*=1，从机暂时等待；若RFNF*=0，从机向74HC646写数据，使RFNF*=1，同时使RFNE*=0。

③ 主机读取状态位，检测RFNE*位是否为零。若RFNE*＝1，主机暂时等待；若RFNE*=0，主机从74HC646读数据，使RFNE*＝1，同时使RFNF*＝0。

④ 从机再次检测状态位RFNF*是否为零，若为“0”，说明从机已将数据从74HC646中取走，主机可发送下一数据。

6　流程图(检测方式)

采用检测方式的程序流程如图3所示。

图3　采用检测方式的程序流程图

若使用中断方式, 只需对执行过程和流程图稍加修改即可。