在目前單片機組成的嵌入式控制系統中,所謂的多機通信是指上位機與下位機之間的主從模式的通信,一個單片機系統為主機, n 個應用系統為從機,從機之間不能進行通信. 目前單片機通信存在通信網絡模式簡單,數據的通信速率低,沒有容錯技術等缺點.
MCS-51 單片機串行接口SBUF ,由SCON 控制為用于多機通信的工作方式2 ,3. 當SM2 = 1 ,出現兩種情況:接收到第9 位數據為1 時,數據才裝入SBUF ,并置RI = 1 ,向CPU 發出中斷請求;如果接收到第9 位數據為0 時,則不發生中斷,信息被丟失. 若SM2 = 0 ,則接收到的第9 位數據無論是0 還是1 ,都產生RI = 1 中斷標志,接收到的數據裝入SBUF 中. 多機通信過程安排如下:
1) 使所有的從機SM2 = 1 ,處于接收地址狀態;
2) 主機發一幀地址信息,從機接收到地址幀后,將與本從機的地址進行比較. 是本機,使SM2 = 0 ,地址不符合的從機,保持SM2 = 1 ,退出本次通信;
3) 主機發送的數據或命令,以第九位為0 表示. 主從模式的多機通信的拓撲結構,主機的RXD 與所有從機的TXD 端相連,而主機的TXD 與所有的從機的RXD 端連接,如圖1 所示.

圖1 　主從多機通信拓撲結構

1 　網絡結構的改進
主從模式的多機通信在拓撲結構中,主機只有一個且固定不變,從機是多個,它們之間不能通信.在新的多機通信網絡中,沒有真正的主機和從機之分,所有的結點都是平權的. 總線也是兩條,一根作為主機發送信息,從機接收;另一根是從機發送信息,主機接收. 每一個結點的機器既是從機,又是潛在的主機. 非主動通信狀態時,為從機狀態. 需要通信時,改變連線的接法,并使自己變為主機狀態. 主機狀態:它的TXD 端與所有從機的RXD 連接,它的RXD 與所有從機的TXD 連接,以便發送從機地址,與從機建立通信聯系,完成交流信息的目的. 本次通信完畢后,自動降為從機狀態,并且線路的連接方式也變成從機連接. 從機狀態:它的TXD 與所有從機的TXD 連載一條總線上,連接到主機的RXD 端,它的RXD 連接到主機的TXD.其拓撲結構如圖2 所示.

圖2 　多機串行通信拓撲結構
說明:1) 任一個結點機器,不主動通信時,處于從機狀態,要求通信時,躍遷為主機狀態. 行使主機通信形式和權利;
2) 結點機器的TXD ,RXD 與總線的連接有兩種方式:主機連接、從機連接. 由機器的狀態來決定,也就是說,連接方式與機器的狀態相適應,受機器狀態的控制.
邏輯電路接口式連接:用三態門74HC126. 非門用74HC04 實現連接轉換功能. 用P1. 0 控制三態門,當P1. 0 = 0 時,其TXD 接主機的RXD ,它的RXD 接主機的TXD ,結點成為從機狀態;當P1. 0 = 1 時,其TXD 連接所有從機的RXD ,它的RXD 連接所有從機TXD ,該結點成為主機狀態. 連接變換電路圖如圖3 所示.

圖3 　由三態門構成多機串行通信智能連接電路
多機通信協議: 1) 在初始化或復位時,每個結點都使P1. 0 = 0 ,SM2 = 1 ,處于只接收地址幀(串行幀的第9 位為1) ,對數據幀(串行口的第9 位為0) 則不做響應的從機狀態.
2) 需要通信的結點機器,檢測到總線空時,置SM2 = 0 ,P1. 0 = 1 ,躍遷為主機狀態,發送一個地址幀,其中含8 位地址數據,第9 位為標志位.
3) 當從機接收到主機發來的地址幀后,將所接收的地址與本機地址相比較,若地址與本機地址相符,便使SM2 = 0 ,以便接收主機后發來的數據P命令,對于地址不相符合的從機,仍保持SM2 = 1 狀態,故不能接收主機隨后發來的數據信息.
4) 主機發送數據或控制指令,其數據幀第9 位置0 ,表示發送的是數據.
5) 當主機改為與另外從機聯系時,可再發出地址幀來尋找其它從機. 而先前被尋址過的從機在分析出主機是對其它從機尋址時,恢復其SM2 = 1 ,等待主機的再一次尋址. 主機也可以通過發送一個復位指令,使所有從機處于等待尋址狀態.
6) 通信結束后,置P1. 0 為0 ,SM2 位為1 ,退回到從機狀態.

2 　RS485 總線改善信道
RS485 串行接口和傳統的RS232 串行接口相比有以下特點:RS485 的電氣特性:邏輯“1”以兩線間的電壓差為+ 2～ + 6 V 表示,邏輯“0”以兩線間的電壓差為- 2～ - 6 V 表示. 接口信號電平比RS232C 低. 不易損壞接口電路的芯片,且該電平信號與TTL電平兼容,可方便的TTL 電路連接. RS485 的數據最高傳輸速率為10Mbps. RS485 接口是采用平衡驅動器、差分接收器的組合,抗共模干擾能力強,即抗噪聲干擾性好.RS485 接口的最大傳輸距離為1219.5 m(標準值) ,實際上可達3000 m. RS485 接口在總線上允許連接多達128 個接收器,即具有多站能力,這樣用戶利用單一的RS485 接口方便的建立起設備網絡. 因RS485 接口具有上述優點,使其得到廣泛的應用.