分布式控制系統(tǒng)中單片機的串行通訊設(shè)計研究

1、分布式控制系統(tǒng)中單片機的串行通訊設(shè)計研究摘要：關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：分布式控制系統(tǒng)了；單片機；PC 機；串口通訊中圖分類號：TP302.1文獻標識碼：A文章編號：1.前言分布式控制系統(tǒng)（Distributed Control System）在日常的運用過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)多項任務(wù)需要一起執(zhí)行的狀況，因而在現(xiàn)代工業(yè)中多機分布式的系統(tǒng)模式得到了廣泛的應(yīng)用。該系統(tǒng)模式多由MCS- 51 單片機和個人計算機構(gòu)成。單片機具有體積小、功能強、應(yīng)用開發(fā)方便、價格低廉等優(yōu)點，同時還具備全雙工的串行通訊特點，在智能儀器儀表、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、家用電器等方面廣泛被采用【1】。同時，個人計算機可以對單片機外圍設(shè)備及人機對

2、話的薄弱環(huán)節(jié)進行補充，從而使各單片機可以獨立的完成各種數(shù)據(jù)的采集、控制及處理任務(wù)，并經(jīng)過相關(guān)的通信接口把有用的數(shù)據(jù)信息傳遞給PC機，由PC機對該類信息進行顯示、處理及打印，再將各種的相關(guān)控制命令傳輸至單片機，最終實現(xiàn)最優(yōu)化控制和集中性管理。故而上位IBM- PC機同各下位MCS- 51 單片機之間的有效通信顯得十分重要。2.系統(tǒng)硬件的相關(guān)電路設(shè)計通信技術(shù)是分布式控制系統(tǒng)中的關(guān)鍵性技術(shù)，運用通信網(wǎng)絡(luò)使分布式控制系統(tǒng)的資源在地理位置上及控制上可以得到有效的分散處理，同時還能夠?qū)崿F(xiàn)統(tǒng)一管理、集中監(jiān)視及資源共享。因而，人們通常認為分布式控制系統(tǒng)是在近程通信技術(shù)及微機技術(shù)得到高度發(fā)展并實現(xiàn)互相結(jié)合的必然

3、產(chǎn)物。由于分布式控制系統(tǒng)的各操作控制站在地域分布上比較的廣泛，且相互之間的距離也相差較遠，因此多選擇串行通信的方式，而PC機同單片機之間的有效通信也是采用串行口將其完成的。TTL 電平是單片機系統(tǒng)的主要電平，同標注的RS- 232C 的不能夠兼容的，再對通信的距離加以考慮，我們常選擇芯片MAX232完成轉(zhuǎn)換，并選擇三線制對串口進行連接，即對于9針PC機串口只選擇其中的3根線進行連接：第2腳RXD、第5腳GND及第3腳TXD。 單片機的第11腳同MAX232中的第10腳進行連接，第10腳同第9腳進行連接，第20腳同第15腳進行連接【2】。其參考電路圖如圖一所示：圖一PC機與單片機串口誦訊的硬件接

4、口電路圖3.通信協(xié)議為了確保通信可以安全穩(wěn)定的運行，必須對相關(guān)的通信協(xié)議進行建立和完善。在分布式控制系統(tǒng)中，每一臺單片機都有一個唯一的固定編號。當(dāng)開始通信時，首先由PC機對被呼叫單片機的固定編號進行呼叫，當(dāng)單片機接收到對應(yīng)微機的有效呼叫后，需要對編號進行判斷，看是否是自己的編號，若是，則相應(yīng)的對呼叫應(yīng)答信號進行發(fā)送，若不是，則不予理睬。微機在正確接收到對應(yīng)的呼叫應(yīng)答后，將對單片機發(fā)出有關(guān)的字符串作為通信命令。上位PC機的基本協(xié)議格式如圖二。圖二上位PC機協(xié)議格式在該格式中，單片機號表示與現(xiàn)場對應(yīng)的某一臺單片機，通常會占用一個有效字節(jié)，采用發(fā)送兩次的方式是為了避免出現(xiàn)干擾。命令碼則通常表示上位機

5、對下位機所發(fā)布的相關(guān)工作命令，也會占用一個有效字節(jié)，選擇發(fā)送兩次也是為了避免出現(xiàn)干擾。停止標志主要表示一次的命令還沒有發(fā)送完畢，在具體的運用過程中可按照該標志對上位機發(fā)送的命令是否完畢進行判斷。下位機的基本協(xié)議格式如圖三。圖三下位機協(xié)議格式其中，數(shù)據(jù)塊表示下位機傳輸?shù)缴衔籔C機的有關(guān)數(shù)據(jù)。而校驗位表示PC機對所接收的有效數(shù)據(jù)的奇偶性進行校驗，通常也只占用一個有效字節(jié)。待校驗完成后，可將有效的數(shù)據(jù)信息寫入到內(nèi)存，若校驗的數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤則會發(fā)出傳輸錯誤的數(shù)據(jù)信息，要求單片機對數(shù)據(jù)進行重新的傳輸。此外，若要使通信協(xié)議更加的完善，只采用上述的約定還是達不到應(yīng)有的實踐控制效果，因此，還必須在數(shù)據(jù)的發(fā)送與接

6、收的時間段上進行限制，避免在某些因素的影響下導(dǎo)致出現(xiàn)長時間等待對方回應(yīng)的情況，使系統(tǒng)可以處于正常的工作狀態(tài)，不會出現(xiàn)某些延誤處理動作。在時間的限制方面可按照CPU處理的實際速度、通信的具體內(nèi)容及余量等對其加以確定。4.PC機串行通訊的設(shè)計在Windows系統(tǒng)下選擇VB串行通訊控件可以有效的實現(xiàn)多單片機同PC機之間的正常通訊，無須對其他語言加以借用便就對控制系統(tǒng)的通訊軟件進行開發(fā)。VB所提供的串行端口對Mscomm 控件進行控制，以為應(yīng)用程序有效的提供相關(guān)串行通訊。Mscomm控件可以對底層操作加以屏蔽，程序控制員可以對Mscomm 控件的事件及屬性進行設(shè)置和監(jiān)視，并與Timer控件相結(jié)合便可以

7、使串行口的數(shù)據(jù)初始化，并實現(xiàn)對相關(guān)數(shù)據(jù)的正確輸入和輸出。4.1對單片機命令進行發(fā)送在系統(tǒng)的正常運行中，主機必須可以實時的控制整個完整的檢測過程，并在命令發(fā)送以后對等待時間進行設(shè)定，再通過相關(guān)條件對下一步的接收或發(fā)達命令進行判斷。4.2 進行數(shù)據(jù)的接收對于數(shù)據(jù)接收而言是一個相對比較被動的過程，通常運用函數(shù)來得以實現(xiàn)。在接收的實際過程中，可以選擇通訊協(xié)議中已明確約定的特征字符來表示，如“#”及“OK”等【3】。4.3 Timer 控件控制選擇Timer控件對通訊中的有關(guān)發(fā)送命令及接收數(shù)據(jù)的過程進行控制，通常情況下需要在通訊程序中分別進行兩個Timer控件的設(shè)置，實現(xiàn)對單片機發(fā)送命令及單片機接收數(shù)據(jù)

8、的控制。4.4 監(jiān)視總線狀態(tài)、自動接收及對通訊錯誤進行處理對總線狀態(tài)進行監(jiān)視，完成自動接收，對通訊錯誤及時的進行處理，可以運用OnComm事件加以實現(xiàn)。VB程序在實際的運行過程中，將MSComm1.Rthreshold設(shè)置為等于1，當(dāng)接收事件出現(xiàn)時該程序會自動的對MSCom m 1.OnCom m()進行訪問。5.單片機串行通信的設(shè)計在對單片機的串行通信程序進行設(shè)計時，必須使單片機的實際效率得到有效的發(fā)揮。單片機通常在實時性比較強的具體控制場合加以運用，在設(shè)計時還必須將響應(yīng)時間加以考慮，盡量控制和減少在輔助性操作時對CPU時間進行過多的占用。因此，可以將通信程序劃分為以下三個部分，即發(fā)送中斷處

9、理、接收中斷處理、通信處理，并將其進行有機的結(jié)合，進而構(gòu)成單片機的整個科學(xué)通信程序。5.1發(fā)送中斷處理程序 在分布式控制系統(tǒng)中，發(fā)送中斷處理程序一般是用來對微機發(fā)送的有關(guān)數(shù)據(jù)進行處理，該程序通常都處于相對禁止的狀態(tài)，其工作主要是在通信處理程序中把數(shù)據(jù)發(fā)送到寫入單片機的相關(guān)緩沖區(qū)后，再將所有緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)發(fā)送給相對應(yīng)的微機【4】。5.2接收中斷處理程序?qū)⑽C需要發(fā)送至單片機接收緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)加以接收便是接收中斷處理程序的主要工作內(nèi)容，當(dāng)其接收到相關(guān)數(shù)據(jù)或在限定的時間內(nèi)沒有后續(xù)數(shù)據(jù)的傳輸，便可以顯示接收數(shù)據(jù)完畢的標志，并請求相關(guān)通信處理程序完成數(shù)據(jù)處理。5.3 通信處理程序通信中斷程序需盡量減少對CP

10、U的占用時間，通信處理程序可以放置于普通的主循環(huán)系統(tǒng)中進行調(diào)用。當(dāng)接收完上位機傳輸?shù)降乃袛?shù)據(jù)后，同時在接收完畢顯示“ON”標志時，程序便對其進行處理，其他情況需等待處理【5】。如此便可以運用數(shù)據(jù)傳輸后微機的等待回答時間對別的程序進行處理，從而便可以避免浪費過多的等待時間，使CPU的有效利用率不斷得到提高?！緟⒖嘉墨I】【1】杜太行,孫小祿,王進立.可逆冷軋機總線網(wǎng)絡(luò)控制技術(shù)的研究及其應(yīng)用.低壓電器. 2012(09):202-203.【2】劉興奎,吳庚.基于單片機的電動欄桿機控制系統(tǒng).遼寧省交通高等?？茖W(xué)校學(xué)報. 2012(02);134-135.【3】張長海,朱勤芹,索長征,曹會彬.基于CAN總線的