【文章內(nèi)容簡介】 將此主機權(quán)分配電路設(shè)在 1號單片機電路中，不 需接插件來連接 1號單片機。但需要接插件來連接 2 號與 3 號單片機，包括 HS、 SET、 NEI 信號。 此電路主要由優(yōu)先編碼器 74HC148 與四輸入與非門 74HC20 共同構(gòu)成。與非門的四個輸入端，有一個固定的接到電源端，保持高電平；另三端分別接從 3塊單片機上引出的控制信號 NEI。初始時， NEI 均為高電平，與非門輸出低電平，使優(yōu)先編碼器 74HC148 有效，接收輸入信號，允許申請使用主機權(quán)。優(yōu)先級有 7到 0 遞減，按照電路，優(yōu)先級順序為： 1HS 2HS 3HS，即 1 號單片機的權(quán)限最高。 74HC148 優(yōu)先編碼器介紹 74HC148 優(yōu)先編碼器的引腳圖如下： 圖 4－ 14 74HC148 優(yōu)先編碼器的引腳圖 由圖可見， 74HC148 有 16 個引腳 0～ 7 為輸入， EI 為使能端， A2 A1 A0 為輸出端， 8 腳接地， 16 腳接電源。其真值表如下： 表 4－ 3 74HC148 的真值表 表中 H 表示高電平， L 表示低電平， X 表示無關(guān)， EI 為使能端，可見當 EI為低電平時，優(yōu)先編碼器正常工作。輸入八個端均是低電平有效，對地平編碼，輸出為對應(yīng)的反碼。正常工作時，應(yīng)使 GS 0， EO 1。從表可以看出， 7 的優(yōu)先級最高， 0 的優(yōu)先級最低，即由 7 到 0 優(yōu)先級遞減。本設(shè) 計用了此優(yōu)先編碼器 1， 2，4 端輸入分別對應(yīng) 3HS、 2HS、 1HS，對應(yīng)的輸出 A2A1A0 分別為 1 10 011，均只有一位為低電平，分別可接至各塊單片機的主機設(shè)置端。 74HC20 四輸入與非門介紹 74HC20 的引腳圖如下： 圖 4－ 15 74HC20 的引腳圖 74HC20 共 14 個引腳， 7 腳接地， 14 腳接電源，一塊芯片包括兩個四輸入與非門，其外還有兩個空腳。 圖 4－ 16 74HC20 的功能圖 每個四輸入與非門又又由一些門電路組成，具體組成如下： 圖 4－ 17 74HC20 的單個與非門的邏輯圖 74HC20 的真值表如下： 表 4－ 4 74HC20 的真值表 表中左邊為輸入， nY 為輸出， L 表示低電平， H 表示高電平， X 表示無關(guān)有真值表可知，四個輸入端只要有一個為低電平，輸出就為高電平，只有當輸入均為高電平時，輸出才為低電平。 電源電路設(shè)計 本系統(tǒng)主要供電為 5V 直流電，為了獲得 5V 的直流電壓和足夠大的電流，并能提供兩種接口，交流與直流輸入都能通用，將電源電路設(shè)計成如下形式。 圖 4－ 18 電源電路原理圖 交流輸入用 15V 的變壓器，將變壓器通過接口插到板子上。直流輸入與交流輸入類似，都要經(jīng)過整流橋，確保電 解電容 C4不會反接，穩(wěn)壓電路公用，用 MC7805實現(xiàn) 5V 直流穩(wěn)壓，最大可輸出 1A 的電流，足以為整個系統(tǒng)供電。 C5 與 C6 用于防止穩(wěn)壓塊產(chǎn)生自激振蕩。 C4 用于濾波，使輸入紋波很小，輸出端接電容 C7，用于防止輸出電壓突變。 5 軟件設(shè)計 本系統(tǒng)軟件部分包括通信模塊、鍵盤模塊、液晶顯示模塊、中斷服務(wù)和 LED顯示等。 3 塊單片機的程序均用 C 語言編寫，采用 Keil C51 uVesion3 作為調(diào)試工具。用 Proteus 作為仿真工具，與 Keil C51 uVesion3 聯(lián)合調(diào)試，最終達到了設(shè)計要求，仿真無誤。 1 號單片機的框圖如下： 圖 5－ 1 1 號單片機的系統(tǒng)框圖 鍵盤模塊包括矩陣鍵盤按鍵掃描、獲取鍵值與按鍵處理。按鍵處理是根據(jù)鍵值進行散轉(zhuǎn)，又有多個函數(shù)用來實現(xiàn)不同的功能。通信子程序包括主機模式通信與從機模式通信。初始化模塊包括定時器、串口、發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)與 LCD 初始化。其外還有 LCD 顯示模塊，該顯示模塊又包括多個液晶顯示函數(shù)，有的是通用的函數(shù)，有的用于特殊的用途。 2 號單片機與 3 號單片機系統(tǒng)框圖如下： 圖 5－ 2 2 號與 3 號單片機的系統(tǒng)框圖 2 號單片機電路與 3 號單片機電路基本一致，與 1 號單片機也很相似，只是鍵盤與顯 示不同。 2 號與 3 號單片機采用獨立的按鍵，利用了單片機的外中斷與定時器，實現(xiàn)功能的切換，并能及時響應(yīng)。 多機通信協(xié)議的算法設(shè)計 每個單片機均有兩種通信模式，即主機模式與從機模式，主機模式流程如下： 圖 5－ 3 主機模式通信流程圖 從機模式通信流程如下： 圖 5－ 4 從機模式通信流程圖 鍵盤程序設(shè)計 1 號單片機的按鍵采用矩陣形式， 4 3 的行列矩陣，共 12 個按鍵，可以完成多種控制功能。 1 號單片機的鍵盤程序包括：按鍵掃描、獲取鍵值與按鍵處理幾部分。按鍵處理又包括實現(xiàn)各種功能的函數(shù)。由鍵盤程序負責 調(diào)度。鍵盤控制流程如下： 圖 5－ 5 按鍵控制流程圖 按鍵掃描采用行掃描法，先輸出全零行，再讀看是否有按鍵按下，如有按鍵，則先消抖動，然后再次確認是否有按鍵，如果確有按鍵，再逐行置低電平掃描按下的鍵的行列位置，最后將按鍵對應(yīng)位置的 8 位二進制碼（即低四位表示行號，高四位表示列號）返回；若無按鍵，則返回 0。 獲取鍵值函數(shù)為 Switch 結(jié)構(gòu)的散轉(zhuǎn)程序，根據(jù)按鍵的行與列得到按鍵的鍵值，這里預先定義按鍵的鍵值為字符‘ 0’～‘ 9’、‘ E’和‘ C’。以字符形式表示鍵值利于液晶直接顯示。 按鍵處理為多分支結(jié)構(gòu)，每個分支完成 一種功能。具體流程如下： 圖 5－ 6 按鍵處理流程圖 主機設(shè)置流程如下： 圖 5－ 7 主機設(shè)置流程圖 通信方向設(shè)置流程如下： 圖 5－ 8 通信方向設(shè)置流程圖 從機選擇流程如下： 圖 5－ 9 從機選擇流程圖 系統(tǒng)初始化程序設(shè)計 系統(tǒng)初始化程序包括定時器初始化、串口初始化、發(fā)送數(shù)據(jù)初始化和全局變量初始化。初始化步驟如下： 圖 5－ 10 系統(tǒng)初始化步驟 對于 1 號單片機，還有液晶屏初始化這一步。 1 號單片機的主程序執(zhí)行順序： 圖 5－ 11 1 號單片機主程序 定時器初始化使定時器一工作在方式二，波特率設(shè)置為 9600b/s，并開中斷。串口初始化使串口工作在方式三， 9 位數(shù)據(jù)位。發(fā)送與接收數(shù)據(jù)區(qū)的開始地址被已經(jīng)被指定，用指針常量表示。發(fā)送數(shù)據(jù)初始化在發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)存放待發(fā)送的數(shù)據(jù)串，以空字符作為結(jié)束符。全局變量初始化只需根據(jù)需要設(shè)置即可。 液晶顯示程序只許根據(jù)需要調(diào)用液晶模塊內(nèi)的函數(shù)即可，顯示以字符形式輸出。輸出字符的 ASCII 碼，液晶顯示對應(yīng)的字符。用指向 code 區(qū)的指針訪問待顯示的字符數(shù)據(jù)串來顯示。 6 結(jié)論 本論文解決了多單片機平等權(quán)限的串行通信問題，通信速度較快并具有一定的檢錯能力。但檢錯機制不夠精確，難以保證 很高的正確率，還需進一步完善。本文重點研究了平權(quán)式多機通信協(xié)議，協(xié)議完整可行。為了解決通信過程中，爭用主機權(quán)問題，采用優(yōu)先編碼器為核心的主機權(quán)分配電路，該電路工作可靠問題穩(wěn)定。 參考文獻 [1] 呂漢興 ,祁志勇 .MCS― 51 系列單片機多機通信的實現(xiàn) [J].儀表技術(shù) , [2] 費強 ,徐高曉 .MCS― 51 系列單片機多機通信功能擴充 [J].基礎(chǔ)自動化 , [3] 葉佩 .MCS_51 單片機的多機通信方式研究 [J].計算技術(shù)與信息發(fā)展 ,. 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[17] 王慶利 ,劉奎 ,袁建敏 .單片機設(shè)計標準教程 [M].北京：北京郵電大學出版社 .2021 致謝 感謝張春永老師長期以來的熱情幫助。張老師為我提供了很好的設(shè)計思路，對我的設(shè)計起了很大的促進作用。同時也很感謝學校開放機房供我們用于畢業(yè)設(shè)計，為我提供了一個很好的學習環(huán)境。此外，也感謝同學的熱情幫助！ 設(shè)計初期，我在張春永老師的指導下，收集相關(guān) 的設(shè)計資料。完成實習后，對所收集的相關(guān)資料進行加工整理，初步討論擬定的設(shè)計方案。將擬定的方案轉(zhuǎn)化為實際成果，即繪制好該方案的圖紙，并參考各方面的資料，不斷的修正完善設(shè)計方案。最后，完成該方案的是設(shè)計說明書。 最后，特別感謝我的父母和家人，是他們多年來無私的奉獻、鼓勵和支持才能助我順利完成學業(yè)，謝謝他們！ 附錄 1： 1 號單片機電路原理圖 附錄 2： 2 號單片機電路原理圖 附錄 3： 3 號單片機電路原理圖 附錄 4：仿真電路圖 附錄 5：源程序：//1 號單片機主程序 include define ID 1 //本機號 ID uchar data Scount,Rcount。 //發(fā)送 與 接收數(shù)據(jù)長度，字節(jié)數(shù) uchar data Command。 //控制命令 00H 或 01H uchar data Hostt。 //接收到的主機號 uchar data Slave。 //從機號 Slave uchar data Keyval。 //功能鍵的鍵值 uchar data HScount,HRcount。//主機發(fā)送與接收計數(shù) uchar data SScount,SRcount。//從機發(fā)送與接收計數(shù) sbit LED1 P3^5。 //綠色指示燈 sbit LED2 P3^7。 //紅色指示燈 sbit HSflag P3^6。 //主機與從機標志 1 sbit SET P2^4。 //主機與從機標志 2 sbit HS P2^2。 //主機與從機標志 3 sbit NEI P2^3。 //優(yōu)先編碼器的使能端 uchar data * const SendAddr 0x60。 //發(fā)送數(shù)據(jù)區(qū)首址 uchar data * const RecAddr 0x80。 //接收數(shù)據(jù)區(qū)首址 sbit ACC0 ACC^0。 sbit ACC1 ACC^1。 sbit ACC7 ACC^7。 sbit F1 PSW^1。 uchar data * const du 0xa0。 //測試用 /**************液晶顯示數(shù)據(jù) *********************************/ uchar code disp_key11[] The key is 。 //顯示按鍵――功能 11B uchar code disp_keye[] First key error!。 //顯示按鍵錯誤 第一行 16B uchar code disp_keye2[] Please again!。 //顯示按鍵錯誤 第二行 13B uchar code disp_HS1[] This is Slave.。 //顯示為從機 14B uchar code disp_HS2[] This is Host.。 //顯示為主機 13B uchar code disp_cmd1[] Receive。 //顯示命令 1 7B uchar code disp_cmd0[] Send。 //顯示命令 0 4B uchar code disp_cmde[] Command Error!。 //顯示命令錯誤 14B uchar code disp_se1[] Select slave 。 //顯示選擇的從機號 13B uchar code disp_se2[] Select Error!。 //顯示選擇從機錯誤 13B uchar code disp_key0[] Host or Slave.。 //按鍵 0 功能，主從機確定 14B uchar code disp_key1[] Select slave.。 //按鍵 1 功能，選擇從機 13B uchar code disp_key2[] Set mand.。 //按鍵 2 功能，設(shè)定方向