多單片機協同工作方法及多單片機協同工作系統的製作方法

2023-04-23 02:29:26 1

專利名稱：多單片機協同工作方法及多單片機協同工作系統的製作方法
技術領域：
本發明屬於單片機技術領域，涉及一種多單片機協同工作方法及多單片機協同工作系統。
背景技術：
由於單片機價格低廉，應用方便可靠的優點，其應用十分廣泛和普及，但單片機作 為一個單機來說，由於其IO埠線有限，也使其應用受到了限制，隨著應用領域的不斷擴 大，有時單個單片機的控制就顯得力不從心了，因此在一些較大的系統中要應用單片機的 話，需要用到多個單片機構成單片機陣列來參與控制，並且往往要求這些單片機協同工作。 例如，在LED大屏幕顯示裝置中就需要使用多個單片機，為確保LED大屏幕顯示裝置畫面的 統一完整，各單片機必須能夠協同工作。目前，實現單片機協同工作方式可以藉助於使用單片機的串行口進行通信組成一 個單片機網絡系統工作，這種方式存在以下缺陷1)不能靈活地選用單片機的IO 口線，只 能固定使用單片機的串行埠線；2)主客單片機的串行口都要被佔用，系統不能通過串行 口與上位機(PC機)或者其它裝置進行通信；2)軟體設計複雜度較高。另一種方式是將單片機通過2根IO埠線直接相聯，這種方式的主要問題是單片 機擴大的數量受到限制，仍然只適合於需要單片機的IO埠控制線還不太多的應用，而且 還要以失去主單片機的IO埠線和控制功能為代價。要解決上述問題，需要尋找一種僅佔用單片機的IO埠線資源很少、能夠避開單 片機特定的IO埠線、即IO埠線可以是任選的、外圍晶片十分廉價、客機數量又不受限 制的方案。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種多單片機協同工作方法及多單片機協同 工作系統，該多單片機協同工作方法及多單片機協同工作系統易於實施、成本低、完成任務 效率高。本發明的技術解決方案如下一種多單片機協同工作系統，其特徵在於，由一個單片機主機、多個單片機客機、 一個計數器、一個解碼器和一個數據選擇器組成；單片機主機上的4個IO埠作為控制端 口，該4個IO埠分別是計數器復位埠(10X0)、計數脈衝輸出埠(10X1)、響應信號反 饋埠 (10X2)和使能埠 (10X3)；計數器復位埠(10X0)與計數器的復位端(RST)相接，計數脈衝輸出埠(IOXl) 與計數器的時鐘信號輸入端(CLK)相接；計數器的數據輸出端(QO-Qm)與解碼器的數據輸 入端以及數據選擇權的通道選擇數據輸對應選通IO埠 一一連接；使能埠(10X3)接解碼器的使能端(EN)和數據選擇器的選通端(G)；數據選擇 器的多個輸入通道(Dl-Dn)分別與多個單片機客機的響應IO埠一一連接，數據選擇器的輸出端(Z)與響應信號反饋埠(10X2)相接；每一個單片機客機都有一個功能執行單元，該功能執行單元用於由解碼器輸出的 輸出選通信號觸發而執行本單片機從機中的預設程序以實現預設的功能。
所述的解碼器為74LS138D晶片，計數器採用4024BP晶片，單片機主機和從機均採 用為51系列單片機，數據選擇器採用74LS251D晶片。一種多單片機協同工作方法，採用前述的多單片機協同工作系統的硬體，單片機 主機的工作步驟為步驟1 二進位計數器清零，置數據選擇器使能端有效，置解碼器使能端無效；步驟2 發送要呼叫的單片機客機的編號到計數器；步驟3 根據響應信號反饋埠(10X2)的狀態判斷被呼叫的單片機客機是否空 閒，如果空閒，則進入下一步，否則返回步驟3 ；步驟4:置數據選擇器使能端無效，置解碼器使能有效，使得解碼器輸出單片機客 機選通信號；步驟5 延時，然後計數器清零；步驟6 置數據選擇器使能端有效，置解碼器使能端無效，呼叫操作結束；單片機從客機的工作步驟為步驟A 復位響應埠狀態，表示空閒可響應呼叫；步驟B 查詢選通IO埠的狀態，判斷是否有呼叫，如果有呼叫則進入下一步，否 則返回步驟B;步驟C 置相應埠狀態為有效，表示響應呼叫；步驟D 啟動功能執行單元，完成呼叫所規定的操作；步驟E 復位響應埠狀態，表示空閒可響應呼叫，並返回步驟B。本發明包含有多個單片機、一個二進位計數器、一個解碼器、一個數據選擇器及其 連接線路(見附圖)、編程流程圖，並有列有應用示例。本發明中多個單片機協同工作方 法體現為在需要使用多個單片機協同工作時，可以設定一個單片機為呼叫單片機(簡稱主 機)，其他單片機為被呼叫單片機(簡稱客機)，它們之間的關係為主_客關係，當主機發現 系統中需要客機協助完成某項的工作時，呼叫客機，使客機及時完成該工作。它們各自有相 對的獨立性，有單獨的任務要完成，但又需要協同工作，它們的空間位置比較近，傳輸的信 息量並不大，只傳送命令及執行命令的情況，不傳送數據，這一點不同於主_從式通信，因 而它類似於人類社會領導與成員之間的關係。有益效果本發明採用較少且廉價的外圍晶片，使用很少的單片機IO埠線就解決了多單 片機陣列的協同工作的應用技術障礙，充分發揮了單片機價格低廉，應用方便可靠的特點， 而且編程容易，易於實施，能取得良好的應用效果，因此，實施本發明的性價比極高，具有很 廣的應用前景。


圖1為本發明電路示意圖。圖2為軟體設計流程圖，a為單片機主機工作流程圖，b為單片機客機工作流程圖。
具體實施例方式下面結合附圖以具體實施例對本發明的技術方案及工作過程作進一步的說明，但本發明的保護範圍不限於此實施例1參見圖1，一種多單片機協同工作系統，其特徵在於，由一個單片機主機、多個單片 機客機、一個計數器、一個解碼器和一個數據選擇器組成；單片機主機上的4個IO埠作為 控制埠，該4個IO埠分別是計數器復位埠 10X0、計數脈衝輸出埠 10X1、響應信號 反饋埠 10X2和使能埠 10X3 ；計數器復位埠 10X0與計數器的復位端RST相接，計數脈衝輸出埠 IOXl與計 數器的時鐘信號輸入端CLK相接；計數器的數據輸出端QO-Qm與解碼器的數據輸入端以及 數據選擇權的通道選擇數據輸對應選通IO埠 一一連接；使能埠 10X3接解碼器的使能端EN和數據選擇器的選通端G ；數據選擇器的多 個輸入通道Dl-Dn分別與多個單片機客機的響應IO埠一一連接，數據選擇器的輸出端Z 與響應信號反饋埠 10X2相接；每一個單片機客機都有一個功能執行單元，該功能執行單元用於由解碼器輸出的 輸出選通信號觸發而執行本單片機從機中的預設程序以實現預設的功能。單片機主機和單片機客機協同工作的時候，單片機主機和單片機客機之間的通信 只是起到協同和同步的作用，並不傳輸複雜的數據和複雜的控制命令。不同的單片機客機 執行不同的功能程序，比如1號單片機客機完成功能1，η號單片機客機完成功能η。所述的解碼器為74LS138D晶片，計數器採用4024ΒΡ晶片，單片機主機和從機均採 用為51系列單片機，數據選擇器採用74LS251D晶片。參見圖2，一種多單片機協同工作方法，採用前述的多單片機協同工作系統的硬 件，單片機主機的工作步驟為步驟1 二進位計數器清零，置數據選擇器使能端有效，置解碼器使能端無效；步驟2 發送要呼叫的單片機客機的編號到計數器；步驟3 根據響應信號反饋埠 10X2的狀態判斷被呼叫的單片機客機是否空閒， 如果空閒，則進入下一步，否則返回步驟3 ；步驟4 置數據選擇器使能端無效，置解碼器使能有效，使得解碼器輸出單片機客 機選通信號；步驟5 延時，然後計數器清零；步驟6 置數據選擇器使能端有效，置解碼器使能端無效，呼叫操作結束；單片機從客機的工作步驟為步驟A 復位響應埠狀態，表示空閒可響應呼叫；步驟B 查詢選通IO埠的狀態，判斷是否有呼叫，如果有呼叫則進入下一步，否 則返回步驟B;步驟C 置相應埠狀態為有效，表示響應呼叫；步驟D 啟動功能執行單元，完成呼叫所規定的操作；
步驟E 復位響應埠狀態，表示空閒可響應呼叫，並返回步驟B。硬體由一多個單片機構成的單片機陣列、一個二進位計數器、一個解碼器和一個 數據選擇器連接而成，器件之間的連線如說明書附圖1所示，主機與各客機所使用的IO端 口線分別定義如表一所示。表一單片機陣列各IO埠線定義
單片機埠線埠線功能10
IOXO一.進位計數器清零輸出清零 計數或保持
IOXl 計數脈衝輸出(下降沿有效)
主機----
IOX2客機響應信號輸入客機空閒 客機正在響應
IOX3 解碼器、數據選擇器使能控制輸出 選中解碼器 選中數據選擇器
IOXO主機呼叫信號輸入未呼叫正呼叫
客機----
IOXl客機呼叫響應輸出正響應呼叫 空閒或未響應一、主機呼叫當主機在發現系統有呼叫某一客機的需要時，就會起動如圖2(a)所示的操作流 程，主機程序可以子程序的形式編寫。二、客機響應在客機程序中，查詢主機的呼叫信號，按如圖2(b)所示的流程進行響應。如果在 系統中，客機不需要使用外部中斷，可以選擇10X0 = P3.2(P3. 3)，而將客機響應安排為中 斷服務程序，可避免客機進行查詢，可使響應過程更為及時快速。實用效果將本技術應用於一個使用了 10個單片機的LED廣告控制系統中，該系統LED屏 為一個行線數為96、列線數為1280的單色屏，由單片機主機與單片機客機1負責行線的控 制，其他8個單片機客機負責列線的控制，由於使用了較多的單片機進行協同工作，有較多 單片機的資源可以利用，較容易地實現了文字和圖片畫面的左移、右移、上移、上移、逐行消 失、逐列消失、閃爍等功能。
權利要求
一種多單片機協同工作系統，其特徵在於，由一個單片機主機、多個單片機客機、一個計數器、一個解碼器和一個數據選擇器組成；單片機主機上的4個IO埠作為控制埠，該4個IO埠分別是計數器復位埠(IOX0)、計數脈衝輸出埠(IOX1)、響應信號反饋埠(IOX2)和使能埠(IOX3)；計數器復位埠(IOX0)與計數器的復位端(RST)相接，計數脈衝輸出埠(IOX1)與計數器的時鐘信號輸入端(CLK)相接；計數器的數據輸出端(Q0-Qm)與解碼器的數據輸入端以及數據選擇權的通道選擇數據輸對應選通IO埠一一連接；使能埠(IOX3)接解碼器的使能端(EN)和數據選擇器的選通端(G)；數據選擇器的多個輸入通道(D1-Dn)分別與多個單片機客機的響應IO埠一一連接，數據選擇器的輸出端(Z)與響應信號反饋埠(IOX2)相接；每一個單片機客機都有一個功能執行單元，該功能執行單元用於由解碼器輸出的輸出選通信號觸發而執行本單片機從機中的預設程序以實現預設的功能。
2.根據權利要求1所述的多單片機協同工作系統，其特徵在於，所述的解碼器為 74LS138D晶片，計數器採用4024BP晶片，單片機主機和從機均採用為51系列單片機，數據 選擇器採用74LS251D晶片。
3.—種多單片機協同工作方法，其特徵在於，採用權利要求1或2所述的多單片機協同 工作系統的硬體，單片機主機的工作步驟為步驟1 二進位計數器清零，置數據選擇器使能端有效，置解碼器使能端無效； 步驟2 發送要呼叫的單片機客機的編號到計數器；步驟3:根據響應信號反饋埠(10X2)的狀態判斷被呼叫的單片機客機是否空閒，如 果空閒，則進入下一步，否則返回步驟3 ；步驟4:置數據選擇器使能端無效，置解碼器使能有效，使得解碼器輸出單片機客機選 通信號；步驟5:延時，然後計數器清零；步驟6 置數據選擇器使能端有效，置解碼器使能端無效，呼叫操作結束；單片機從客機的工作步驟為步驟A 復位響應埠狀態，表示空閒可響應呼叫；步驟B 查詢選通10埠的狀態，判斷是否有呼叫，如果有呼叫則進入下一步，否則返 回步驟B ；步驟C 置相應埠狀態為有效，表示響應呼叫；步驟D 啟動功能執行單元，完成呼叫所規定的操作；步驟E 復位響應埠狀態，表示空閒可響應呼叫，並返回步驟B。
全文摘要
本發明公開了一種多單片機協同工作方法及多單片機協同工作系統，該工作系統由一個單片機主機、多個單片機客機、一個計數器、一個解碼器和一個數據選擇器組成；單片機主機上的4個IO埠作為控制埠，該4個IO埠分別是計數器復位埠、計數脈衝輸出埠、響應信號反饋埠和使能埠；每一個單片機客機都有一個功能執行單元，該功能執行單元用於由解碼器輸出的輸出選通信號觸發而執行本單片機從機中的預設程序以實現預設的功能。本發明採用較少且廉價的外圍晶片，使用很少的單片機IO埠線就解決了多單片機陣列的協同工作的應用技術障礙，充分發揮了單片機價格低廉，性價比極高，具有很廣的應用前景。
文檔編號G06F15/17GK101859291SQ201010200548
公開日2010年10月13日 申請日期2010年6月13日 優先權日2010年6月13日
發明者王新輝, 王梓全, 馬凌雲 申請人:王新輝