用單片機普通I/O口實(shí)現多機通信的一種新方法

1 傳統的多機通信方式

在實(shí)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據采集與控制系統的任務(wù)，而多臺計算機配合主要是通過(guò)多臺計算機之間的通信來(lái)實(shí)現的。為此必須將它們按實(shí)際需要組成一定形式的網(wǎng)絡(luò )。多機通信網(wǎng)絡(luò )通常有5種網(wǎng)絡(luò )形式：星型、樹(shù)型、總線(xiàn)型、環(huán)型、分散型網(wǎng)絡(luò )結構。它們各有優(yōu)缺點(diǎn)，其中總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )結構以可靠性好、接口簡(jiǎn)單、組成靈活和控制簡(jiǎn)單等優(yōu)勢，在實(shí)際應用中使用最多。

總線(xiàn)型網(wǎng)絡(luò )結構中主機與分機進(jìn)行串行通信可以利用查詢(xún)方式或中斷方式。用查詢(xún)方式工作時(shí)，所有分機只能處于監聽(tīng)或通訊狀態(tài)，資源比較浪費。實(shí)際使用時(shí)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(luò )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)送端的驅動(dòng)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(jìn)行多機通信。用作多機通信時(shí)，對于方式2和3，若SM2=1，且接收的第9位RB8=0，則RI不啟動(dòng)，即接收到的全幀作廢，當接收到的RB8=1時(shí)，接收有效；而當SM2=0時(shí)，無(wú)論接收到的RB8是什么，接收都有效。

與查詢(xún)方式不同，采用中斷方式時(shí)，分機不必一直處于監聽(tīng)狀態(tài)，而可以進(jìn)行相應的數據采集或控制等其他工作。當主機有通訊要求時(shí)，可通過(guò)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(shí)，如果允許主機與之通訊，則可開(kāi)外部中斷及總中斷1，否則關(guān)閉中斷1。

這種中斷方法解決了分機盲目等待的問(wèn)題，分機也能立即響應主機的通訊請求，但在某些應用場(chǎng)合有相當的局限性。

（1）當分機通信波特率要求不一樣時(shí)；

（2）主機（或分機）還要通過(guò)串行口與別的設備進(jìn)行數據交換時(shí)。

以上介紹的方法就難以實(shí)現。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(jìn)行通信已沒(méi)有串口用。下面介紹的方法就很好地解決了這些問(wèn)題。

2 利用單片機的P1口進(jìn)行串行通信

為實(shí)現單片機之間的串行通訊，同時(shí)主機、分機還與其他串行設備進(jìn)行通信，作者利用AT89C51的P1口中的3條普通I/O線(xiàn)來(lái)模擬進(jìn)行異步串行數據通信，取得了很好的效果，串行通信網(wǎng)絡(luò )結構見(jiàn)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(gè)分機確定一個(gè)地址編碼信息。當主機要與某一個(gè)分機進(jìn)行通信時(shí)，主機通過(guò)P1.2發(fā)出一個(gè)中斷請求信號，延時(shí)相應的時(shí)間后，向P1.0發(fā)送模擬的數據幀，數據幀中包含要進(jìn)行通訊的分機地址編碼信息。各分機接收了來(lái)自INT1的中斷請求信號后，進(jìn)入中斷服務(wù)程序，分機檢測P1.1端，當P1.1端由高變低時(shí)，說(shuō)明主機發(fā)送的數據幀的起始位開(kāi)始，分機模擬異步接收方式跳過(guò)起始位依次接收各數據位。接收完來(lái)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，則等待準備接收數據或命令；如果接收到的地址與本機地址不符，則跳出中斷服務(wù)程序，返回到主程序繼續原來(lái)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(gè)分機進(jìn)行數據通信的場(chǎng)合。這樣就解決了波特率不能隨意設置的問(wèn)題，同時(shí)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機或數傳電臺等進(jìn)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(jìn)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(shí)現

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

4 使用中應注意的一些問(wèn)題

（1）延時(shí)時(shí)間的長(cháng)短是根據波特率的變化而變化的，延時(shí)子程序的循環(huán)次數與單片機所采用的晶振頻率有關(guān)。

（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(shí)時(shí)間為50 μs 。實(shí)際應用時(shí)，可以根據不同波特率和不同的晶振選擇不同的延時(shí)時(shí)間來(lái)模擬異步串行通訊。!--[endif]-->

（3）上面的多機通信是利用P1口來(lái)模擬異步串行通信，每一幀都有起始位，同時(shí)數據采集在一位的中間進(jìn)行的，所以延時(shí)時(shí)間允許有一定的誤差，而不影響接收數據的準確性。工程上常用波特率傳送一個(gè)二進(jìn)制數據位所需要的時(shí)間見(jiàn)下表。

5 結語(yǔ)

SOC開(kāi)發(fā)平臺360元 豪華單片機開(kāi)發(fā)系統498元 單片機學(xué)習板138 無(wú)線(xiàn)nRF-9E5模塊100元 S3C44B0 ARM7開(kāi)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(shù)已經(jīng)成功應用于海洋領(lǐng)域深海數據采集系統中，不同的分機連接了不同的進(jìn)口儀器設備，實(shí)現串行數據采集，取得了滿(mǎn)意的效果。

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