異種單片機共享片外存儲器及其與微機通信的方法

1.3 軟件控制流程

信號處理板上的DSP需要采集信號數據時(shí)就向數據采集板上的MCU發(fā)出請求信號，單片機接收到請求信號后，如果同意讓出共享存儲器，則向DSP發(fā)出應答信號，同時(shí)隔離MCU端的總線(xiàn)，暫停數據采集。DSP接收到應答信號后就可以訪(fǎng)問(wèn)共享存儲器，DSP快速讀、寫(xiě)完數據后，向單片機發(fā)結束信號，單片機接收到結束信號后，收回共享存儲器，同時(shí)隔離DSP端總線(xiàn)，繼續采集。這樣數據采集與信號處理就可以同時(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)現了數據采集零等待，增加了系統的吞吐能力。參見(jiàn)圖3的接線(xiàn)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)應把XF0、XF1、 FSR0設置為相應的無(wú)效狀態(tài)。

（1）DSP需要采集信號數據時(shí)向MCU發(fā)請求信號（置XF0為低電平），觸發(fā)MCU的INT0中斷，等待MCU應答（DSP循環(huán)檢測XF1的狀態(tài)）。

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

（3）DSP收到應答信號（即檢測到XF1為高電平），立即快速讀寫(xiě)共享存儲器，在讀操作前，置FSX0為高電平，在寫(xiě)操作前，置FSX0為低電平。讀寫(xiě)完后，向MCU發(fā)結構信號（置FSR0為高電平），DSP緊接著(zhù)進(jìn)行其它處理操作。

（4）MCU收到結束信號后（即檢測到P1.4為高電平），置P1.2為高電平，隔離DSP總線(xiàn)，收回共享存儲器，繼續采集。

2 信號處理板與控制系統的通信

信號處理板從數據采集板獲取采集數據后，經(jīng)過(guò)對其進(jìn)行一系列信號處理算法的運算處理，得到的處理結果需要傳送給基于單片機或微機的控制系統。由于這里的處理結果數據量很小，所以利用串口通信的方法進(jìn)行數據傳輸最為簡(jiǎn)單。我們可以直接對信號處理板上DSP的串口編程來(lái)與控制系統進(jìn)行通信。但由于DSP 的串口為同步串口，而單片機或微機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)擴展單片機與共享存儲器的方法很好地解決了這個(gè)問(wèn)題。DSP把處理結果寫(xiě)到共享存儲器中，立即進(jìn)行下一輪處理，由單片機從共享存儲器中取出處理結果并傳送給控制系統。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的高速數據處理的能力。在實(shí)時(shí)性要求很高的場(chǎng)合，這顯得尤為重要。通過(guò)擴展少量的硬件，不但提高了系統的速度，優(yōu)化了整體性能，而且軟件實(shí)現也簡(jiǎn)單了許多。

2.1 信號處理板與控制系統的串口通信硬件電路

信號處理板利用擴展的單片機AT89C51與基于微機或MCU的控制系統進(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(kāi)關(guān)選擇是與基于微機的控制系統通信，還是與基于MCU的控制系統通信。

在IBM PC/XT微機系統中，其串口符合RS-232C接口標準。為提高抗干擾能力，RS-232C標準采用負邏輯，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(chēng)為EIA電平，它與TTL電平和CMOS電平不同。為了使AT89C51能與微機進(jìn)行串行通信，可以利用常見(jiàn)的MC1488和MC1489進(jìn)行電平轉換。MC1488把TTL電平轉換為RS-232C 電平，MC1489把RS-232C電平轉換為T(mén)TL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)完成電平轉換，簡(jiǎn)化了硬件電路。

當信號處理板與基于MCU的控制系統通信時(shí)，只需三根線(xiàn)，一根發(fā)送線(xiàn)（TXD），一根接收線(xiàn)（RXD），一根共地線(xiàn)（GND），將雙方的地址連在一起，將雙方的發(fā)送線(xiàn)與接收線(xiàn)交叉連接即可。當信號處理板與基于微機的控制系統通信時(shí)，利用微機的九針串口進(jìn)行通信，它們的串口電纜連線(xiàn)如圖5所示。這里的發(fā)送線(xiàn)與接收線(xiàn)沒(méi)有交叉，是因為在進(jìn)行電平轉換時(shí)已經(jīng)交叉過(guò)了（參見(jiàn)圖4）。

2.2 信號處理板與控制系統的串口通信軟件編程

單片機與單片機或微機進(jìn)行串口通信的軟件編程有兩種：查詢(xún)方式和中斷方式。這里發(fā)送方（信號處理板）采用查詢(xún)方式，接收方（控制系統）采用中斷方式。通信程序主要完成對串口初始化（包括選擇串口模式、設置數據傳輸格式、設置波特率等）、建立連接、傳輸數據和斷開(kāi)連接等功能。為確保通信可靠，雙方約定如下通信協(xié)議。

（1）信號處理板上電后，一直發(fā)送請求聯(lián)機信號‘R’,等待控制系統發(fā)應答信號‘A’，如果信號處理板收到應答，表示雙方硬件連接正確，聯(lián)機成功。

(2) 運行控制系統的串口通信程序。如果是與微機通信，則先自動(dòng)檢測連接的是哪個(gè)串口（COM1或COM2），檢測到后向信號處理板發(fā)應答信號‘A’；若沒(méi)檢測到則顯示錯誤信息，提示檢查接線(xiàn)是否有誤。若是與單片機通信，如果在規定的時(shí)間內（如10s內）還沒(méi)有收到應答，則讓指示燈閃爍，認為出錯，需重新復位。

（3）信號處理板收到應答后，先向控制系統發(fā)送總共要傳輸的數據個(gè)數，然后依次發(fā)送每個(gè)數據，直到發(fā)完為止。

（4）控制系統發(fā)完聯(lián)機應答信號后，就處于接收狀態(tài)。先接收總共的數據個(gè)數，然后依次接收每個(gè)數據?？刂葡到y每接收到一個(gè)數據都向信號處理板發(fā)確認信號，信號處理板只有收到確認信號后才發(fā)下一個(gè)數據。

另外，在單片機與微機之間進(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波特率的準確度，即影響波特率的誤差范圍。因而在單片機波特率設置時(shí)，對SMOD的選取也要適當考慮。為了保證通信的可靠性，通常波特率相對誤差不要大于2.5%，當單片機與微機之間進(jìn)行通信時(shí)，尤其要注意這一點(diǎn)。例如，單片機的時(shí)鐘fosc= 12MHz，串口模式為方式1，假設單片機與微機的波特率都選為9600bps。當SMOD=0時(shí)，波特率相對誤差為8.5%，當SMOD=1時(shí)，波特率相對誤差為6.99%。實(shí)驗表明，不論SMOD=0或1,單片機與微機在這種條件下均不能實(shí)現正常的發(fā)送與接收。若雙方的波特率都取4800bps，且 SMOD=1時(shí)，波特率相對誤差為0.16%，實(shí)驗證明通信完全可靠