基于嵌入式系统的时分多址通信协议的实现

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1、基于嵌入式系统的时分多址通信协议的实现摘要：很多通信系统不能简单地采用查询方式，其缺点在于当网络上的器件很多时，会有大量的数据从主设备发送到从设备，从而浪费时间和资源。本文介绍的串行网络设计可以解决这个问题，同时给出了利用8051单片机嵌入式系统和C51程序实现时分多址（TDMA）网络通信协议的部分程序。关键词：8051单片机；时分多址（TDMA）通信协议；嵌入式系统；C51程序1、引言   很多通信系统在各种应用场合大多都是采用的主从式结构进行通信，如图1所示是单片机之间的通信系统，通常的方式是以一台PC机作为上位机，若干台单片机作为下位机，它们之间的通信可以采用查询的

2、方式、也可采用中断的方式进行。如果采用查询方式，当网络上的单片机很多时，会很浪费时间，当从设备之间要进行通信时，数据要经过上位机，主设备会将大量的数据从上位机主设备发到下位机从设备。如果采用中断方式通信时，也存在这样的问题，当同时有多个下位机提出中断请求时，上位机要对所有的中断进行排队，同时下位机的从设备也要具备中断排序功能。而当从设备之间要进行通信时，数据也要经过上位机主设备，这样就对主设备的数据处理带来很大的压力。2、TDMA的串行网络设计原理  我们可采用一种新的串行网络设计来解决这些问题，如下图2所示是其拓扑结构。这样的设计使从设备间可直接进行通信，而且不需要主控

3、制器（主设备）作过渡，并且每个器件上的串行中断的数量将大大增多。在这种网络拓扑结构中，通信权轮流分配，首先是节点1，然后是节点2……节点n，再接着就是节点1，这样无限循环。当轮到某个节点通信时，它就得到了控制权，能发送数据给其它任何节点，当通信时间到以后，必须释放总线的控制权，这就是时分多址TDMA（TimeDivision-MultipleAccess）网络通信的基本规则。   时分多址是在一个宽带的无线载波上把时间分成周期性的帧，每一帧再分成若干时隙，每个时隙就是一个通信信道，分配给每一个用户。系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发送

4、信号（突发信号），在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。基站发向各移动台的信号都是按顺序在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号（TDM信号）中把发给它的信号区分开来，所以TDMA系统是以“缓存—突发法”发送数据的。因此对任何一个用户而言发送信号都是不连续的。这就意味着数字数据和数据调制都必须与TDMA一起使用，而不像采用模拟FM的TDMA系统。   在设计中，每个节点都被分配了一个时间段号码用于通信，时间段是一个基本时间单位，它的选择要根据所要发送数据量的大小来决定。在这里，选用的时间段设置为50ms，知

5、道了时间段号码、总的时间段数量和时间段的大小，就可以很容易地用软件跟踪每个时间段，并对时间计数，当计数到自己的时间段号码时就可开始发送数据，并且会发送尽可能多的数据。例如，在发送队列里有5个消息，它不会仅仅发送一个消息，而会充分利用这50ms的时间把尽可能多的消息发出去，如果这个时间段只能发送3个消息，那么另外的两个消息会等到下一个时间段再发送。   网络上两个设备之间的交谈是很简单的，假设设备1想从设备2处取得一些数据，设备1会在它的时间段中向设备2发送请求数据的消息，设备2接收并分析设备1发送过来的消息，当确认消息有效时，会把该消息放入接收队列中处理，设备2的代码将产

6、生相应的应答信号，把这个应答消息放入发送队列中。当设备2的时间段来临时就把消息发送出去，与此同时，设备1计时等待设备2反馈的数据，这样就避免了无限制的等待。图3定时器0的中断服务程序3、TDMA的串行网络设计实现方法   TDMA网络节点基本硬件的设计很简单，用一排8脚的DIP开关和8051的P1口相连，端口的低位决定器件的时段号，高位决定网络器件号。下面是系统初始化的主程序：   定时器0的中断服务程序把标志位置位后，即跟踪系统的时间段，当本节点的时间段到了以后，它要调用发送数据的子程序发送正在等待发送的消息。如图3是定时器0的中断服务程序框图。下面是处理发送中断的程序

7、：   发送队列还将使用一定数量的entry结构，在每个结构间有一定的联系而不是简单地按照顺序关系排列，entris数组有两个连接列表，一个被使用，另一个未被使用。当需要新的存储结构时，从自由的列表中获取一个结构，并把它们连接到使用列表中。当需要删除一个结构时，就把该结构从使用列表中取出，并放回到自由列表中，新发送队列的源代码如下：   由于时分多址(TDMA)通信更多地考虑的是时间上的问题，所以特别要注意通信中的同步和定时这两方面。如果每个节点不是精确地在同一时刻复位，那是不可能保持同步的，系统会因为时隙的错位和混乱而导致接