單片機雙機并行通信中所遇問題及解決方法

1 引言

本系統(tǒng)主要應(yīng)用于雙CPU電腦刺繡機中。為了減輕下位機的控制負(fù)擔(dān)，更好的完成花樣的刺繡。其次為下一步脫機工作做準(zhǔn)備(即在機器刺繡的同時，為刺繡下一個花樣做準(zhǔn)備工作)，這樣一來，可以進(jìn)一步提高工作效率。由于系統(tǒng)在最初研發(fā)中遭遇程序跑飛問題的困擾，于是提出了采用CPLD(可編程邏輯器件)的方式，以解決通訊干擾問題。

本系統(tǒng)采用的CPLD為 ATMEL公司生產(chǎn)的ATF1540AS器件，該器件是一種高性能、高密度復(fù)合可編程邏輯器件，簡稱CPLD,它利用ATMEL 的電可擦除存儲器技術(shù)，有 64個邏輯宏單元和68個I/O端口，很容易和多個TTL、SSI、MSI、LSI和經(jīng)典的PLDS組合使用。每個宏單元包括積項和積項多路選擇器、 OR/XOR/CASCADE邏輯、觸發(fā)器、輸出選擇和使能、輸入邏輯陣列五個部分。ATF1504AS的增強選路開關(guān)增加了可用的門計數(shù)，提高了管腳鎖存設(shè)計修改的成功率。

圖1 雙機通信框圖

2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)的CPU采用W77E58,由ATF1504AS構(gòu)成通信接口,系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2.1 問題提出

電腦刺繡機為達(dá)到良好的人機界面交互功能，采用上下位機方式，下位機主要進(jìn)行繡花動作的控制，上位機主要進(jìn)行花樣的跟蹤。為了實現(xiàn)繡花的同時在液晶屏上進(jìn)行繡花跟蹤，單CPU方式存在系統(tǒng)資源透支， CPU處理數(shù)據(jù)將十分困難，于是提出了采用雙CPU的工作方式，但同時帶來一個問題—雙CPU的通信問題。

2.2 解決方案

(1) 采用串行通信方式

優(yōu)點:在由單片機組成的多機方式中，串行接口方式是最常用的。串行通信方式接口電路簡單，可以方便實現(xiàn)長距離傳輸?？垢蓴_能力比較好。

缺點:傳輸數(shù)據(jù)慢，不適合實時數(shù)據(jù)傳輸。在數(shù)據(jù)傳輸要求高的情況下，容易造成瓶頸堵塞現(xiàn)象。

(2) 采用并行通信方式
優(yōu)點:并行通信傳輸數(shù)據(jù)快，適合進(jìn)行實時控制。

缺點:抗干擾能力差，不適合長距離傳輸，最大距離不超過5m。

由于本系統(tǒng)對數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崟r性要求比較高，并且上下位機之間的距離不超過3m,進(jìn)行適當(dāng)?shù)目垢蓴_措施，完全可以達(dá)到系統(tǒng)的要求，所以確定采用并行通信方式。

2.3 具體措施

(1) 采用ATF1504AS(可編程邏輯器件)進(jìn)行并行通信，減少分立器件所產(chǎn)生的雜散電容而帶來的噪聲干擾。

(2) 在輸入數(shù)據(jù)端加斯密特電路(74LS14)，將外部傳輸線上耦合噪聲濾除掉。從而提高總線接收的抗干擾性能。

(3) 采用三態(tài)門驅(qū)動方式可以提高總線的抗干擾能力，因為三態(tài)門有三種狀態(tài)輸出，既所謂的低阻高電平、低阻低電平、高阻態(tài)(禁態(tài))。由于三態(tài)門的輸入具有的三態(tài)性,所以使三態(tài)門的信號源的負(fù)擔(dān)減輕。有利于提高速度和抗干擾能力。

3 雙CPU通信原理設(shè)計

3.1 雙CPU通信原理圖

從圖2雙CPU通信原理圖中可以看出，在輸入接口上都接上74LS14斯密特電路和74LS244三態(tài)門驅(qū)動器，以提高抗干擾能力。在SRZB、SCYX(上位機)及SRZB、SCYX(下位機)的握手信號線上接入74LS14斯密特電路，以提高抗干擾能力。

圖2 雙機通信原理圖

3.2 ATF1504AS內(nèi)部原理圖

由于篇幅有限，僅列出上位機的ATF1504AS的內(nèi)部原理圖如圖3，下位機的ATF1504AS的內(nèi)部原理圖與此相類似。

圖3 ATF1504AS內(nèi)部原理圖

4 系統(tǒng)工作原理

4.1 上位機輸入數(shù)據(jù)

如圖3所示。在輸入數(shù)據(jù)以前，通過對U1(74173)給U2(D觸發(fā)器)進(jìn)行初始化，即對U2的CLRN端輸入一上升沿的脈沖，使U2清零。此時上位機 SRYX端為低電平，ZDQQ端為高電平。此時為接收數(shù)據(jù)做好準(zhǔn)備。當(dāng)下位機接收到上位機的SRYX端輸出的低電平時，就可以發(fā)送數(shù)據(jù)到鎖存器中，緊接著給上位機的SRZB端輸出一個上升沿脈沖，U2的Q端(SRYX端)輸出正脈沖，ZDQQ端經(jīng)過反相器輸出負(fù)脈沖。上位機在檢測到ZDQQ端為低電平時，將數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)取出。緊接著通過對UI給U2進(jìn)行進(jìn)行初始化，完成對一個字節(jié)的讀取，并為讀取下一個字節(jié)做好準(zhǔn)備。上位機輸入數(shù)據(jù)信號波形圖如圖5所示。

圖4 上位機輸出數(shù)據(jù)時信號波形圖

圖5 上位機輸入數(shù)據(jù)時信號波形圖