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摘要自动制花机系统控制线路复杂，传统单片机I/O口不能满足要求，本文介绍一种新颖的方法来实现51系列单片机双CPU系统，不但硬件和软件的实现都比较简单，数据传输速度快，而且不涉及高成本特殊器件。
关键字 单片机；双CPU
Abstract：Automatic system to spend machine system control circuit complexity, the traditional single-chip I / O port can not meet the requirements, this article describes a novel method to achieve the 51 series single-chip dual-CPU system, not only the realization of hardware and software are relatively simple, fast data transfer speeds.and do not involve the high cost of special devices.Keyword microcontroller; dual-CPU
中图分类号：S972.7+6文献标识码：A文章编号：
引言
传统单片机的I/O口数量有限，若要实现复杂系统控制则会出现不够用的情况，采用GAL等器件也是一种不错的扩展I/O口的方法，但GAL器件功耗比较大，使用过程中经常会出现故障。另外，我们可采用双CPU来解决该类问题。
一 实现双处理器的方法
1．使用双口RAM。这种方法方便地实现了CPU之间的通信，在选择CPU接口时具有较大的灵活性；但这种方法会增加电路设计的难度和成本。
2．利用I/O口进行并行通信。这种方法既要用I/O口传送数据，又要用I/O口来进行传送的控制，因此占用较多的I/O口；而且控制过程涉及进行通信的两个CPU，软件设计比较复杂。
3．利用串口进行通信。使用UART或I2C总线来联系CPU也是常用的方法。这种方法实现简单，只是传输速度较慢。
4．共享内存。共享内存实际上又有两种不同实现。第一种如LON网络的Neuron节点芯片，利用不同时序实现共享内存。这种方法必须制成专用芯片，把CPU和RAM封装在一起，一般情况下实现困难。第二种如96系列单片机，使用HOLD线先挂起其中一单片机的总线，以使用其内存。这种方法简单而且传输速度快，在具有HOLD功能的CPU系统中经常使用这种方法实现双CPU。
二 使用共享内存法实现双CPU通信
由于51单片机没有HOLD功能，一般不能使用共享内存法实现双CPU通信。这里介绍一种方法，使一般51单片机能够用共享内存实现双CPU通信。该方法电路简单，软硬件实现容易；数据传输速度快，而且占用系统资源少（不使用I/O口传递数据，而用一部分地址空间作为数据传送的媒体），能充分发挥双CPU的作用。下面具体介绍这种方法。
2.1 基本设计方案
首先，甲机划出一部分片外RAM的地址空间作为数据传输的专门通道（一般可用高端地址空间）；同时，把这个地址空间映射到接收数据的乙机端的相同大小片外RAM地址空间（乙机端可以直接访问到）。两边需要传递数据时，甲机就直接向这个地址读写数据。读写数据之前，两边要先联络，做好数据传输前的准备。
甲机负责制花机的机械动作及信号控制，乙机负责显示控制。
两边数据线要用开关门电路隔开，可以用三态门。地址线也按照设计者的安排，甲机端经过开关门电路直接映射到乙机端特定片外RAM地址。因为甲机要在乙机这边读写数据，所以甲机对片外RAM的读写选通信号也要经过开关接到乙机读写端。发送数据前，要打开这些开关门电路。这样，甲机就可以在乙机的片外RAM中读写数据了。
最后,还有一个重要工作。两边的CPU有自己独立的工作，彼此独立地在自己的数据线和地址线运行程序，要共用乙机的RAM来实现通信就必须在传送通信数据期间让乙机交出总线控制权，而51单片机又不具备96单片机的HOLD功能，怎样才能让乙机交出总线控制权？这里要用其它方法。51系列单片机本身有ID工作方式（空闲状态），ID方式可以用中断唤醒。我们可以利用ID工作方式让乙机暂停工作，从而让甲机CPU在乙机这边存取数据。
2.2 具体实现方法
图1 双机通信原理图
图1是两个51单片机组成的双机系统。我们把左边甲机的普通片外RAM地址寻址空间分为0000H~7FFFH和8000H~0FFFFH两个不同的区域。其中，0000H~7FFFH可作为普通片外RAM空间，8000H~0FFFFH可作为数据传输通道。在这里，我们把8000H~803FH的片外RAM寻址空间映射到右端乙机的0000H~003FH的地址空间。（其实甲机8000H以上的任意地址都会映射到相应的乙机0000H ~003FH空间。这里为简单起见，只用甲机的最高位地址线直接线选，并约定甲机的通信数据都往8000H~803FH中写。）因此，甲机端的低六位地址线通过74ALS373接到乙机端的低六位地址线。同时，读写控制线也接过来。两边的数据线通过74ALS245接起来以进行双向数据传输。不传数据时，乙机的P1.7为高电平，74ALS373处于高阻态，74ALS245也因为没有被甲机的地址线选通而呈高阻态，两边的CPU可以在自己的空间运行程序，保持相对独立。甲单片机P1.0接到乙机的INT0脚，可通知乙单片机做传输数据的相应处理，同时可以通过中断来唤醒处于ID状态的乙机。传数据时,乙机的P1.7为低电平，打开74ALS373，同时乙机的P1.7还接到甲机的INT0口，以通知甲机可以开始送数或取数。甲机最高位地址线A15作为数据选通信号，使甲机端可以读写乙机端0000H~003FH地址空间RAM中的数据。数据传送方向由乙机的P1.6脚进行控制。
甲机要把数据传到乙机时，先通过P1.0输出一个下降沿脉冲到乙机的INT0口通知乙单片机，乙机中断服务程序判断是甲机要送数据过来，用指令
MOV DPTR, #003FH
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR 0FFH
把地址线置为003FH，P0口置为FFH。乙机把地址线置为003FH后，进入ID状态，地址线会保持这种状态，甲机就可以控制乙机的低六位地址线；同时乙机的高十位地址线保持为"0"，这样就确保了甲机的数据映射到乙机的0000H~003FH的地址空间。乙机向数据線上写FFH，是保证把P0口都置“1”，进入ID工作方式后，P0口（即数据线）也会保持这种状态，以保证甲机端数据顺利写入。然后，乙机P1.6脚输出高电平，置数据传送方向为甲机到乙机。最后，乙机在P1.7脚发一个下降沿脉冲,以中断通知甲机可以送数据,同时保持低电平，打开74ALS373，再执行
ORL PCON.0,#00000001B
进入ID状态。甲机的INT0中断服务程序把数据从8000H~803FH送过来。送完后，通过甲机P1.0再给乙单片机的INT0端发一个下降沿脉冲唤醒乙机，乙机INT0中断服务程序判断数据已经传送完，进行接收数据处理。
同理，乙机要送数据到甲机时，先把数据写到0000H~003FH，最后是向003FH写FFH，以完成正确置位地址线和数据线。还要把P1.6脚置为低电平，控制数据从乙机传向甲机。再在乙机P1.7发下降沿脉冲触发甲机INT0中断，同时P1.7保持低电平，打开三态门，然后进入ID状态。甲机INT0中断服务程序判断乙机要送数据过来，并且已经做好准备，就把数据从8000H~803FH取过来（当然,803FH中数据无效）。取完后，甲机再通过P1.0给乙单片机的INT0端发一个"1"下降沿脉冲唤醒乙机，让乙机继续运行程序。
乙机的INT0中断服务程序要处理几个不同事务，有几个分支。如果是乙机向甲机传数据,乙机INT0不用做实质工作，退出中断继续运行主程序即可；如果是甲机向乙机传数据，在传数据之前，乙机INT0要为传数据做好准备，并置乙机为ID状态。传数据之后，乙机INT0处理数据。这里要设置数据传送方向和数据传送状态两个标志，用以引导程序正确运行。甲机的INT0根据传数据方向标志传数据或读数据即可。
结束语
该方法在实际应用得到了较好效果。节省了外部器件的使用。
参考资料：
[1]《8051单片机实践教程》 徐爱钧电子工业出版社2005
[2]《单片机原理及接口技术》李朝青北京航空航天大学出版社 2005
关键字 单片机；双CPU
Abstract：Automatic system to spend machine system control circuit complexity, the traditional single-chip I / O port can not meet the requirements, this article describes a novel method to achieve the 51 series single-chip dual-CPU system, not only the realization of hardware and software are relatively simple, fast data transfer speeds.and do not involve the high cost of special devices.Keyword microcontroller; dual-CPU
中图分类号：S972.7+6文献标识码：A文章编号：
引言
传统单片机的I/O口数量有限，若要实现复杂系统控制则会出现不够用的情况，采用GAL等器件也是一种不错的扩展I/O口的方法，但GAL器件功耗比较大，使用过程中经常会出现故障。另外，我们可采用双CPU来解决该类问题。
一 实现双处理器的方法
1．使用双口RAM。这种方法方便地实现了CPU之间的通信，在选择CPU接口时具有较大的灵活性；但这种方法会增加电路设计的难度和成本。
2．利用I/O口进行并行通信。这种方法既要用I/O口传送数据，又要用I/O口来进行传送的控制，因此占用较多的I/O口；而且控制过程涉及进行通信的两个CPU，软件设计比较复杂。
3．利用串口进行通信。使用UART或I2C总线来联系CPU也是常用的方法。这种方法实现简单，只是传输速度较慢。
4．共享内存。共享内存实际上又有两种不同实现。第一种如LON网络的Neuron节点芯片，利用不同时序实现共享内存。这种方法必须制成专用芯片，把CPU和RAM封装在一起，一般情况下实现困难。第二种如96系列单片机，使用HOLD线先挂起其中一单片机的总线，以使用其内存。这种方法简单而且传输速度快，在具有HOLD功能的CPU系统中经常使用这种方法实现双CPU。
二 使用共享内存法实现双CPU通信
由于51单片机没有HOLD功能，一般不能使用共享内存法实现双CPU通信。这里介绍一种方法，使一般51单片机能够用共享内存实现双CPU通信。该方法电路简单，软硬件实现容易；数据传输速度快，而且占用系统资源少（不使用I/O口传递数据，而用一部分地址空间作为数据传送的媒体），能充分发挥双CPU的作用。下面具体介绍这种方法。
2.1 基本设计方案
首先，甲机划出一部分片外RAM的地址空间作为数据传输的专门通道（一般可用高端地址空间）；同时，把这个地址空间映射到接收数据的乙机端的相同大小片外RAM地址空间（乙机端可以直接访问到）。两边需要传递数据时，甲机就直接向这个地址读写数据。读写数据之前，两边要先联络，做好数据传输前的准备。
甲机负责制花机的机械动作及信号控制，乙机负责显示控制。
两边数据线要用开关门电路隔开，可以用三态门。地址线也按照设计者的安排，甲机端经过开关门电路直接映射到乙机端特定片外RAM地址。因为甲机要在乙机这边读写数据，所以甲机对片外RAM的读写选通信号也要经过开关接到乙机读写端。发送数据前，要打开这些开关门电路。这样，甲机就可以在乙机的片外RAM中读写数据了。
最后,还有一个重要工作。两边的CPU有自己独立的工作，彼此独立地在自己的数据线和地址线运行程序，要共用乙机的RAM来实现通信就必须在传送通信数据期间让乙机交出总线控制权，而51单片机又不具备96单片机的HOLD功能，怎样才能让乙机交出总线控制权？这里要用其它方法。51系列单片机本身有ID工作方式（空闲状态），ID方式可以用中断唤醒。我们可以利用ID工作方式让乙机暂停工作，从而让甲机CPU在乙机这边存取数据。
2.2 具体实现方法
图1 双机通信原理图
图1是两个51单片机组成的双机系统。我们把左边甲机的普通片外RAM地址寻址空间分为0000H~7FFFH和8000H~0FFFFH两个不同的区域。其中，0000H~7FFFH可作为普通片外RAM空间，8000H~0FFFFH可作为数据传输通道。在这里，我们把8000H~803FH的片外RAM寻址空间映射到右端乙机的0000H~003FH的地址空间。（其实甲机8000H以上的任意地址都会映射到相应的乙机0000H ~003FH空间。这里为简单起见，只用甲机的最高位地址线直接线选，并约定甲机的通信数据都往8000H~803FH中写。）因此，甲机端的低六位地址线通过74ALS373接到乙机端的低六位地址线。同时，读写控制线也接过来。两边的数据线通过74ALS245接起来以进行双向数据传输。不传数据时，乙机的P1.7为高电平，74ALS373处于高阻态，74ALS245也因为没有被甲机的地址线选通而呈高阻态，两边的CPU可以在自己的空间运行程序，保持相对独立。甲单片机P1.0接到乙机的INT0脚，可通知乙单片机做传输数据的相应处理，同时可以通过中断来唤醒处于ID状态的乙机。传数据时,乙机的P1.7为低电平，打开74ALS373，同时乙机的P1.7还接到甲机的INT0口，以通知甲机可以开始送数或取数。甲机最高位地址线A15作为数据选通信号，使甲机端可以读写乙机端0000H~003FH地址空间RAM中的数据。数据传送方向由乙机的P1.6脚进行控制。
甲机要把数据传到乙机时，先通过P1.0输出一个下降沿脉冲到乙机的INT0口通知乙单片机，乙机中断服务程序判断是甲机要送数据过来，用指令
MOV DPTR, #003FH
MOV A, #0FFH
MOVX @DPTR 0FFH
把地址线置为003FH，P0口置为FFH。乙机把地址线置为003FH后，进入ID状态，地址线会保持这种状态，甲机就可以控制乙机的低六位地址线；同时乙机的高十位地址线保持为"0"，这样就确保了甲机的数据映射到乙机的0000H~003FH的地址空间。乙机向数据線上写FFH，是保证把P0口都置“1”，进入ID工作方式后，P0口（即数据线）也会保持这种状态，以保证甲机端数据顺利写入。然后，乙机P1.6脚输出高电平，置数据传送方向为甲机到乙机。最后，乙机在P1.7脚发一个下降沿脉冲,以中断通知甲机可以送数据,同时保持低电平，打开74ALS373，再执行
ORL PCON.0,#00000001B
进入ID状态。甲机的INT0中断服务程序把数据从8000H~803FH送过来。送完后，通过甲机P1.0再给乙单片机的INT0端发一个下降沿脉冲唤醒乙机，乙机INT0中断服务程序判断数据已经传送完，进行接收数据处理。
同理，乙机要送数据到甲机时，先把数据写到0000H~003FH，最后是向003FH写FFH，以完成正确置位地址线和数据线。还要把P1.6脚置为低电平，控制数据从乙机传向甲机。再在乙机P1.7发下降沿脉冲触发甲机INT0中断，同时P1.7保持低电平，打开三态门，然后进入ID状态。甲机INT0中断服务程序判断乙机要送数据过来，并且已经做好准备，就把数据从8000H~803FH取过来（当然,803FH中数据无效）。取完后，甲机再通过P1.0给乙单片机的INT0端发一个"1"下降沿脉冲唤醒乙机，让乙机继续运行程序。
乙机的INT0中断服务程序要处理几个不同事务，有几个分支。如果是乙机向甲机传数据,乙机INT0不用做实质工作，退出中断继续运行主程序即可；如果是甲机向乙机传数据，在传数据之前，乙机INT0要为传数据做好准备，并置乙机为ID状态。传数据之后，乙机INT0处理数据。这里要设置数据传送方向和数据传送状态两个标志，用以引导程序正确运行。甲机的INT0根据传数据方向标志传数据或读数据即可。
结束语
该方法在实际应用得到了较好效果。节省了外部器件的使用。
参考资料：
[1]《8051单片机实践教程》 徐爱钧电子工业出版社2005
[2]《单片机原理及接口技术》李朝青北京航空航天大学出版社 2005