51系列單片機雙CPU系統通信方法

引 言

本文介紹一種新穎的方法來(lái)實(shí)現51系列單片機雙CPU系統。該方法靈活地運用了51單片機的ID工作方式，使沒(méi)有HOLD功能的51單片機能夠直接通過(guò)片外RAM進(jìn)行數據通信。不但硬件和軟件的實(shí)現都比較簡(jiǎn)單，數據傳輸速度快，而且不涉及高成本特殊器件。對一般51單片機系統的設計有一定的參考意義。

1 實(shí)現雙處理器的一般方法

① 使用雙口RAM。這種方法方便地實(shí)現了CPU之間的通信，在選擇CPU接口時(shí)具有較大的靈活性；但這種方法會(huì )增加電路設計的難度和成本。

② 利用I/O口進(jìn)行并行通信。這種方法既要用I/O口傳送數據，又要用I/O口來(lái)進(jìn)行傳送的控制，因此占用較多的I/O口；而且控制過(guò)程涉及進(jìn)行通信的兩個(gè)CPU，軟件設計比較復雜。

③ 利用串口進(jìn)行通信。使用UART或I2C總線(xiàn)來(lái)聯(lián)系CPU也是常用的方法。這種方法實(shí)現簡(jiǎn)單，只是傳輸速度較慢。

④共享內存。共享內存實(shí)際上又有兩種不同實(shí)現。第一種如LON網(wǎng)絡(luò )的Neuron節點(diǎn)芯片，利用不同時(shí)序實(shí)現共享內存。這種方法必須制成專(zhuān)用芯片，把CPU和RAM封裝在一起，一般情況下實(shí)現困難。第二種如96系列單片機，使用HOLD線(xiàn)先掛起其中一單片機的總線(xiàn)，以使用其內存。這種方法簡(jiǎn)單而且傳輸速度快，在具有HOLD功能的CPU系統中經(jīng)常使用這種方法實(shí)現雙CPU。

2 使用共享內存法實(shí)現雙CPU通信

由于51單片機沒(méi)有HOLD功能，一般不能使用共享內存法實(shí)現雙CPU通信。這里介紹一種方法，使一般51單片機能夠用共享內存實(shí)現雙CPU通信。該方法電路簡(jiǎn)單，軟硬件實(shí)現容易；數據傳輸速度快，而且占用系統資源少（不使用I/O口傳遞數據，而用一部分地址空間作為數據傳送的媒體），能充分發(fā)揮雙CPU的作用。下面具體介紹這種方法。

2.1 基本設計方案

首先，甲機劃出一部分片外RAM的地址空間作為數據傳輸的專(zhuān)門(mén)通道（一般可用高端地址空間）；同時(shí)，把這個(gè)地址空間映射到接收數據的乙機端的相同大小片外RAM地址空間（乙機端可以直接訪(fǎng)問(wèn)到）。兩邊需要傳遞數據時(shí)，甲機就直接向這個(gè)地址讀寫(xiě)數據。讀寫(xiě)數據之前，兩邊要先聯(lián)絡(luò )，做好數據傳輸前的準備。

兩邊數據線(xiàn)要用開(kāi)關(guān)門(mén)電路隔開(kāi)，可以用三態(tài)門(mén)。地址線(xiàn)也按照設計者的安排，甲機端經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)門(mén)電路直接映射到乙機端特定片外RAM地址。因為甲機要在乙機這邊讀寫(xiě)數據，所以甲機對片外RAM的讀寫(xiě)選通信號也要經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)接到乙機讀寫(xiě)端。發(fā)送數據前，要打開(kāi)這些開(kāi)關(guān)門(mén)電路。這樣，甲機就可以在乙機的片外RAM中讀寫(xiě)數據了。

最后，還有一個(gè)重要工作。兩邊的CPU有自己獨立的工作，彼此獨立地在自己的數據線(xiàn)和地址線(xiàn)運行程序，要共用乙機的RAM來(lái)實(shí)現通信就必須在傳送通信數據期間讓乙機交出總線(xiàn)控制權，而51單片機又不具備96單片機的HOLD功能，怎樣才能讓乙機交出總線(xiàn)控制權？這里要用其它方法。51系列單片機本身有ID工作方式（空閑狀態(tài)），ID方式可以用中斷喚醒。我們可以利用ID工作方式讓乙機暫停工作，從而讓甲機CPU在乙機這邊存取數據。

2.2 具體實(shí)現方法

圖1是兩個(gè)51單片機組成的雙機系統。我們把左邊甲機的普通片外RAM地址尋址空間分為0000H~7FFFH和8000H~0FFFFH兩個(gè)不同的區域。其中，0000H~7FFFH可作為普通片外RAM空間，8000H~0FFFFH可作為數據傳輸通道。在這里，我們把8000H~803FH的片外RAM尋址空間映射到右端乙機的0000H~003FH的地址空間。（其實(shí)甲機8000H以上的任意地址都會(huì )映射到相應的乙機0000H ~003FH空間。這里為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，只用甲機的最高位地址線(xiàn)直接線(xiàn)選，并約定甲機的通信數據都往8000H~803FH中寫(xiě)。）因此，甲機端的低六位地址線(xiàn)通過(guò)74ALS373接到乙機端的低六位地址線(xiàn)。同時(shí)，讀寫(xiě)控制線(xiàn)也接過(guò)來(lái)。兩邊的數據線(xiàn)通過(guò)74ALS245接起來(lái)以進(jìn)行雙向數據傳輸。不傳數據時(shí)，乙機的P1.7為高電平，74ALS373處于高阻態(tài)，74ALS245也因為沒(méi)有被甲機的地址線(xiàn)選通而呈高阻態(tài)，兩邊的CPU可以在自己的空間運行程序，保持相對獨立。甲單片機P1.0接到乙機的INT0腳，可通知乙單片機做傳輸數據的相應處理，同時(shí)可以通過(guò)中斷來(lái)喚醒處于ID狀態(tài)的乙機。傳數據時(shí)，乙機的P1.7為低電平，打開(kāi)74ALS373，同時(shí)乙機的P1.7還接到甲機的INT0口，以通知甲機可以開(kāi)始送數或取數。甲機最高位地址線(xiàn)A15作為數據選通信號，使甲機端可以讀寫(xiě)乙機端0000H~003FH地址空間RAM中的數據。數據傳送方向由乙機的P1.6腳進(jìn)行控制。

甲機要把數據傳到乙機時(shí)，先通過(guò)P1.0輸出一個(gè)下降沿脈沖到乙機的INT0口通知乙單片機，乙機中斷服務(wù)程序判斷是甲機要送數據過(guò)來(lái)，用指令

　　　MOV DPTR, #003FH
　　　MOV A, #0FFH
　　　MOVX @DPTR 0FFH

把地址線(xiàn)置為003FH，P0口置為FFH。為什么要做這個(gè)工作呢？因為乙機把地址線(xiàn)置為003FH后，進(jìn)入ID狀態(tài)，地址線(xiàn)會(huì )保持這種狀態(tài)，甲機就可以控制乙機的低六位地址線(xiàn)；同時(shí)乙機的高十位地址線(xiàn)保持為0，這樣就確保了甲機的數據映射到乙機的0000H~003FH的地址空間。乙機向數據線(xiàn)上寫(xiě)FFH，是保證把P0口都置?quot;1，進(jìn)入ID工作方式后，P0口（即數據線(xiàn)）也會(huì )保持這種狀態(tài)，以保證甲機端數據順利寫(xiě)入。然后，乙機P1.6腳輸出高電平，置數據傳送方向為甲機到乙機。最后，乙機在P1.7腳發(fā)一個(gè)下降沿脈沖，以中斷通知甲機可以送數據，同時(shí)保持低電平,打開(kāi)74ALS373，再執行

　　　ORL PCON.0,#00000001B

進(jìn)入ID狀態(tài)。甲機的INT0中斷服務(wù)程序把數據從8000H~803FH送過(guò)來(lái)。送完后，通過(guò)甲機P1.0再給乙單片機的INT0端發(fā)一個(gè)下降沿脈沖喚醒乙機，乙機INT0中斷服務(wù)程序判斷數據已經(jīng)傳送完，進(jìn)行接收數據處理。

同理，乙機要送數據到甲機時(shí)，先把數據寫(xiě)到0000H~003FH，最后是向003FH寫(xiě)FFH，以完成正確置位地址線(xiàn)和數據線(xiàn)。還要把P1.6腳置為低電平，控制數據從乙機傳向甲機。再在乙機P1.7發(fā)下降沿脈沖觸發(fā)甲機INT0中斷，同時(shí)P1.7保持低電平，打開(kāi)三態(tài)門(mén)，然后進(jìn)入ID狀態(tài)。甲機INT0中斷服務(wù)程序判斷乙機要送數據過(guò)來(lái)，并且已經(jīng)做好準備,就把數據從8000H~803FH取過(guò)來(lái)（當然，803FH中數據無(wú)效）。取完后，甲機再通過(guò)P1.0給乙單片機的INT0端發(fā)一個(gè)1下降沿脈沖喚醒乙機，讓乙機繼續運行程序。

乙機的INT0中斷服務(wù)程序要處理幾個(gè)不同事務(wù)，有幾個(gè)分支。如果是乙機向甲機傳數據，乙機INT0不用做實(shí)質(zhì)工作，退出中斷繼續運行主程序即可；如果是甲機向乙機傳數據，在傳數據之前，乙機INT0要為傳數據做好準備，并置乙機為ID狀態(tài)。傳數據之后，乙機INT0處理數據。這里要設置數據傳送方向和數據傳送狀態(tài)兩個(gè)標志，用以引導程序正確運行。甲機的INT0根據傳數據方向標志傳數據或讀數據即可。這里不再寫(xiě)具體程序。