第三章 单片机系统硬件设计.ppt

3.7 相互通道设计 相互通道是指单片机系统之间或单片机与微型机、微处理器实现通信的通道接口； 在较大规模系统中不可避免地要采用多机形式，而单片机在结构上已为实现多机系统提供了很好条件。 相互通道结构形式 相互通道的结构形式有两种：双机系统和多机系统。 一般来说，双机系统大多是近程系统，接口驱动简单，通常可以采用串行接口方式和并行接口方式组成； 串行接口方式使用单片机的串行I/O口，特点是连接简单，使用方便，可实现较远距离通信； 并行总线方式接口通道复杂，不可能实现远距离通信，一般都是接成紧密的双机系统，共享一些硬件资源，其优点是通信速度快。 双机系统 多机系统有两种典型的结构形式：主从分布式和串行总线式； 主从分布式结构是目前单片机系统构成较大规模测控系统的典型结构； 串行总线形式结构中的每个单片机或CPU都联在一个串行总线上，各个应用系统的优先、主从关系由多机系统的软、硬件决定。 多机系统 相互通道接口设计 通道接口形式选择 根据信号传送的远近、传送速度、双机或多机等要求，选择上述几种结构形式之一，或采用其他特殊接口形式。 相互通道的要求不同，接口设计的内容相差甚远。一般而言，接口设计包含以下内容： 总线接口标准选择 相互通道接口应尽可能选择标准接口，标准接口不仅通用性强，而且芯片选择容易，软件编写方便； 常见接口标准有：RS－232、RS－422、RS－485、IEEE－488（GPIB）等。 通道接口控制权分配 长线驱动与匹配 确定双机系统中的主从关系，多机系统中分层方式、呼应关系及紧急中断控制方式等。 抑制传输干扰。 单片机串行通信接口设计 大多数中高档单片机芯片内部已经集成了全双工的串行通信接口，能方便地构成双机、多机串行通信接口。 必须考虑的问题 数据传送方式 在串行通信中，串行数据的传送方式有三种：单工方式、半双工方式和全双工方式； MCS－51系列单片机集成的串行接口在同步通信方式下是一个半双工的接口，而在异步通信方式下是一个全双工的接口。 串行通信方式 串行通信方式分为同步通信与异步通信两种； 为了确保信息能在通信双方正确地传输，要求通信双方采用相同的通信方式。 串行通信协议 串行通信协议是对数据传送方式的规定，它包括数据位定义和数据格式定义等，通信双方必须遵从统一的通信协议； 以异步串行通信协议为例，通信协议的定义包括以下内容：起始位、数据位、奇偶校验位、停止位和波特率等。 信号的调制与解调 在长距离通讯时，通常可以利用电话线进行传输，但数字信号不能直接在频带为30～3000Hz的电话线上传输，因此需要对信号进行调制与解调 ； 通讯时，发送方要用调制器把数字信号转换为模拟信号，接收方用解调器检测发送端送来的模拟信号，再把它转换成数字信号。 通信检错 由于硬件线路故障、程序出错或外界干扰，使得通信过程中经常产生传送错误。因此，串行通信必须能提供一定的错误检验支持； 奇偶校验可以检查字符的传送错误。除此之外，有些串行通信控制器还提供了通信传送意外错误处理逻辑，如溢出错或超越错。 如图是8031构成的串行总线式多机系统，主机与从机可实现全双工通信，而各从机之间只能通过主机交换信息； 连接特点：8031系统主机与n个8031系统从机通过串行总线相连时，主机的RXD端与所有从机的TXD端相连，主机的TXD端与所有从机的RXD端相连； 串行通信接口示例 操作方法： 初始化：使所有单片机工作在方式2(或方式3)下，将所有从机的SM2位置1，使之处于接收地址帧的状态； 主机发送一帧地址信息，其中包含8位地址，第9位置1表示发送的是地址帧； 从机接收到地址帧后，将各自所接收的地址与本机地址相比较，地址相符的从机使SM2清0，以接收主机随后发来的所有信息，而地址不相符的从机仍保持SM2为1状态，对主机随后发送的数据不予理睬，直到发送新的地址帧； 主机发送控制指令或数据，数据帧的第9位置0，表示发送的是数据或控制指令，只有被寻址的从机才能接收此数据帧； 数据传送完毕，被寻址从机将SM2位重新置1，等待主机下一次传送。 发送：第9位 1：地址帧 0：数据帧 接收：SM2 1：只收地址 0：全收 常用芯片 三态门：74LS241，74LS244，74LS245； 锁存器：74LS273，74LS373，74LS374； 串行输入/并行输出移位寄存器：74LS164，74LS595； 并行输入/串行输出移位寄存器：74LS165，74LS166； 可编程I/O接口芯片：8255，8155等。 其他外围芯片扩展 在单片机系统中，除了程序存储器、数据存储器及I/O口外，还有一些外围芯片，如定时/计数器、中断系统、键盘、显示控制器及串行通信控制器等，它们对满足应用系统某些需要十分有用； 这些外围芯片内部一般都设