摘 要: 介紹以兩片80C196KC為主處理MCU、一片89C51進行動態LED顯示的三MCU系統。兩80C196KC之間通過互訪數據存儲器進行數據交換,80C196KC與89C51的通訊使用串行口。
MCS96系列單片機是16位單片機。運算速度高、I/0資源豐富、具有10位A/D轉換器,特別適合于實時處理、實時控制的各類自動控制系統,如工業過程控制系統、伺服系統、分布式控制系統、變頻調速電機控制系統等。在國內有成熟的開發系統和穩定的供貨來源,相關資料也非常豐富,開發非常方便。
本文介紹的三MCU系統,使用兩片80C196KC作數據處理及控制,一片89C51進行顯示。應用于液壓缸活塞桿的位移檢測控制[1]。
1 系統的總體結構
系統的總體結構如圖1所示。為了提高系統數據處理能力,使用兩片80C196KC作為主處理芯片。兩片80C196KC各自擴展了程序存儲器ROM和數據存儲器RAM。不需要交換數據時,兩片80C196KC獨立工作;當需要交換數據時,首先征求對方同意,在對方允許的情況下,通過雙向總線開關訪問對方的數據存儲器。
傳感器的信號接到80C196KC的A/D轉換器輸入端。
系統有兩種輸出:模擬量輸出和PWM輸出。這兩種輸出都通過80C196KC的PWM功能實現。
串行口是一個雙向數據通道,可接收其他設備或上位機來的數字信號,也可將測量結果和液壓缸本身的一些狀態信息傳送給其他設備或上位機。
系統測量結果的顯示使用LED數碼管,顯示數據由80C196KC通過串行口傳送。顯示使用動態方式,控制芯片使用89C51單片機。89C51單片機把80C196KC送來的數據先進行運算,轉化為顯示用字型碼,一路通過I/O口送到顯示譯碼驅動器,另一路完成位選通控制。
2 80C196KC之間相互訪問數據存儲器的硬件實現方法
2.1 80C196KC提供的總線控制信號
80C196KC提供了一組總線控制信號
和
。它們支持總線交換協議,可用于共享存儲器的多處理器系統或DMA傳輸。
是總線占用信號,80C196KC的輸入信號由外部設備或其他單片機、微處理器發出。有效,表示外設要求占用系統總線。
為總線占用應答信號由80C196KC發出。當80C196KC檢測到有效后,就釋放總線和有關的控制信號,并向對方發出有效作為應答信號,表示已經放棄了對總線的控制權。
外設訪問80C196KC的存儲器結束后,使無效,并交還對系統總線的控制權。80C196KC撤去應答信號(使之無效),重新獲得對總線的控制權。
在系統總線占用期間,80C196KC仍可以繼續執行內部ROM/EPROM中的程序。這時若產生了外部操作,CPU就會把該外部總線懸掛起來,并發出
(總線請求)有效信號。在撤消有效信號的同時,80C196KC也撤消了信號。
當80C196KC應答了總線占用請求時,地址/數據總線、
和INST的三態輸出緩沖器被置為高阻態,完全放棄了對總線的占用和控制。
2.2 80C196KC互訪數據存儲器的方法
由于使用外部程序存儲器,當一片80C196KC的總線應答信號有效、此片CPU放棄總線控制權的第二個機器周期,總線請求信號有效出現。為了不讓此信號干擾另一片CPU對總線的使用,使本片CPU的P1.0與對方的相或,如圖2所示。在申請總線占用前,先對本CPU的P1.0置1,屏蔽對方的信號。直到本CPU使用總線完畢,再使本CPU的P1.0置0,釋放對方的信號。
總線應答信號由P1.2檢測。
總線開關使用雙向總線驅動器74LS245,每片可驅動8路信號,共使用3片。由于三片74LS245屬于同一個開關的3個部分,所以三片74LS245的使能端E連在一起,控制端DIR也連在一起。
74LS245只有在總線應答信號有效后才能起作用,所以將兩片80C196KC的相與后接在74LS245的使能端
這樣,當任何一片80C196KC的有效時,74LS245就進入使能狀態。
74LS245控制數據方向的DIR端接在80C196KC(1)的端。當80C196KC(1)的有效時,80C196KC(1)的數據訪問指向80C196KC(2)的數據存儲器;當80C196KC(2)的有效時,80C196KC(2)的數據訪問指向80C196KC(1)的數據存儲器。
在訪問對方的數據存儲器時,必須保證仍在訪問本方的程序存儲器,否則程序將無法正常進行。為了實現這一點,采用圖3的連接方法。地址線最高位P4.7(AD15)不直接連在程序存儲器28256的片選端
,而是與的反向信號相或后再接在28256的片選端。這樣,當本方CPU應答對方占用總線信號后,本方信號有效,經過非門后變成高電平,28256的片選端也為高電平,使本方程序存儲器28256無法選中,只能選中本方數據存儲器。從而實現在程序運行正常的情況下訪問對方的數據存儲器。
與程序存儲器相同,數據存儲器也面臨著同樣的問題:在需要訪問對方的數據存儲器時,要使本方的數據存儲器無效。數據存儲器6264有兩個使能端:CS1和CS2。CS1作為控制端已經與80C196KC的地址最高位通過非門相連,可以使用CS2完成這個功能,具體連接方法如圖4所示。每一片80C196KC的數據存儲器的CS2都與對方的相連。這樣,當本方CPU出讓總線控制權時,有效,使對方數據存儲器6264的CS2端為低電平,進入非使能狀態。對方CPU在訪問數據存儲器時,訪問的就是本方的數據存儲器。
3 PWM和模擬量輸出
在數字系統中,模擬量輸出一般是使用D/A轉換器,但80C196KC具有PWM輸出功能,可通過此功能獲得模擬量輸出。通過PWM獲得模擬量輸出的原理圖如圖5所示。由于內部脈寬調制器輸出的是TTL電平的調制脈沖,為了獲得高精度的模擬量輸出,需要進行緩沖,使PWM信號的電平擺幅變為0～5V。緩沖選用帶有TTL電平到CMOS電平轉換功能的CMOS型反向緩沖器CD4049,緩沖之后進行濾波。
4 LED顯示
LED顯示部分由兩排LED組成:第一排6位數字,1位符號位;第二排5位數字,1位符號位。顯示部分的LED位數較多,為了簡化電路,減少能量消耗,用動態顯示方式。由于動態顯示方式比較消耗CPU資源,用一片89C51專門負責顯示之前的數據變換和LED的動態掃描。這一片89C51與一片80C196KC通過串行口進行數據傳遞。這樣,顯示就不再占用兩片80C196KC的資源,系統的編程也非常方便。
本文介紹的三MCU處理系統的兩片80C196KC的存儲器擴展使用獨立編址方式,所以兩片80C196KC的地址空間全部可用,非常適合于程序和數據量比較大的場合。每片80C196KC都具有一個A/D轉換器,可同時進行兩路轉換和處理,大大增加了處理速度。本系統應用于液壓缸活塞桿的位移檢測,取得了比較好的效果。
參考文獻
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