一種單片機(jī)多機(jī)通信系統(tǒng)

1、一種單片機(jī)多機(jī)通信系統(tǒng)地設(shè)計(jì)摘要：融合單片機(jī)技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，優(yōu)化數(shù)據(jù)包地格式和控制方式以及引入幀檢測(cè)序列，設(shè)計(jì)基于AT89S52地單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)地單片機(jī)多機(jī)通信協(xié)議；系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò) 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型；網(wǎng)絡(luò)接口電路采用端口轉(zhuǎn)發(fā)地形式等進(jìn)行單片機(jī)多機(jī)通信系 統(tǒng)地設(shè)計(jì)，系統(tǒng)易于擴(kuò)展且提高了穩(wěn)定性結(jié)果表明,此系統(tǒng)設(shè)計(jì)解決了 8位單片機(jī)多 機(jī)通信地問題，實(shí)現(xiàn)了客戶機(jī)與服戶機(jī)間地通信，以及客戶機(jī)與客戶機(jī)間地通信 關(guān)鍵字：?jiǎn)纹瑱C(jī)；通信協(xié)議；數(shù)據(jù)包；幀；網(wǎng)絡(luò)接口1 1引言隨著單片機(jī)和計(jì)算機(jī)技術(shù)地不斷發(fā)展，單片機(jī)地應(yīng)用也從獨(dú)立地單機(jī)向網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，由計(jì)算機(jī)和單片機(jī)構(gòu)成地多機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)已成為單片機(jī)技術(shù)發(fā)展地一個(gè)方向二者地

2、結(jié)合,充分發(fā)揮了單片機(jī)在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)管理上地優(yōu)點(diǎn)單片機(jī)在計(jì)算機(jī)地網(wǎng)絡(luò)通訊與數(shù)據(jù)傳輸、工業(yè)自動(dòng)化過程地實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)處理等都有廣泛地應(yīng)用，已滲透到我們生活地各個(gè)領(lǐng)域許多應(yīng)用都涉及到單片機(jī)多機(jī)通信然而,單片機(jī)對(duì)網(wǎng)絡(luò) 數(shù)據(jù)地處理方式不同于通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，尤其有地單片機(jī)只提供8位地?cái)?shù)據(jù)收發(fā)接 口，在一定程度上阻礙了單片機(jī)在網(wǎng)絡(luò)方面地應(yīng)用因此，采用單片機(jī)技術(shù)與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合地辦法，對(duì)單片機(jī)多機(jī)通信系統(tǒng)進(jìn)行研究，在設(shè)計(jì)單片機(jī)網(wǎng)絡(luò)地通信協(xié) 議地基礎(chǔ)上，系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型，網(wǎng)絡(luò)接口電路采用端口轉(zhuǎn)發(fā)地形式，實(shí)現(xiàn) 了 8位單片機(jī)多機(jī)通信.b5E2RGbCAP2 2、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)擬定網(wǎng)絡(luò)容量

3、為1臺(tái)服務(wù)機(jī)和62臺(tái)客戶機(jī)，客戶機(jī)之間可以相互通信.客戶機(jī)和服 務(wù)機(jī)之間也可以相互通信.設(shè)計(jì)地協(xié)議考了停止等待協(xié)議，數(shù)據(jù)包參考了 IP數(shù)據(jù)包而 設(shè)計(jì).經(jīng)過綜合分析和優(yōu)化處理，制定如下單片機(jī)多機(jī)通信協(xié)議.1）服務(wù)機(jī)協(xié)議 服務(wù)機(jī)按1/384地間隔發(fā)送詢問數(shù)據(jù)包； 將當(dāng)前詢問地址加1,判斷，如果大于63則置當(dāng)前詢問地址為1,如果小于1則置當(dāng) 前詢問地址為62,轉(zhuǎn)下一步； 向當(dāng)前詢問地址機(jī)器發(fā)送一詢問數(shù)據(jù)包； 等待一個(gè)發(fā)送間隔時(shí)間； 如果沒有收到確認(rèn)包則轉(zhuǎn)到將當(dāng)前數(shù)據(jù)包重發(fā)，重發(fā)計(jì)數(shù)器加1,計(jì)數(shù)器大于2則 轉(zhuǎn)向；如果收到確認(rèn)包轉(zhuǎn)到； 設(shè)置發(fā)送失敗標(biāo)記，重發(fā)計(jì)數(shù)器清0,轉(zhuǎn)到； 設(shè)置發(fā)送成功標(biāo)記，重發(fā)計(jì)數(shù)

4、器清0,轉(zhuǎn)到； 查看被詢問客戶機(jī)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，有則分配總線使用權(quán)和時(shí)間片，轉(zhuǎn)到,否則 轉(zhuǎn)到； 等待被詢問客戶機(jī)地發(fā)送結(jié)束數(shù)據(jù)包，如果收到轉(zhuǎn)到在一個(gè)時(shí)間片V1/384S）內(nèi), 沒有收到，視為超時(shí)服務(wù)機(jī)收回總線使用權(quán)，轉(zhuǎn)到2）客戶機(jī)協(xié)議 接收屬于本機(jī)地?cái)?shù)據(jù)包； 如果是詢問數(shù)據(jù)包，檢查本機(jī)是否有數(shù)據(jù)要發(fā)送，如果有,則發(fā)送有數(shù)據(jù)發(fā)送信息 到服務(wù)機(jī)，并捎帶確認(rèn)轉(zhuǎn)到，否則發(fā)送沒有數(shù)據(jù)發(fā)送信息到服務(wù)機(jī)，并捎帶確認(rèn)，轉(zhuǎn) 到；其它類型數(shù)據(jù)包不處理，轉(zhuǎn)到； 等待網(wǎng)絡(luò)資源分配數(shù)據(jù)包，收到則發(fā)送確認(rèn)包，轉(zhuǎn)到；超時(shí)，停止等待轉(zhuǎn)到； 等待上一數(shù)據(jù)包地確認(rèn)，收到則轉(zhuǎn)到，否則轉(zhuǎn)到； 檢查是否還有數(shù)據(jù)要發(fā)送，有則發(fā)送數(shù)據(jù)包

5、轉(zhuǎn)到；否則發(fā)送結(jié)束發(fā)送信息到服 務(wù)機(jī),轉(zhuǎn)到檢查是否超時(shí)，如果超時(shí)結(jié)束發(fā)送轉(zhuǎn)到，否則轉(zhuǎn)到重發(fā),是否超 過兩次，是則當(dāng)前發(fā)送失敗，轉(zhuǎn)到，否則轉(zhuǎn)到因此,每發(fā)一數(shù)據(jù)包都會(huì)請(qǐng)求對(duì)方地確認(rèn)，如果沒有確認(rèn)，則會(huì)再重發(fā)一次，超過兩次 則被視為對(duì)方不可達(dá)，發(fā)送失敗；并且在被詢問客戶機(jī)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，如果總線空閑，服務(wù)機(jī)將分配其使用時(shí)間片，在這個(gè)時(shí)間片內(nèi)，如果數(shù)據(jù)未發(fā)送完成，服務(wù)機(jī)將強(qiáng)行收 回能發(fā)送完成，客戶機(jī)要發(fā)送結(jié)束數(shù)據(jù)包，歸還總線使用權(quán).plEanqFDPw3 3、系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)選用總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，各站直接連在總線上，由服務(wù)機(jī)統(tǒng)一管理網(wǎng)絡(luò)總線，分配 網(wǎng)絡(luò)資源使用類似于令牌總線網(wǎng)地協(xié)議，由服務(wù)機(jī)輪詢每一客

6、戶機(jī)是否有數(shù)據(jù)發(fā)送，如果有分配發(fā)送時(shí)間，移交總線使用權(quán)，否則詢問下一客戶機(jī)；其中接口電路會(huì)將所 接收到信號(hào)中繼，并轉(zhuǎn)發(fā)因此網(wǎng)絡(luò)中任意一臺(tái)機(jī)器所發(fā)送地?cái)?shù)據(jù)對(duì)其它機(jī)器都是可 見地，并且在一定程度上保證了信號(hào)地可靠性系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)如下圖所示：DXDiTa9E3d圖1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計(jì)4 4、網(wǎng)絡(luò)接口電路地功能與設(shè)計(jì)1）網(wǎng)絡(luò)接口電路地功能網(wǎng)絡(luò)接口電路完成地主要功能如下：完成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)元地接收；對(duì)接收到地?cái)?shù) 據(jù)元轉(zhuǎn)發(fā)給其它端口；多端口機(jī)制，端口間相互轉(zhuǎn)發(fā)；提交收到地?cái)?shù)據(jù)元； 中繼收到地?cái)?shù)據(jù)元；提供網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)信號(hào)；各端口之間同構(gòu)，使用交叉線2）網(wǎng)絡(luò)接口電路地設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)上述功能要求，網(wǎng)絡(luò)接口電路設(shè)計(jì)時(shí)一共采用了

7、四片74HC245芯片,共同承擔(dān)數(shù)據(jù)地收發(fā)工作，其中每一塊芯片對(duì)應(yīng)一個(gè)端口 在外表現(xiàn)為三個(gè)端口，這是因?yàn)橛?一個(gè)端口被本機(jī)占用，電路已布置在線路板上各端口之間用交叉線連接，當(dāng)檢測(cè)到收 線上有信號(hào)時(shí)，芯片開始啟動(dòng)工作，將信號(hào)分成三路中繼出來，一路發(fā)給單片機(jī)，其它兩 種發(fā)給另外地兩個(gè)端口 在收方地收收線上如果檢測(cè)到同樣地信號(hào)，則進(jìn)行同樣地操 作當(dāng)單片機(jī)向外界發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，就啟動(dòng)對(duì)應(yīng)于單片機(jī)收發(fā)端口上地芯片，將信號(hào)中繼 后發(fā)送給另外地三個(gè)端口 ，并隨時(shí)檢測(cè)收線信號(hào)地變化，一旦檢測(cè)到電平信號(hào)由高倒 低地變化一次，即說明有數(shù)據(jù)需要接收，接收完后將產(chǎn)生一中斷信號(hào)，啟動(dòng)處理程序進(jìn) 行處理網(wǎng)絡(luò)接口電路中設(shè)計(jì)了網(wǎng)

8、絡(luò)狀態(tài)信號(hào) BUS,當(dāng)各芯片都沒有工作時(shí)，表示網(wǎng)絡(luò)中沒 有數(shù)據(jù)傳輸，這時(shí)BUS經(jīng)非門電路取反變成低電平，與單片機(jī)二號(hào)中斷引腳相連，單 片機(jī)可以通過這一引腳撐握網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)包地發(fā)送網(wǎng)絡(luò)接口電路中還設(shè)計(jì)了指標(biāo)信號(hào)，當(dāng)收到數(shù)據(jù)時(shí)信號(hào)便置高，這時(shí)接在信號(hào)上地 LED發(fā)光管將會(huì)發(fā)光，以表示收到數(shù)據(jù).RTCrpUDGiT5 5、客戶機(jī)與服務(wù)機(jī)電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)中有客戶機(jī)和服務(wù)機(jī)兩種不同地電路將客戶機(jī)電路和服務(wù)機(jī)電路整合在一個(gè)電路板上，即兩種電路用同一塊電路板表現(xiàn)出來對(duì)于客戶機(jī)，客戶不需要部門控制電路，但其需要編址，故需要地址獲取電路對(duì)于服務(wù)機(jī)，它不需要編址，統(tǒng)一固定為65這一地址，故不需要地址獲取這一部分

9、 電路服務(wù)機(jī)擔(dān)負(fù)著整個(gè)網(wǎng)絡(luò)地監(jiān)管與輪詢工作.其它電路客戶機(jī)與服務(wù)機(jī)均同構(gòu)，所以不需要做任何修改電路板上，采取不插器件地方式實(shí)現(xiàn)兩種不同構(gòu)地電路在同一電路板上實(shí)現(xiàn)，大大地壓縮開發(fā)成本.5PCzVD7HxA6 6、系統(tǒng)功能模塊圖1）系統(tǒng)功能：服務(wù)器部分完成網(wǎng)絡(luò)地輪詢，每隔一定時(shí)間向網(wǎng)絡(luò)中地機(jī)器發(fā)出詢問數(shù)據(jù)包.讀取ADC數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前環(huán)境溫度 控制一個(gè)調(diào)風(fēng)閥，顯示電機(jī)角度數(shù)據(jù) 掃描鍵盤，提供按鍵控制 從網(wǎng)絡(luò)中收集調(diào)風(fēng)閥信息，智能控制風(fēng)機(jī)地開啟 控制本實(shí)驗(yàn)室照明電路地開、關(guān) 能夠接管網(wǎng)絡(luò)中任意一臺(tái)客戶機(jī)jLBHrnAILg客戶機(jī)部分 接收服務(wù)機(jī)地輪詢，發(fā)送確認(rèn)數(shù)據(jù)包 讀取ADC數(shù)據(jù)，顯示當(dāng)前環(huán)境溫度

10、控制一個(gè)調(diào)風(fēng)閥，顯示電機(jī)角度數(shù)據(jù) 掃描鍵盤，提供按鍵控制 讀取本機(jī)地址 接收來自服務(wù)器地管理操作XHAQX74J0X2）功能劃分：軟件系統(tǒng)采用模塊化地方式，每個(gè)設(shè)備編寫一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序.驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)驅(qū)動(dòng)其所 控制地設(shè)備.并向其它程序提供接口，方便其它程序調(diào)用，控制設(shè)備.各個(gè)驅(qū)動(dòng)功能劃分如下：數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)程序：驅(qū)動(dòng)數(shù)據(jù)管顯示，按指定方式顯示數(shù)據(jù).鍵盤驅(qū)動(dòng)程序：動(dòng)態(tài) 掃描鍵盤，判別按鍵，并避開電路毛刺.蜂鳴器驅(qū)動(dòng)程序：驅(qū)動(dòng)蜂鳴器安指定方式發(fā) 聲.ADC驅(qū)動(dòng)程序：讀取模數(shù)轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)換為溫度數(shù)值.串口驅(qū)動(dòng)程序： 收發(fā)數(shù)據(jù)包，過濾非本機(jī)數(shù)據(jù)包其中還有一個(gè)輪詢模塊，它在時(shí)鐘地驅(qū)動(dòng)下按一定間隔時(shí)間向網(wǎng)絡(luò)中各

11、臺(tái)客戶機(jī) 發(fā)送詢問數(shù)據(jù)包如果兩次沒有收到回應(yīng)，則視發(fā)送數(shù)據(jù)包失敗并能夠向被接管地客 戶機(jī)發(fā)送管理數(shù)據(jù)包同樣也需要確認(rèn)，超過兩次則視為失敗.系統(tǒng)功能模塊圖如圖2所示.LDAYtRyKfE圖2系統(tǒng)功能模塊圖由圖可知，所有地驅(qū)動(dòng)程序都掛靠在時(shí)鐘中斷上，由時(shí)鐘中斷按一定地頻率調(diào)用這 些驅(qū)動(dòng)程序7 7、小結(jié)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一個(gè)基于網(wǎng)絡(luò)控制和管理地控制系統(tǒng)它將計(jì)算機(jī)機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行融合，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議設(shè)計(jì)參考計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中地停止等待協(xié)議和TCP/IP協(xié)議，但為了更好地適應(yīng)于單片機(jī)處理，優(yōu)化了數(shù)據(jù)包地格式和控制方式，大大提高了處理速 度和效率同時(shí)，引入幀檢測(cè)序列，提供數(shù)據(jù)包地檢測(cè)機(jī)制，提高了網(wǎng)絡(luò)地可靠性系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)采用總線型，網(wǎng)絡(luò)接口電路采用端口轉(zhuǎn)發(fā)地形式，便于擴(kuò)展且提高了穩(wěn) 定性此系統(tǒng)設(shè)計(jì)功能齊全可以通過服務(wù)器控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)地所有客戶機(jī)，監(jiān)視所有客戶機(jī)運(yùn)行情況；系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，具有一定地經(jīng)濟(jì)意義和實(shí)用價(jià)值.Zzz6ZB2Ltk參考文獻(xiàn)1 美）Christa Anderson.Mark Minasi.Mastering Local