雙單片機通信協議說明文檔

一、通信協議的作用

     功能：實現兩片51單片機互相通信，4根線單向通信，8根線雙向通信。

     工作方式：使用普通IO口，不斷輪詢方式通訊。 （不使用單片機的中斷，不使用串口）

     適用場景：電路上兩片51單片機，需要互相通訊。

     傳輸速度：使用Porfessional和keil聯調，在單片機的晶振頻率為11.0592MHZ，單片機型號AT89C 51。兩片單片機的時間全部用在輪詢，測試約27MS接受完成16個字節數據。

     （注：測試時發現的問題，Porfessional和keil聯調，調試那個CPU就需要把正在調試的CPU改為U1，不然另一個CPU里面的代碼沒有運行，沒有反應不能調試）。

  

協議在運行時，發送端控制C1,D1,D2三根線的電平狀態，接收端控制C2一根線的電平狀態。發送端不斷在輪詢C2的狀態，接收端也同時在不斷輪詢C1的狀態。這兩根線我們把他稱為控制線，也稱為握手線。D1和D2我們把他稱為數據線，兩根線的電平可以表示4種狀態，狀態的表示如下：

為什么需要有(一個字節傳輸開始和一個字節傳輸結束)這兩種狀態，直接傳送0和1不就可以了嗎？我舉一個例子：現在我們要把4個字節的數據發送給對方。如：01100110  01100110  01100110 01100110，按照正常的接收，接收端依次讀取8個比特然后存入1字節，依次讀完36比特存入4字節。但是通訊協議的設計應該要考慮到異常情況，如果由于某種原因受到干擾，這36比特中間少傳或者多傳了1比特。接收端接下來再以每8比特為1字節的取，接下來的數據就會全部錯位。使用開始位和結束位來標識，就解決了這個問題。

發送和接收1比特數據的步驟如下：

初始狀態：四根線的電平都為高電平1， 51單片機的IO口默認也是高電平。接收端在不斷輪詢C1的狀態。

步驟一：發送端，發送1比特數據，在代碼里，首先將D1和D2置為需要表達的電平，然后將C1置為底電平，等待接收端C2的底電平響應。（因為CPU執行指令是需要時間的，如果發送端先將C1置為底電平，然后再置D1和D2的電平，接收端恰好在C1剛為底電平時，檢測到并且讀取了D1和D2的狀態。發送端還沒來的及對D1和D2置需要的電平，這時就讀到了錯誤的數據。雖然概率很小，但是這樣可以避免。）

步驟二：接收端，檢測到C1的狀態是0時，表示發送端在發送1比特數據，接收端讀取D1,D2的電平狀態接收后，將C2置為底電平，表示己接收。然后等待接收端將C1恢復為高電平。

步驟三：發送端，檢測到C2被置為底電平，表示接收端收到了數據，于是將C1恢復為高電平。等待C2恢復為高電平。

步驟四：接收端，檢測到C1恢復為高電平，將C2恢復為高電平。

步驟五：發送端，檢測到C2恢復為高電平，繼續發送下一個比特。跳到步驟一(循環)。

在正常工作的情況下，數據會由發送端發送，接收端完成接收，一直運行。但是設計協議需要考慮到抗干擾性，受到干擾之后，協議能夠恢復正常工作，繼續傳輸數據，而不是停在某個狀態。（例如：發送端在等待接收端響應，接收端同時也在等在發送端響應，一直停在這樣的狀態）。

（1）    發送端C1置底電平，等待接收端C2底電平響應     （在第一步）

（2）    發送端C1置高電平，等待接收端C2高電平響應     （在第五步）  

（1）    接收端C2是高電平，等待發送端C1的底電平          (在第一步)         

（2）    接收端C2置底電平，等待發送端C1高電平響應     （在第二步）

分析控制線的狀態：如果有一個條件符合，其中的一端控制線的電平就會發生改變，不會發生死鎖。如果沒有條件符合，就會發生死鎖。

分析1：發送端（1）和接收端（1）相結合，總有一個條件符合，不會發生死鎖。

分析2：發送端（1）和接收端（2）相結合，總有一個條件符合，不會發生死鎖。

分析3：發送端（2）和接收端（1）相結合，總有一個條件符合，不會發生死鎖。

分析4：發送端（2）和接收端（2）相結合，總有一個條件符合，不會發生死鎖。

（1）發送端先啟動，接收端后啟動，結果：接收端啟動后開始檢測C1的電平，接收比特數據，不影響。

（2）接收端先啟動，發送端后啟動，結果：發送端啟動后，如果有數據，置C1為底電平，開始發送比特數據，不影響。

      （1）在步驟一，接收端死機重啟后，接收端檢測到C1為0，開始接收數據。如果不是開始位，丟棄接收到的比特，直到收到開始位。結果：會丟棄不完整數據，繼續接收，恢復通訊。

     （2）在步驟三，接收端死機重啟后，接收端默認置C2為高電平，發送端檢測到C2為高電平，認為接收端響應，繼續發送下1比特數據。接收端開始接收比特數據。結果：會丟棄不完整數據，繼續接收，恢復通訊。

    （3）在步驟五，接收端死機重啟后，結果和（步驟三）一樣。

（1）在步驟二，發送端死機重啟后，發送端恢復到初始狀態，開始發送1比特，置C1為0。接收端在等待C1為1，等不到。但是接收端檢測到C2被接收端己置為0，發送端認為接收端己收到數據，發送端響應，置C1 為1，接著正常執行后面的步驟。結果：發送端發送的這1比特丟失，會丟棄不完整的數據，繼續接收，恢復通訊。

（2）在步驟二，發送端死機重啟后，發送端恢復到初始狀態，開始發送1比特，置C1為0的過程中。在發送端重啟過程中，C1有一段時間為高電平，接收端正好收到，并響應。接收端進入步驟四。

（3）在步驟四，發送端死機重啟后，發送端恢復到初始狀態，開始發送1比特，置C1為0。接收端己完成1比特接收，沒有等待，繼續接收數據。結果：會丟棄不完整的數據，繼續接收，恢復通訊。

（1）在初始狀態，發送端沒有數據需要發送：C1，C2全部為高電平，這時，接收端在等待C1的底電平到來然后接收比特數據。C1，C2受到干擾，由高電平變為底電平。

接收端的代碼如果正好執行到檢測C1位置，接收端響應，進入步驟二，等待C1恢得為高電平。干擾消除后，C1恢復為高電平，接收端進入步驟四完成1比特數據接收，繼續接收下1比特數據。結果：接收1比特錯誤數據，續續接收，恢復通訊。

接收端的代碼如果沒有執行到檢測C1位置，干擾消除。結果：無影響。

初始狀態，發送端沒有檢測C2狀態，受到干擾，無影響。

（2）在步驟1，發送端發送1比特數據，置C1為底電平，發送端等待C2的底電平來到來。C2受到干擾，由高電平變為底電平。

     發送端的代碼如果正好執行到檢測C2位置，發送端認為接收端己接收到1比特數據并響應，發送端進入步驟三，置C1為高電平，等待C2恢復為高電平。干擾消除后，C2恢復為高電平。發送端進入到步驟五。結果：接收端少收到1比特數據，恢復通訊。

發送端的代碼如果正好執行到檢測C2位置，同時，接收端檢測到C1為底電平，接收1比特數據并響應C2為底電平。結果：接收端正確收到1比特數據，無影響。

發送端的代碼如果沒有執行到檢測到C2的位置，干擾消除。結果：無影響。

（3）在步驟2，接收端收到1比特數據，置C2為底電平，接收端等待C1的高電平到來。C1受到干擾，由底電平變為高電平。

     接收端代碼正好執行到檢測C1位置，接收端認為發送端響應，接收端完成1比特數據接收，進入步驟四，恢復C2為高電平。干擾消除后，繼續接收發送端的數據。結果：收到錯誤的1  比特數據，恢復通訊。

     接收端代碼沒有執行到檢測C1的位置，干擾消除。結果：無影響。

（4）在步驟3，發送端等待C2為高電平。受到干擾，C2變為高電平。

發送代碼正好執行到檢測C2位置，發送端認為接收端響應，跳到步驟五。如果此時接收端正好響應，則完成1比特數據發送。結果：無影響。

發送端等待C2為高電平。受到干擾，C2變為高電平。發送代碼正好執行到檢測C2位置，發送端認為接收端響應，跳到步驟五，然后又跳到步驟一，發送到下1比特數據。此時接收端在等待C1的高電平，然而C1是底電平，接收端繼續等待。但是C2被接收端置為底電平，發送端認為接收端己接收1比特數據響應。進入步驟三，置C1為1，接收端響應，完成1比特數據接收。結果：接收端少收到1比特數據。

（5）在步驟4，接收端己完成接收，接收端在檢測C1的底電平到來，接收數據。

       C1受到干擾，由高電平變為底電平，然后干擾消除恢復為高電平。接收端會多收到1比特數據。當然這比特數據是錯誤的數據。結果：收到錯誤的1比特數據，恢復通訊。

        C2受到干擾，由高電平變為底電平，干擾消除后恢復為高電平。因為發送端在這一步驟在等待接收端C2的高電平，然后發送數據，結果：干擾消除后發送端開始發送數據，無影響。

（6）在步驟5，實際就是初始狀態。受到干擾發生的情況，也一樣，就不再重復。

全部資料51hei下載地址(源碼+資料)：
四根線進行通訊協議設計.rar (2.21 MB, 下載次數: 159)

2018-4-15 16:14 上傳

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