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MCS51系列單片機(jī)雙機(jī)并行互連的實(shí)現(xiàn)方法
由于MCS51系列單片機(jī)具有性能穩(wěn)定、工作可靠、價(jià)格低廉等特點(diǎn)，因此其應(yīng)用相當(dāng)廣泛。一個(gè)MCS51系列的單片機(jī)（如Atmel89cxx）內(nèi)部包含有RAM、FLASH ROM、兩個(gè)或者三個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)通用異步串行通信控制器（UART）等多種資源。但即便如此，在一些相對(duì)復(fù)雜的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，僅僅一個(gè)單片機(jī)資源還是不夠的，因此而常常需要擴(kuò)充I/O接口、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串行通信接口、RAM、ROM等。采用通用的標(biāo)準(zhǔn)器件進(jìn)行擴(kuò)充是通常的做法，但將單片機(jī)本身作為一個(gè)通用的擴(kuò)充器件來使用，也不失為一個(gè)好的方法。在這種情況下，一個(gè)系統(tǒng)中就使用了兩個(gè)或兩個(gè)以上的單片機(jī)，而單片機(jī)之間就要通過互連來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。MCS51系列的單片機(jī)（以下簡(jiǎn)稱單片機(jī)）都帶有串口，利用串口進(jìn)行互連通信極為方便，其各種連接方式在許多書籍和資料上都有介紹，在此不再重述。但如果系統(tǒng)要求擴(kuò)充的資源是對(duì)外連接的串口，或?qū)ο嗷ブg的數(shù)據(jù)傳送有一定的速度要求，則單片機(jī)的串口就不能用作系統(tǒng)內(nèi)兩單片機(jī)的通信接口了。所幸的是，單片機(jī)的并行端口也能相互連接來進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。根據(jù)單片機(jī)端口內(nèi)部結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，這些端口的端口線可以直接相連，從而使兩單片機(jī)之間并行通信接口的實(shí)現(xiàn)不用另外的硬件電路設(shè)備。基于這種情況，設(shè)計(jì)時(shí)，可根據(jù)不同的使用要求，來采用不同的并行連接方法。下面介紹在兩個(gè)單片機(jī)之間進(jìn)行三種并行通信接口的實(shí)現(xiàn)方法。
1 單向并行通信接口的實(shí)現(xiàn)
在應(yīng)用中，如果只需一個(gè)單片機(jī)向另一個(gè)單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)，則可以采用單向并行通信接口方式，這種方式較為簡(jiǎn)單。圖1所示為單向并行通信接口的組成方法。圖中，單片機(jī)A為數(shù)據(jù)發(fā)送方，單片機(jī)B為數(shù)據(jù)接收方，8位端口可以是P0～3的任何一個(gè)。
數(shù)據(jù)傳送的流程是：?jiǎn)纹瑱C(jī)A將數(shù)據(jù)送到端口后，通過STB信號(hào)中斷單片機(jī)B，單片機(jī)B進(jìn)入中斷并從端口讀取數(shù)據(jù)，讀完后，利用BUSY信號(hào)進(jìn)行應(yīng)答，單片機(jī)A在檢查到端口線CHK上的應(yīng)答信號(hào)后，就可以發(fā)送下一個(gè)數(shù)據(jù)了。以上是采用中斷方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送的具體方法。當(dāng)然，單片機(jī)B也可以采用查詢方式接收數(shù)據(jù)。利用單向并行通信接口方法的優(yōu)點(diǎn)是可以充分利用單片機(jī)的資源來擴(kuò)充整個(gè)系統(tǒng)的串行通信接口、并行接口、定時(shí)器等部件。
2 主從并行通信接口的實(shí)現(xiàn)
主從并行通信接口的特點(diǎn)是兩單片機(jī)之間能夠通過并行通信接口將數(shù)據(jù)發(fā)送到對(duì)方，但這種方法必須有一個(gè)單片機(jī)處在主機(jī)狀態(tài)，另一個(gè)單片機(jī)處在從機(jī)狀態(tài)。圖2為主從并行通信接口原理圖。單片機(jī)A是主機(jī)，單片機(jī)B是從機(jī)，該接口使用了一個(gè)8位端口（如P0或P1）和4根控制信號(hào)線。
在主從工作方式下，該接口的工作方式有主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收和主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送等兩種情況。
2.1 主機(jī)發(fā)送從機(jī)接收方式的主機(jī)工作流程
主發(fā)從收方式的工作流程如下：
（1）主機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)傳送方法控制位DIR為0，以表示主機(jī)有數(shù)據(jù)發(fā)送到從機(jī)；
（2）主機(jī)在STB端口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，以使從機(jī)進(jìn)入中斷，并準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)；
（3）主機(jī)將數(shù)據(jù)送8位數(shù)據(jù)端口，再設(shè)定ACK信號(hào)表示數(shù)據(jù)有效；
（4）主機(jī)檢查CHK端口，等待從機(jī)從8位端口取走數(shù)據(jù)；
（5）數(shù)據(jù)發(fā)送完成返回。
2.2 主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送時(shí)的主機(jī)工作流程
主機(jī)接收從機(jī)發(fā)送方式時(shí)的工作流程如下：
（1）主機(jī)設(shè)置數(shù)據(jù)傳送方向控制位DIR為1，以表示主機(jī)將從從機(jī)讀取數(shù)據(jù)；
（2）主機(jī)在STB端口產(chǎn)生一個(gè)負(fù)脈沖，以使從機(jī)進(jìn)入中斷，并準(zhǔn)備發(fā)送數(shù)據(jù)；
（3）主機(jī)查詢CHK端口，等待從機(jī)將數(shù)據(jù)送到8位端口上；
（4）主機(jī)從8位端口上讀取數(shù)據(jù)，再設(shè)定ACK信號(hào)以表示數(shù)據(jù)已被讀取；
（5）數(shù)據(jù)接收完成返回。
2.3 從機(jī)工作流程
在主從并行通信接口工作方式下，無論從機(jī)是接收數(shù)據(jù)還是發(fā)送數(shù)據(jù)，都是在中斷（也可以是查詢方式）方式下進(jìn)行的，從機(jī)的工作流程如下：
（1）進(jìn)入中斷服務(wù)程序；
（2）檢查數(shù)據(jù)傳送的方向；
（3）如果DIR為0，則等待CHK信號(hào)有效，再?gòu)?位端讀取數(shù)據(jù)，讀完后設(shè)定ACK信號(hào)有效；
（4）如果DIR為1，從機(jī)將數(shù)據(jù)送到8位端上，再設(shè)定ACK為有效，并等待主機(jī)取走數(shù)據(jù)（即CHK信號(hào)有效）；
（5）退出中斷服務(wù)程序。
3 無主從雙向并行通信接口的實(shí)現(xiàn)
無主從雙向并行通信接口的特點(diǎn)是兩個(gè)單片機(jī)處在平等的地位，兩個(gè)單片機(jī)均可隨時(shí)提出申請(qǐng)，向?qū)Ψ桨l(fā)送數(shù)據(jù)，當(dāng)然也可通過簡(jiǎn)單的接口協(xié)議從對(duì)方讀取數(shù)據(jù)。這種情況下，就有可能出現(xiàn)兩個(gè)單片機(jī)同時(shí)提出使用8位端口的申請(qǐng)而發(fā)生沖突，從而影響雙方數(shù)據(jù)的傳送。要解決這個(gè)問題，就要求每一方必須在數(shù)據(jù)傳送之前進(jìn)行檢查，以判斷8位端口是否被對(duì)方所使用，從而避免沖突的發(fā)生。圖3是無從雙向并行通信接口的原理圖。該接口中采用了5根控制信號(hào)線，其中CHK/ACK控制信號(hào)線，其中CHK/ACK控制信號(hào)線的功能可以復(fù)用。8位端口可以是P0、P1或其它8位I/O口。
在無主從雙向并行通信接口中，由于單片機(jī)A與單片機(jī)B沒有主從關(guān)系而處在平等位置，所以單片機(jī)B與單片機(jī)A的數(shù)據(jù)接收發(fā)送流程完全相同。這里只說明單片機(jī)A的數(shù)據(jù)接收發(fā)送流程。
3.1 數(shù)據(jù)發(fā)送流程
下面給出單片機(jī)A的數(shù)據(jù)發(fā)送流程：
（1）檢查CHKREQ，判斷單片機(jī)B是否提出了數(shù)據(jù)傳送申請(qǐng)；
（2）如果單片機(jī)B提出了申請(qǐng)，則轉(zhuǎn)a繼續(xù)等待；否則，單片機(jī)A提出申請(qǐng)，將REQ置為有效；
（3）再次檢查CHKREQ，判斷單片機(jī)B是否同
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