多單片機(jī)協(xié)同工作方法研究及應(yīng)用＊

王新輝，王梓全，劉 輝，馬凌云

(長沙大學(xué)電子與通信工程系，湖南長沙 410003)

多單片機(jī)協(xié)同工作方法研究及應(yīng)用＊

王新輝，王梓全，劉 輝，馬凌云

(長沙大學(xué)電子與通信工程系，湖南長沙 410003)

介紹了多單片機(jī)協(xié)同工作方法及系統(tǒng)，該工作系統(tǒng)由一個單片機(jī)主機(jī)、多個單片機(jī)客機(jī)、一個計數(shù)器、一個譯碼器和一個數(shù)據(jù)選擇器組成.單片機(jī)主機(jī)上的4個IO端口作為控制端口，該4個IO端口分別是計數(shù)器復(fù)位端口，計數(shù)脈沖輸出端口、響應(yīng)信號反饋端口和使能端口.每一個單片機(jī)客機(jī)都有一個功能執(zhí)行單元，該功能執(zhí)行單元用于由譯碼器輸出的輸出選通信號觸發(fā)而執(zhí)行本單片機(jī)客機(jī)中的預(yù)設(shè)程序以實現(xiàn)預(yù)設(shè)的功能.采用較少且廉價的外圍芯片，使用很少的單片機(jī)IO端口線就解決了多單片機(jī)陣列的協(xié)同工作的應(yīng)用技術(shù)障礙問題，充分發(fā)揮了單片機(jī)價格低廉，性價比極高，具有很廣的應(yīng)用前景.

多單片機(jī);協(xié)同工作;主機(jī);客機(jī)

單片機(jī)具有價格低廉，應(yīng)用方便可靠的優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用十分廣泛和普及，但單片機(jī)作為一個單機(jī)來說，由于其IO端口線有限，使得其應(yīng)用受到了限制，隨著應(yīng)用領(lǐng)域的不斷擴(kuò)大，有時單個單片機(jī)的控制就顯得力不從心了，因此在一些較大的系統(tǒng)中要應(yīng)用單片機(jī)的話，需要用到多個單片機(jī)構(gòu)成單片機(jī)陣列來參與控制，并且往往要求這些單片機(jī)協(xié)同工作.例如，在LED大屏幕顯示裝置中就需要使用多個單片機(jī)，為確保LED大屏幕顯示裝置畫面的統(tǒng)一完整，各單片機(jī)必須能夠協(xié)同工作.

1 多單片機(jī)協(xié)同工作方法

目前，實現(xiàn)單片機(jī)協(xié)同工作方式可以借助于使用單片機(jī)的串行口進(jìn)行通信組成一個單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)工作，這種方式存在以下缺陷［1－4］:(1)不能靈活地選用單片機(jī)的IO口線，只能固定使用單片機(jī)的串行端口線;(2)主客單片機(jī)的串行口都要被占用，系統(tǒng)不能通過串行口與上位機(jī)(PC機(jī))或者其它裝置進(jìn)行通信;(3)軟件設(shè)計復(fù)雜度較高.

另一種方式是將單片機(jī)通過2根IO端口線直接相聯(lián)，這種方式的主要問題是單片機(jī)擴(kuò)大的數(shù)量受到限制，仍然只適合于需要單片機(jī)的IO端口控制線還不太多的應(yīng)用，而且還要以失去主單片機(jī)的IO端口線和控制功能為代價.

要解決上述問題，需要尋找一種僅占用單片機(jī)的IO端口線資源很少、能夠避開單片機(jī)特定的IO端口線、即IO端口線可以是任選的、外圍芯片十分廉價、客機(jī)數(shù)量又不受限制的方案.為此提出了多單片機(jī)協(xié)同工作方法.在需要使用多個單片機(jī)協(xié)同工作時，可以設(shè)定一個單片機(jī)為呼叫單片機(jī)(簡稱主機(jī))，其他單片機(jī)為被呼叫單片機(jī)(簡稱客機(jī))，它們之間的關(guān)系為主─—客關(guān)系，當(dāng)主機(jī)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中需要客機(jī)協(xié)助完成某項的工作時，呼叫客機(jī)，使客機(jī)及時完成該工作.它們各自有相對的獨(dú)立性，有單獨(dú)的任務(wù)要完成，但又需要協(xié)同工作，它們的空間位置比較近，傳輸?shù)男畔⒘坎⒉淮?，只傳送命令及?zhí)行命令的情況，不傳送數(shù)據(jù)，這一點(diǎn)不同于主─從式通信，因而它類似于人類社會領(lǐng)導(dǎo)與成員之間的關(guān)系.

1.1 多單片機(jī)協(xié)同工作方法的信號定義與連接

如圖1所示，多單片機(jī)協(xié)同工作系統(tǒng)由一個單片機(jī)主機(jī)U0、多個單片機(jī)客機(jī)U1～Un、一個二進(jìn)制計數(shù)器IC1、一個二進(jìn)制譯碼器IC2和一個數(shù)據(jù)選擇器IC3組成;其基本思想是任選單片機(jī)主機(jī)的4個IO端口作為控制端口，分別定義為IOX0～I(xiàn)OX3，見表一所示單片機(jī)主機(jī)端口定義所示，每個單片機(jī)客機(jī)只要安排任意2個IO端口，分別定義為IOX0～I(xiàn)OX1，見表1所示單片機(jī)客機(jī)端口［5］定義所示.

圖1 多單片機(jī)協(xié)同工作方法硬件組成

表1 單片機(jī)陣列各IO端口線定義

主機(jī)輸出的計數(shù)器復(fù)位端口(IOX0)與計數(shù)器的復(fù)位端(RST)相接，計數(shù)脈沖輸出端口(IOX1)與計數(shù)器的時鐘信號輸入端(CLK)相接;

主機(jī)輸入客機(jī)響應(yīng)信號反饋端口(IOX2)與數(shù)據(jù)選擇器的輸出端(Z)相接;

主機(jī)輸出的使能端口(IOX3)接譯碼器的使能端(EN)和數(shù)據(jù)選擇器的選通端(G).

計數(shù)器的數(shù)據(jù)輸出端(Q0～Qm)與譯碼器的數(shù)據(jù)輸入端(A0～Am)以及數(shù)據(jù)選擇器的通道選擇數(shù)據(jù)輸入端(A0～Am)對應(yīng)一一連接;

數(shù)據(jù)選擇器的多個輸入通道(D1－Dn)分別與多個單片機(jī)客機(jī)的響應(yīng)IO端口一一連接;

客機(jī)從其IOX0端口輸入主機(jī)的呼叫信號，將響應(yīng)信號從其IOX1輸出.其中IOX0連接到負(fù)責(zé)對主機(jī)輸出的客機(jī)地址進(jìn)行譯碼的譯碼器的一個輸出端，IOX1則連接到負(fù)責(zé)將客機(jī)響應(yīng)信號傳送回主機(jī)的數(shù)據(jù)選擇器輸入端上.從而形成了主機(jī)與客機(jī)之間協(xié)同工作所需的信息溝通路徑與主機(jī)進(jìn)行通信.

在這種方法中，對主、客單片機(jī)IO引腳無特定要求，因此可以留出主、客機(jī)單片機(jī)的特定引腳給系統(tǒng)使用.比如串行口及中斷口都可以供系統(tǒng)的其他功能使用.

1.2 多單片機(jī)協(xié)同工作過程

采用前述的多單片機(jī)協(xié)同工作系統(tǒng)的硬件連接方法，單片機(jī)主機(jī)的工作步驟為:

步驟1:二進(jìn)制計數(shù)器清零，置數(shù)據(jù)選擇器使能端有效，置譯碼器使能端無效;

步驟2:發(fā)送要呼叫的單片機(jī)客機(jī)的編號到計數(shù)器;

步驟3:根據(jù)響應(yīng)信號反饋端口(IOX2)的狀態(tài)判斷被呼叫的單片機(jī)客機(jī)是否空閑，如果空閑，則進(jìn)入下一步，否則返回步驟3;

步驟4:置數(shù)據(jù)選擇器使能端無效，置譯碼器使能有效，使得譯碼器輸出單片機(jī)客機(jī)選通信號;

步驟5:延時，然后計數(shù)器清零;

步驟6:置數(shù)據(jù)選擇器使能端有效，置譯碼器使能端無效，呼叫操作結(jié)束;

單片機(jī)客機(jī)的工作步驟為:

步驟A:復(fù)位響應(yīng)端口狀態(tài)，表示空閑可響應(yīng)呼叫;

步驟B:查詢選通IO端口的狀態(tài)，判斷是否有呼叫，如果有呼叫則進(jìn)入下一步，否則返回步驟B;

步驟C:置相應(yīng)端口狀態(tài)為有效，表示響應(yīng)呼叫;

步驟D:啟動功能執(zhí)行單元，完成呼叫所規(guī)定的操作;

步驟E:復(fù)位響應(yīng)端口狀態(tài)，表示空閑可響應(yīng)呼叫，并返回步驟B.

2 多單片機(jī)協(xié)同工作軟件流程

2.1 主機(jī)呼叫

當(dāng)主機(jī)在發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)有呼叫某一客機(jī)的需要時，就會起動如圖2(a)所示的操作流程，主機(jī)程序可以子程序的形式編寫.

2.2 客機(jī)響應(yīng)

每一個單片機(jī)客機(jī)都有一個功能執(zhí)行單元，該功能執(zhí)行單元用于由譯碼器輸出的輸出選通信號觸發(fā)而執(zhí)行本單片機(jī)從機(jī)中的預(yù)設(shè)程序以實現(xiàn)預(yù)設(shè)的功能.

在客機(jī)程序中，查詢主機(jī)的呼叫信號，按如圖2(b)所示的流程進(jìn)行響應(yīng).如果在系統(tǒng)中，客機(jī)不需要使用外部中斷，可以選擇IOX0=P3.2(P3.3)，而將客機(jī)響應(yīng)安排為中斷服務(wù)程序，可避免客機(jī)進(jìn)行查詢，可使響應(yīng)過程更為及時快速.

3 結(jié)語

多個單片機(jī)協(xié)同工作方法采用很好地克服了在單個單片機(jī)IO線數(shù)量不夠，需要多個單片機(jī)協(xié)同工作應(yīng)用場合遇到的協(xié)調(diào)技術(shù)障礙.將本技術(shù)應(yīng)用于某一行線數(shù)為96、列線數(shù)為1280的單色LED顯示屏廣告顯示系統(tǒng)中，使用了10片單片機(jī)89S52，并僅另外加入了二進(jìn)制譯碼器為74LS138D芯片，二進(jìn)制計數(shù)器4024BP芯片，數(shù)據(jù)選擇器采用74LS251D芯片.由于本技術(shù)的使用，可以使單片機(jī)進(jìn)行協(xié)同工作，有較多單片機(jī)的資源可以利用，較容易地實現(xiàn)了文字和圖片畫面的左移、右移、上移、上移、逐行消失、逐列消失、閃爍等功能.實踐表明可行.

圖2 多單片機(jī)協(xié)同工作軟件流程

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TP273

A

1008－4681(2012)02－0026－03

2011－12－15

王新輝(1964－)，男，湖南雙峰人，長沙大學(xué)電子與通信工程系教授，碩士.研究方向:單片機(jī)控制、傳感檢測技術(shù).

(作者本人校對)