‘电气自动化）２００９年第３１卷第３期应用电路设计生耻型￡！！业旦箜！凹基于ＳＰＩ结构模型双向式身份识别及信息交互平台的构建ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅＴｗｏ－－ｗａｙＩｄｅｎｔｉｔｙＩｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＩｎｔｅｒ—・ａｃｔｉｏｎＰｌａｔｆｏｒｍＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳＰＩＳｔｒｕｃｔｕｒｅＭｏｄｅＩ上海工程技术大学信息办电子电气工程学院（上海２０１６２０）王诚杰缪行外ＳｈａｎｇｈａｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ矿ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＳｄｅｎｅｅ，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１６２０，Ｃｈｉｎａ）ＷａｎｇＣｈｅｎｇｊｉｅＭｉａｏＸｉｎｇｗａｉ摘要：本文基于ＳＰＩ主控同步串行通信的结构模型，介绍一种网络化主从串行通信设计规范，通过ＰＩＣ单片机构建一个身份识别及信息交互平台。所提出的主从网络协议结构，主要涉及控制权的占有方式，以及协调发送和接收方之间的时序关系，从而为实现单片机网络化管理和数据交换奠定了技术基础。关键词：ＰＩＣ单片机ＳＰＩ通信网络协议Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＳＰＩｍａａｔｅｒｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｎｓｔｒｕｃｔｓａｓｔｒｕｃｔｕｒｅｍｏｄｅｌ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｎｅｔｗｏｒｋｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｓｅｒｉａｌｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｏｉｎ－ｄｅｓｉｇｎｓｔａｎｄａｒｄ，ｗｈｉｃｈｐｈｆｆｏｒｍｆｏｒｉｄｅｎｔｉｔｙｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎａｎｄｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｂｙｔｈｅｕｓａｇｅｏｆＰＩＣｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｔｏｐｕｔｅｒ．Ｔｈｅｍａｓｔｅｒ－ｓｌａｖｅｎｅｔｗｏｒｋｐｒｏｔｏｃｏｌｐｒｏｐｏｓｅｄｍａｉｎｌｙｒｅｆｅｒｓｏｒｄｅｒｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｔｈｅｏｃｃｕｐｙｉｎｇｍａｎｎｅｒ０ｆｃｏｎｔｒｏｌｒｉｇｈｔａｎｄｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｉｍｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｒ．ＴｈｕｓａｇｏｏｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｉｓｌａｉｄｆｏｒｒｅａｌｉｚｉｎｇＳＣＭｎｅｔｗｏｒｋｍａｎａｇｅｍｅｎｔａｎｄｄａｔａｓｗｉｔｃｈｉｎｇ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＰＩＣｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐｃｏｍｐｕｔｅｒＳＰＩｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｐｒｏｔｏｃｏｌ【中图分类号】ＴＰ３６８【文献编码】Ｂ【文章编号】１０００．３８８６（２００９）０３．００７２．０２美国Ｍｉｃｒｏｃｈｉｐ公司推出的ＰＩＣ系列单片机，在工业控制、消费电子产品、办公自动化设备、智能仪器仪表、汽车电子等不同的领域。以其性能完善、功能强大、学习容易、开发应用方便、人机界面友好等突出优点而得到了广泛地应用。为配合ＰＩＣ单片机的开发和应用，在ＰＩＣ单片机常规功能的基础上，需要不断拓展其应用ＳＤＯＳＤ０表ｌｏｉ，ｄＳＤＩＳＣＫＰＩＣｌ６Ｆ８７７ＰＩＣｌ６Ｆ８７７ＰＩＣｌ６Ｆ８７７的范围和功能的开发。本文就ＰＩＣ单片机网络化ＳＰＩ串行通信功能进行研究，设计了一套符合单片机联网数据传送及信息交互的协议规则，这将有利于单片机在控制系统中的广泛应用。１从机Ｉ从机２从机３ＳＰＩ结构模型分析ＳＰＩ结构模型采用双向式工作方式，基于这样的物理结构条图１单片机联网结构模型的Ｉ／Ｏ协调转换，从而解决了双向通信中数据冲突及电平冲突等诸多难题。在所构建的系统环境中，从其数据传送的原理上说各单片机系统之间有主、从机之分，从机如果要发给从机数据信息必须先发给主机然后由主机判断后转发给另一台从机；但从其表现形式上说只要有一台单片机主动拉高了使能线ＲＣＯ，都可以发出数据并指定其它任何一台单片机接受数据。如果从机主动拉高使能线ＲＣ０电平．该从机ＳＰＩ结构中ＳＤＯ和ＳＤＩ方向将进行转换，从而实现信息交互功能并有效防止多端口连线所带来的电平及数据冲突。２件，将多台ＰＩＣ单片机通过ＳＰＩ结构中的一根输出数据线ＳＤＯ，一根输入数据线ＳＤＩ和一根时序线ＳＣＫ进行互联，再借助一根使能信号线（握手信号，采用ＲＣ０引脚），构建成一个数据传送和信息交互平台。如图１所示，给出一个四台ＰＩＣ单片机系统（如果需要还可以扩展）联网的连接方式。其中一台主机（编号为０），三台从机（编号分别为ｌ、２和３）。根据ＳＰＩ通信协议，采用ＳＣＫ互联方式，数据交换过程将始终由主机时序ＳＣＫ驱动；主、从单片机串行数据的输入和输出端，即主机ＳＤＯ和ＳＤｌ分别与从机的ＳＩＸ）和ＳＤＩ交叉互联。对这个双向的操作方式基本类似于ＳＰＩ通信，同样也是在所构建的模拟时序状态下，通过主机监测及转发实现ＰＩＣ单片机之间收、发身份识别和数据信息的有效传递。在本文研究中，引入端口Ｉ／０协调转换的概念，拓展了ＳＰＩ结构模型的应用范围和研究策略。有效地推动单片机网络化数据通信和管理。主要包括带有下拉电阻的使能线和从机串行输入端口ＳＤＯＳＰｔ协议的设计原则主、从单片机系统中。主机及从机都有侦测键盘、侦测使能线ＲＣＯ、发送与接收等程序。但是在多台从机ＳＤＯ口共线的前提下，设计一种能消除电平影响及有效数据传输的协议显得至关重要。由于主从机的收发端口是交错的．主机的控制地位不能改变，故在利用ＳＰＩ通信的同时增加一根附加的使能线ＲＣＯ，使各单片机智能地进入相应的工作状态。万方数据应用电路设计垒巳巳！！呈ｇ曼坚曼竺堕旦旦曼！旦口《电气自动化）２００９年第３１卷第３期在双向协议的设计方案中，首先必须确定信息传输的设置方式，主要包括对地址发送寄存器和数据发送寄存器中键人目标地址及待发数据，通过对４ｘ４矩阵键盘进行定义；当首次键入目的地址值给地址发送寄存器，第二次键人待发数据的高４位，第三次键入待发数据的低４位，这样两次键人的数据可组成一个待发的八位二进制数，再通过可控分时ＳＰＩ串行通信一次多数据的发送。在项目设计中，仅采用一个八位二进制数来表示发送者及接收者的身份识别码，但理论上地址位的长度是可以通过多个八位二进制数无限扩充的，即理论上这样的通信方式可以通过地址寄存器及分时多数据发送的设置挂接任意台从机。当然．数据信息也同样可以按用户所需要的任意长的方式发送。处理后改变使能线ＲＣ０为输出（在常态下使能线ＲＣ０都为输入，仅当有发送要求后改为输出）并拉高ＲＣ０，让每一台从机都侦测到ＢＣＯ从而进入被动接收（常态下每一台从机的ＳＤＯ线都设嚣为输入，ＳＤＩ线也为输入），主机发出有用数据接收无用数据并抛弃，从机都可接收到主机有用数据并进行身份识别和相应处理，这样就实现了主机发出功能。如果是从机要定向发送信息给主机或另一台从机。从机都是先把数据发送给主机，在经过数据采集和处理后改变使能线ＲＣ０及ＳＤＯ线（常态下每一台从机的ＳＤＯ线都设置为输入）为输出并拉高ＲＣ０，主机侦测到从机动作后进行接收与前面数据发送一样．只是将无效数据去交换有用数据（这时只有发送数据的从机的ＳＤＯ线是输出，其它从机的ＳＤＯ线及主机的ＳＤＩ线都是输入，这样在主机交换数据时就能保证待发从机的数据能有效地送给主机而不是像主机主动发出那样接收的只是无效数据）。在主机接收到从机发送来的数据后分析地址位，如果是发送给自己的就进行数据应用并结柬接收状态而进入常态；如果分析完地址位是要转发，此时主机只需重复执行发送程序，就能将数据发出到指定从机，从而实现从机与从机之间的通信，而主机仅仅起到数据监控的目的。３双向通信的框架结构及具体实现双向通信的框架结构主要包括发送端和接受端。发送端又包括对数据的采集，数据的整合处理及一次ＳＰＩ发送多个数据三个过程。接收端包括数据的接收．接收后对长数据的拆分及对拆分后的地址和数据的判断处理应用。发接收４结论基于ＳＰＩ通信的结构模型，本文提出一个单片机网络化协议规范，在构建模拟时序状态下实现数据的有效传送和发、收身份识别。通过双向ＳＤＯ及ＳＤＩ的数据互换，以及ＳＣＫ的时序控制和下拉电送端端图２协议结构图本文研究的关键在于解决一主机多从机结构中多台从机与主机之间的控制关系，尽管主机的绝对控制地位不可变更，但可以通过ＳＰｌ双向数据线的变换有效解决ＳＩＸ）方向调整和和数据冲突等问题。在控制关系上，引入了接下拉电阻使能线ＢＣ０．每一台单片机（主机或从机）想要发送数据只需拉高本机的使能线ＲＣＯ，从而抢占发送数据的权限，其它所有单片机都会侦测到使能线ＲＣＯ电平的变化。一般可分为是主机拉高还是从机拉高，可去实现不同的功能。如果是主机要定向发送信息给从机，主机在经过数据采集及（上接第５４页）过程如图７所示。初始实验室环境温度为３２。Ｃ，等待片刻，灯泡“亮”给ＡＤ５９０加热，到Ａ点时系统检测的温度值已接近４５。Ｃ，设计要求是一旦超过４５度时灯泡就熄灭，风扇启动。Ｂ段为系统的调节阶段，这个过程约为ｌｏ秒，此时灯泡和风扇交替启停，所以系统检测到的温度值振动的比较厉害。ｃ点之后系统将温度值稳定在４５℃，即系统达到稳定的过程需要６５秒，控制过程如图７一ｌ。又人为的将环境温度提高到６０℃，这时启动系统得到的温度控制的显示曲线如图７—２所示。这个过程中，只有风扇启动，给ＡＤ５９０降温。可以看出这时系统达到稳定的时间较短只要２０秒。阻使能线ＲＣＯ，实现了ＰＩＣ单片机系统间主从式可控定向数据传送，从而为实现单片机网络化管理和数据交换奠定技术基础。参考文献【Ｉ】李荣正．ＰＩＣ单片机原理及应用（第３版）【ＭＪ．北京：北京航空航天大学出版社。２００６．１０【２Ｊ李荣正．ＰＩＣ单片机实验教程【ＭＪ．北京：北京航空航天大学出版社．２００６．１【３】李学海．ＰＩＣ单片机实用教程一提高篇ＩＭ】．北京：北京航空航天大学出版社，２００２．９【４１刘和平．单片机原理及应用【Ｍ】．重庆：重庆大学出版社，２００２．１【作者简介】王诚杰，工程师，计算机控制技术。仪器规模，具有良好的灵活性、扩展性与友好的显示界面。参考文献【ｌ】张毅刚．新编ＭＣＳ一５１单片机应用设计（第２版）【Ｍ】．哈尔滨工业大学出版社，２００３【２】杨帆。赵世平。黎会鹏．基于单片机和虚拟仪器的温度测控系统设计【Ｊ】．武汉化工学院学报，２００５，２７（５）：６５—６７Ｉ３】Ｆａｎｙａｎｇ．ＧｕｏｐｉｎｇＴｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｉｎＭｏｎｉｔｏｒＬｉ，ＨｕｉｐｅｎｇＬｉ．Ｄｅｓｉｇｎ＆ＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔＯｆＡＲｅｍｏｔｅＳｙｓｔｅｍＯｆＷｅｂＵｓｉｎｇＶｉｒｔｕａｌｓｙｓｔｅｍｓｓｃｉｅｎｃｅｓａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．【】】．ａｄｖａｎｃ∞ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ．２００６：４４９—ｃｏｍｐｕｔｅｒ，ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ，ａｎｄ４５２【４】ＤｅｍｍｅｎｔｏｆａＨｉｎｋｗｎ。ＣｌａｕｄｅＭａｒｓｈａｌｌ，ＳｈａｍＲｏｂｉｎｓｏｎ，。Ｄｅｓｉｇｎ＆ｄｅｖｅｌｏｐ－ｕ８ｅｆ５结语实验证明，无论当环境温度高于还是低于４５℃，系统都可以将温度最终控制在４５。Ｃ，其中降温的过程较快。控制效果较好。该系统通用性较强．特别适用于实验教学。让学生亲临整个控制过程，明白如何组建一个实际的控制系统，明确控制算法的作用，为今后的实际工作奠定基础。与同类系统相比，极大地缩减了测试ｉｎｔｅｒｆａｃｅｔｏｒｅｍｏｔｅｌｙｃｏｎｔｒｏｌａｒａｄｉｏｔｄｅｓｅｏｐｅｕｓｉｎｇｖｉｒｔｕａｌｉｎ・ｓｔｒｕｍｅｎｔｓ．”ｉｎＰｒｏｅ．ＩＥＥＥＳｏｕｔｈｅａｓｔｃｏｎｅｔ２００２．ＰＰ．２７９—２８２ａ１．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＮｅｕｒａｌｏｎ【５】ＴＳｕｎｄｉｃ，ＳＭａｒｃｏ。ＪＳａｍｉｔｉｅｒＮｏｓｅＤａｔａＦｕｓｉｏｎｉｎＴｏｎｇｕｅａｎｄＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｋｇｉｃＣｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈＮｅｔｗｏｒｋｓａｎｄＦｕｚｚｙＢ＆∽－ｄＭｏｄｅｌｓｌＪ】．ＩＥＥＥＴｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓＳｙｓｔｅｍｓＭａｎａｎｄＣｙｂｅｒｎｔｅｔｉｅｓ。１９９９．２３（３）：１４７４一１４７９万方数据
