单片机双机并行通信中所遇问题及解决方法
日期：2006-4-16 15:54:52 来源：本文摘自《PLC&FA》
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本系统主要应用于双CPU电脑刺绣机中。为了减轻下位机的控制负担，更好的完成花样的刺绣。其次为下一步脱机工作做准备(即在机器刺绣的同时，为刺绣下一个花样做准备工作)，这样一来，可以进一步提高工作效率。由于系统在最初研发中遭遇程序跑飞问题的困扰，于是提出了采用CPLD(可编程逻辑器件)的方式，以解决通讯干扰问题。
本系统采用的CPLD为ATMEL公司生产的ATF1540AS器件，该器件是一种高性能、高密度复合可编程逻辑器件，简称CPLD,它利用ATMEL的电可擦除存储器技术，有64个逻辑宏单元和68个I/O端口，很容易和多个TTL、SSI、MSI、LSI和经典的PLDS组合使用。每个宏单元包括积项和积项多路选择器、OR/XOR/CASCADE逻辑、触发器、输出选择和使能、输入逻辑阵列五个部分。ATF1504AS的增强选路开关增加了可用的门计数，提高了管脚锁存设计修改的成功率。
系统的CPU采用W77E58,由ATF1504AS构成通信接口,系统框图如图1所示。
2.1 问题提出
电脑刺绣机为达到良好的人机界面交互功能，采用上下位机方式，下位机主要进行绣花动作的控制，上位机主要进行花样的跟踪。为了实现绣花的同时在液晶屏上进行绣花跟踪，单CPU方式存在系统资源透支，CPU处理数据将十分困难，于是提出了采用双CPU的工作方式，但同时带来一个问题—双CPU的通信问题。
2.2 解决方案
(1) 采用串行通信方式
优点:在由单片机组成的多机方式中，串行接口方式是最常用的。串行通信方式接口电路简单，可以方便实现长距离传输。抗干扰能力比较好。
缺点:传输数据慢，不适合实时数据传输。在数据传输要求高的情况下，容易造成瓶颈堵塞现象。
(2) 采用并行通信方式
优点:并行通信传输数据快，适合进行实时控制。
缺点:抗干扰能力差，不适合长距离传输，最大距离不超过5m。
由于本系统对数据传输的实时性要求比较高，并且上下位机之间的距离不超过3m,进行适当的抗干扰措施，完全可以达到系统的要求，所以确定采用并行通信方式。
2.3 具体措施
(1) 采用ATF1504AS(可编程逻辑器件)进行并行通信，减少分立器件所产生的杂散电容而带来的噪声干扰。
(2) 在输入数据端加斯密特电路(74LS14)，将外部传输线上耦合噪声滤除掉。从而提高总线接收的抗干扰性能。
(3) 采用三态门驱动方式可以提高总线的抗干扰能力，因为三态门有三种状态输出，既所谓的低阻高电平、低阻低电平、高阻态(禁态)。由于三态门的输入具有的三态性,所以使三态门的信号源的负担减轻。有利于提高速度和抗干扰能力。
3.2 ATF1504AS内部原理图
由于篇幅有限，仅列出上位机的ATF1504AS的内部原理图如图3，下位机的ATF1504AS的内部原理图与此相类似。
4.1 上位机输入数据
如图3所示。在输入数据以前，通过对U1(74173)给U2(D触发器)进行初始化，即对U2的CLRN端输入一上升沿的脉冲，使U2清零。此时上位机SRYX端为低电平，ZDQQ端为高电平。此时为接收数据做好准备。当下位机接收到上位机的SRYX端输出的低电平时，就可以发送数据到锁存器中，紧接着给上位机的SRZB端输出一个上升沿脉冲，U2的Q端(SRYX端)输出正脉冲，ZDQQ端经过反相器输出负脉冲。上位机在检测到ZDQQ端为低电平时，将数据线上的数据取出。紧接着通过对UI给U2进行进行初始化，完成对一个字节的读取，并为读取下一个字节做好准备。上位机输入数据信号波形图如图5所示。
1 引言
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本系统主要应用于双CPU电脑刺绣机中。为了减轻下位机的控制负担，更好的完成花样的刺绣。其次为下一步脱机工作做准备(即在机器刺绣的同时，为刺绣下一个花样做准备工作)，这样一来，可以进一步提高工作效率。由于系统在最初研发中遭遇程序跑飞问题的困扰，于是提出了采用CPLD(可编程逻辑器件)的方式，以解决通讯干扰问题。
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本系统采用的CPLD为ATMEL公司生产的ATF1540AS器件，该器件是一种高性能、高密度复合可编程逻辑器件，简称CPLD,它利用ATMEL的电可擦除存储器技术，有64个逻辑宏单元和68个I/O端口，很容易和多个TTL、SSI、MSI、LSI和经典的PLDS组合使用。每个宏单元包括积项和积项多路选择器、OR/XOR/CASCADE逻辑、触发器、输出选择和使能、输入逻辑阵列五个部分。ATF1504AS的增强选路开关增加了可用的门计数，提高了管脚锁存设计修改的成功率。
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2 系统结构
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系统的CPU采用W77E58,由ATF1504AS构成通信接口,系统框图如图1所示。
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图1 双机通信框图
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2.1 问题提出
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电脑刺绣机为达到良好的人机界面交互功能，采用上下位机方式，下位机主要进行绣花动作的控制，上位机主要进行花样的跟踪。为了实现绣花的同时在液晶屏上进行绣花跟踪，单CPU方式存在系统资源透支，CPU处理数据将十分困难，于是提出了采用双CPU的工作方式，但同时带来一个问题—双CPU的通信问题。
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2.2 解决方案
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(1) 采用串行通信方式
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优点:在由单片机组成的多机方式中，串行接口方式是最常用的。串行通信方式接口电路简单，可以方便实现长距离传输。抗干扰能力比较好。
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缺点:传输数据慢，不适合实时数据传输。在数据传输要求高的情况下，容易造成瓶颈堵塞现象。
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(2) 采用并行通信方式
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优点:并行通信传输数据快，适合进行实时控制。
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缺点:抗干扰能力差，不适合长距离传输，最大距离不超过5m。
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由于本系统对数据传输的实时性要求比较高，并且上下位机之间的距离不超过3m,进行适当的抗干扰措施，完全可以达到系统的要求，所以确定采用并行通信方式。
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2.3 具体措施
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(1) 采用ATF1504AS(可编程逻辑器件)进行并行通信，减少分立器件所产生的杂散电容而带来的噪声干扰。
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(2) 在输入数据端加斯密特电路(74LS14)，将外部传输线上耦合噪声滤除掉。从而提高总线接收的抗干扰性能。
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(3) 采用三态门驱动方式可以提高总线的抗干扰能力，因为三态门有三种状态输出，既所谓的低阻高电平、低阻低电平、高阻态(禁态)。由于三态门的输入具有的三态性,所以使三态门的信号源的负担减轻。有利于提高速度和抗干扰能力。
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3 双CPU通信原理设计WWW_PLCJS_COM－PLC－技.术_网
3.1 双CPU通信原理图plcjs.技.术_网
从图2双CPU通信原理图中可以看出，在输入接口上都接上74LS14斯密特电路和74LS244三态门驱动器，以提高抗干扰能力。在SRZB、SCYX(上位机)及SRZB、SCYX(下位机)的握手信号线上接入74LS14斯密特电路，以提高抗干扰能力。
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图2 双机通信原理图
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3.2 ATF1504AS内部原理图
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由于篇幅有限，仅列出上位机的ATF1504AS的内部原理图如图3，下位机的ATF1504AS的内部原理图与此相类似。
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图3 ATF1504AS内部原理图
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4 系统工作原理
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4.1 上位机输入数据
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如图3所示。在输入数据以前，通过对U1(74173)给U2(D触发器)进行初始化，即对U2的CLRN端输入一上升沿的脉冲，使U2清零。此时上位机SRYX端为低电平，ZDQQ端为高电平。此时为接收数据做好准备。当下位机接收到上位机的SRYX端输出的低电平时，就可以发送数据到锁存器中，紧接着给上位机的SRZB端输出一个上升沿脉冲，U2的Q端(SRYX端)输出正脉冲，ZDQQ端经过反相器输出负脉冲。上位机在检测到ZDQQ端为低电平时，将数据线上的数据取出。紧接着通过对UI给U2进行进行初始化，完成对一个字节的读取，并为读取下一个字节做好准备。上位机输入数据信号波形图如图5所示。
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