多单片机处理系统并行通信分析

　　对于系统较大，实时性强，功能多，存储量大，扩展能力要求强的工业控制系统，可采用多个单片机，组成一个多微处理器系统，使之具有并行处理功能。并行工作的各微处理器之间的信息交换，可采用串行通信方式，亦可用并行通信方式。但对于实时性强，并且信息交换量大的系统，只有采用并行通信方式，才能满足系统功能的要求。本节就实际应用的一些体会，着重介绍模块式结构的多单片机通信。

一、通用并行接口8255A简介
　　
　　Intel 8255A是一种通用并行接口电路，可用编程的方法选择其逻辑功能。该芯片可以和51系列单片机直接接口。8255A有3个8位的并行口：口A、口B和口C。有3种工作方式可供选择：方式0为基本输入／输出方式；方式1为选通输入／输出方式；方式2为双向选通输入／输出方式(仅适用于口A)。
　　
　　51系列单片机8031组成的多单片机处理系统之间的并行通信，就是采用8255A的口A的工作方式2实现的。
　　
　　1. 8255A工作方式2的主要功能
　　
　　①口A为一个8位的双向总线端口，且具有I/O功能。
　　
　　②口B为一个8位的输入／输出口，口B0~2为一个3位的输入／输出口，可工作于方式O或方式1。
　　
　　③口C为一个5位的控制端口。
　　
　　控制口功能如下：
　　
　　●INTR( PC3) 中断请求信号线，高电平有效。
　　
　　●OBF的反相(PC7)输出缓冲器满／空状态标志线。OBF=O，表示CPU已将数据写入端口，
　　
　　输出口数据有效；当数据被外设取走后，OBF=1。
　　
　　●IBF(PCs)输入寄存器满／空状态标志线。IBF=1，表示外设已将数据打人端口锁存
　　
　　器，但CPU尚未读取；当CPU读取端口数据时，IBF=O。
　　
　　●ACK的反相(PC6) 外设响应输入信号线。当ACK上出现由外设送来的负脉冲时，表示外设
　　
　　已将端口数据取走。
　　
　　●STB的反相( PC4) 外设选通输入信号线。在STB信号的下降沿计时，外设将端口数据线上
　　
　　的信息打入端口寄存器。
　　
　　2. 8255A工作方式2方式控制字的设定
　　
　　8255A方式控制字格式如图1- 51所示。

若允许方式2并行通信中断，则可置位PC6（允许输出中断）和置位PC4（允许输入中断），即对8255A的PCO执行位操作置位。

二、多单片机处理系统并行通信的硬件接口

　　多单片机处理系统并行通信的硬件接口逻辑原理图如图1- 52所示。图中8031(I)子系统与8031(Ⅱ)子系统间的直接并行通信，是由8255A( I)来完成的；同理8031(Ⅱ)与8031(Ⅲ)又可通过8255(Ⅱ)实现直接并行通信。这样就构成了一个并行通信系统。

　　8255A(I)PC口的5条控制线完成双向并行通信的逻辑控制。8031(I)通过判别P17端口状态，判定8031(I)CPU输出缓冲器有无有效数据送入端口(8031(Ⅱ)输入数据时）；通过判定Pl16端口状态，判定8031(I)CPU输入缓冲器空否(8031(I)输出数据时）。8031(Ⅱ)的读／写控制逻辑与地址译码线组合，作为其响应输入线( ACK)和选通输入线(STB)，由8031(Ⅱ)控制选通。

三、多单片机处理系统并行通信的软件设计

　　这种模块式多微处理器系统，软件设计是相互独立、互不干扰的，并且只需要一套通信软件，即“中断驱动软件”和“状态驱动软件”，便可实现整个系统的并行通信，使用起来很方便。
　　
　　在图1- 52所示系统中，8031(I)与8031(Ⅱ)构成一对直接并行通信子系统。在这样接口的一对子系统中，须有一对通信软件，即在8031(I)子系统中应设计一个“中断驱动软件”，实现数据传输，包括输入和输出；而对8031(Ⅱ)子系统，应设计一个“状态驱动软件”，实现数据传输。
　　
　　1．中断驱动软件的设计
　　
　　该软件是驻留在与8255A直接接口的子系统中的通信软件，由通信主程序、通信附服务程序以及数据输入子程序和数据输出子程序组成。流程图分别示于图1- 53～图1- 56。

　　2．状态驱动输入／输出软件的设计
　　
　　状态驱动输入／输出软件是驻留在需要从8255A的端口接收输出状态，并根据接收状态进行输入／输出信息的子系统中的（如8031（工）与8031(Ⅱ)这对直接并行通信的子系统中的8031(Ⅱ))。它是一种简单的状态驱动软件。状态驱动输入程序流程如图1- 57所示；状态驱动输出程序流程如图1- 58所示。

　　同理，8031(Ⅱ)与8031(Ⅲ)这一对直接并行通信的子系统也可采用这套通信软件。只要将“中断驱动软件”装入8031(Ⅱ)，再将“状态驱动软件”装入8031(Ⅲ)即可。对于不同的信息，在各子系统中有其相应的数据缓冲区，互相独立，这样3个子系统间便可实现并行通信。对于有更多子系统的并行处理系统，亦是如此。
　　
　　这种多单片机系统并行通信的接口方法，简便易行，接口及编程均易实现，特别适用于工业控制系统。实验表明，这种方法可以提高系统的处理效率，提高实时性，为各子系统的编程及调试带来了很大的方便，进一步提高了系统的可靠性、灵活性及可扩展性，开发潜力很大。随着单片机工业控制系统在各方面的应用不断深入，具有并行处理功能的模块式多微处理器系统将日益得到发展，这也是由单片机本身所具有的特点所决定的。