基于51单片机多机通信的交通灯控制网络设计

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    由于微机技术的飞速发展和控制系统的复杂化，多机通信的应用越来越广泛，特别在一些对工业过程的控制中，多机通信已经成为通信控制领域的主流通信方式。    本文针对目前单片机书籍(包括教材)很少介绍多机通信的实现技术的情况，在交通灯控制系统的基础上设计了一个交通灯控制网络系统，以此为实例给出了单片机多机通信的解决方案。1 单片机多机通信的基本原理    计算机之间的通信除了点对点通信外，还有一机对多机或多机之间的通信，构成计算机网络，其中主从式多机通信是比较常用的一种方式。在主从式多机通信系统中，只有一台主机，但可以有多台从机。主机发送的信息可以传送到各个从机或指定从机，从机发送的信息只能为主机所接收，各从机之间不能直接通信。主机通常由PC机担任，也可用单片机担当(本文研究的是用单片机作主机)，从机通常为单片机。  MCS-51单片机串行口的方式2和方式3具有多机通信功能，可实现一台主机和若干台从机构成总线式的多机分布式系统，其连接方式如图1所示。



    在多机通信中，可充分利用MCS-51单片机的多机通信控制位SM2。用作主机的单片机的SM2应设定为0，作从机的SM2设定为1。主机发送并为从机接收的数据有两类：一类是地址，用于指示需要和主机通信的从机的地址，由串行数据第9位为“1”标志；另一类是数据，由串行数据第9位为“0”标志。由于所有从机的SM2=1，故每个从机总能在RI=0时收到主机发来的地址(因为串行数据第9位为“1”)，并进入各自的中断服务程序。在中断服务程序中，每台从机把接收到的从机地址和它的本机地址(系统设计时分配)进行比较。所有比较不相等的从机均从各自的中断服务程序中退出(SM2仍为1)，只有比较地址相等的从机才是被主机寻址通信的从机。被寻址从机在程序中使SM2=0，以便接收随之而来的数据或命令(RB8=0)。上述过程进一步归结如下：    (1)主机的SM2=0，所有从机的SM2=1，都处于监听状态(只能接收地址帧)，以便接收主机发来的地址。    (2)主机给从机发送一帧地址信息时，其中的8位是地址，第9位为1表示是地址帧。    (3)所有从机在SM2=1、RB8=1且RI=0时，接收到主机发来的从机地址帧后，进行中断处理，进入相应的中断服务程序，并和本机地址进行比较以确认是否为被寻址从机。    (4)被寻址的从机通过指令清除SM2，使SM2=0进入接收数据状态，可以接收主机随后发送的数据(包括命令)，并向主机发回接收到的从机地址作为响应信号，供主机核对，实现主机与被寻址从机的双机通信；未被寻址从机保持SM2=1，并退出中断服务程序。    (5)完成主机和被寻址从机之间的数据通信，被寻址从机在通信完成后重新使SM2=1，并退出中断服务程序，恢复到监听状态，等待下次通信。2 交通灯控制网络硬件电路设计2．1 硬件电路    城市交通控制系统是一个联动的系统，所有路口的交通灯控制系统由一台中心主机控制，当某一路口将出现紧急情况时(如交通管制、交通堵塞、路段维修等)，单击中心主机的对应按钮即可使该路口的所有红灯亮，禁止所有普通车辆通行。本文利用Proteus软件仿真设计了一台主机控制两台从机的主从式多机系统，实施时可以扩展到253台主机，硬件电路如图2所示。单片机U1为主机，U2、U3为从机，代表两个路口的控制机，S1、S2为按钮，分别与U1的P1．1、P1．0连接，当按下时分别控制两个路口的交通信号灯为所有红灯亮，表示该路口出现紧急情况。与主机U1相连的两个BCD数码管用于显示从机接收到的响应帧，即出现紧急情况的路口地址号，如果接收到的响应帧传送出现错误，与主机发出的地址号不同时，这两个数码管显示FF，当S1和S2没有按下时，这两个数码管也显示FF。



    由于串行口通信时传输的“0”或者“1”是通过相对于“地”的电压区分的，因此使用串行口通信时，必须将主、从机的“地”线相连以使其具有相同的电压参考点。