利用SPComm 控件實(shí)現的PC 機與單片機串口通訊

1．引言

隨著(zhù)計算機網(wǎng)絡(luò )通訊與信息技術(shù)的高速發(fā)展，采用PC與多臺單片機構成的分布式系統、工業(yè)控制系統、數據傳輸系統等越來(lái)越受到廣泛應用。下位機采用運行性能較為可靠的單片機，直接對所控制對象進(jìn)行實(shí)時(shí)數據的采集、計算、判斷和處理；而上位機則多采用PC機(如Pentium 系列)，主要負責對各單片機進(jìn)行綜合管理，以實(shí)現測控系統的自動(dòng)檢測與控制。在這類(lèi)應用系統中,穩定可靠、方便快捷的數據通信是實(shí)現應用系統功能的基礎和保障。因此,如何根據系統的實(shí)際工作環(huán)境條件,選擇恰當的通信接口和協(xié)議,合理設計通信軟件和硬件控制電路以獲得高可靠性，強抗干擾和容錯能力成為衡量此類(lèi)系統好壞的最重要因素。

本文以某一工程項目通訊系統為例，介紹一種基于Delphi語(yǔ)言利用SPComm控件實(shí)現了計算機與下位AT80C51單片機之間通信的軟硬件設計與實(shí)現，并給出關(guān)鍵環(huán)節的具體的實(shí)現方法。

2．硬件系統

該系統以PC機作為上位主機，各下位機由AT80C51單片機組成，各下位機之間無(wú)數據傳輸，只與主機產(chǎn)生數據交換。根據該工程的特點(diǎn)，各單片機與PC機以RS-485總線(xiàn)連接。

由于微機串口通常采用RS-232電平，而單片機串口是TTL電平，二者不兼容。所以，接口必須做電平轉換處理。單片機串行口的TXD、RXD經(jīng)MAX485電平轉換為RS-485電平，在主機端經(jīng)MAX485和MAX232轉換為RS-232電平，再與微機的RxD、 TxD和GND相連。為了提高可靠性和抗干擾能力。在本項目工程中,可以對下位機主控板上的通信部分進(jìn)行光電隔離。這樣的話(huà),使得即便是有超越 MAX485的ESD保護范圍的靜電或雷電感應在信號線(xiàn)上,也只會(huì )毀壞驅動(dòng)器或光耦合,不至于破壞整個(gè)后級系統。同時(shí)，通信總線(xiàn)采用屏蔽線(xiàn),各段線(xiàn)路屏蔽層相聯(lián)接,集中到某一處,采用了必要的接地措施。布置總線(xiàn)時(shí)盡量避免了與高壓電或動(dòng)力電線(xiàn)路平行,無(wú)法避免時(shí),盡量讓兩者之間距離足夠大。其接口系統結構圖如圖所示：

3．系統軟件設計

1） 通訊協(xié)議

在本系統中，PC機是主控單元，單片機是PC機信息的接受者。由于涉及到單片機多機通訊，因此串行口工作方式選為方式3，通訊格式為每11位構成一串行幀：1位起始位(0)，8位數據位(最低有效位在前)，1位地址幀識別位(1)，1位停止位(1)，無(wú)奇偶校驗位（其中第9位進(jìn)到單片機RB8）。該設計中，每次通訊過(guò)程總是由上位PC機首先發(fā)起，通訊時(shí)單片機先進(jìn)入通訊狀態(tài)，等待與計算機通訊。其過(guò)程分為以下幾步：

(1)通訊前每臺單片機設置一個(gè)地址。所有單片機SCON寄存器中的SM2位置1，準備接收地址幀。

(2)PC機向所有單片機發(fā)地址幀，單片機接收到地址幀后與本機地址比較，若不同則不動(dòng)作，繼續等待下一個(gè)地址幀；若相同，返回本機地址確認。

(3)主機接收到地址確認后，按要求向目標發(fā)送命令字。①傳送數據命令：可根據要求單片機發(fā)送的數據的不同具體定義，為8位單字節數 ；②接收數據命令：EFh；

(4)目標單片機接收到命令字后：按要求動(dòng)作。①接收到“請求接收命令”：發(fā)FEh（若做好接收準備），發(fā)00h（若未準備好發(fā)送）。②接收到“請求發(fā)送數據”：按指定要求發(fā)送數據。

(5)由于數據傳輸是在強干擾的環(huán)境中進(jìn)行的，而且傳輸距離又較遠，為了保證數據能高速、準確傳輸，軟件編程考慮對大批量數據進(jìn)行分組傳送，同時(shí)對每組數據進(jìn)行和校驗，檢查其準確性。PC機每次接收到一組數據，均要進(jìn)行再次和校驗，然后將PC機的校驗和結果和單片機傳送過(guò)來(lái)的校驗和相比較，若兩者不等則說(shuō)明傳輸有錯校驗失敗，PC機給單片機發(fā)重傳命令，要求單片機重新發(fā)送該組數據。若校驗正確，PC機發(fā)確認信號，并準備接收下一組采樣數據。

在傳輸過(guò)程中上位機發(fā)送出去的數據有三類(lèi)：①從機地址；②命令字；③向下位機發(fā)送的數據包；收到的數據有兩類(lèi)：①從下位單片機發(fā)來(lái)的確認信號；②從下位機傳來(lái)的數據；下位單片機接收和發(fā)送的數據與之對應不再贅述。

2） 上位機軟件設計

在Delphi 中進(jìn)行串行通訊的方法可以分成以下幾種:

本文采用了Spcomm 控件, 其功能強大, 使用方便, 具有豐富的與串口通訊密切相關(guān)的屬性事件和方法, 提供了對串口的各種操作。其主要事件及方法如下：

主要事件:Onrececvedata: 當有數據輸入緩存時(shí), 將觸發(fā)該事件。OnreceiveError: 當接收數據出現錯誤時(shí), 觸發(fā)該事件。

主要方法:Startcomm: 用于打開(kāi)串口, 當打開(kāi)失敗時(shí)通常會(huì )報錯。Stopcomm: 用于關(guān)閉串口, 沒(méi)有返回值。Writecommdata: 用于將一個(gè)字符串發(fā)送到寫(xiě)進(jìn)程。

利用Spcomm控件編寫(xiě)上位機程序，簡(jiǎn)單快捷，靈活方便，實(shí)現過(guò)程中有以下關(guān)鍵點(diǎn)需要注意：

(1) 地址幀的產(chǎn)生。由于PC機沒(méi)有像單片機一樣的串口工作方式，因此不能自動(dòng)生成地址幀。設計軟件時(shí)應人工生成地址幀。單片機串口工作在方式3時(shí)地址幀的格式如圖2所示：

即八位數據后加一位“1”。因此可以利用Spcomm控件中的奇偶校驗位來(lái)模擬，方法是：
form1.Comm1.ParityCheck:=false;
form1.Comm1.Parity:=mark;
form1.Comm1.ParityCheck:=true;

這樣在發(fā)出的一個(gè)字節的數據末尾會(huì )加上一個(gè)“1”，也就形成了地址幀。當然在發(fā)送其他數據時(shí)，應該先把最后一位清零“0”：
S3C2410 ARM9開(kāi)發(fā)板800
form1.Comm1.ParityCheck:=false;
form1.Comm1.Parity:=space;
form1.Comm1.ParityCheck:=true;

(2) 在PC機端的MAX485芯片的收發(fā)狀態(tài)可以利用DTR（九針串口第四針）引腳來(lái)控制。對于Spcomm控件來(lái)說(shuō)，屬性中有DtrControl屬性，利用該屬性可以方便地對DTR引腳進(jìn)行高低電平控制。該屬性可以取三個(gè)值，分別為：DtrEnable，DtrDisable，DtrHandshake，本設計中只用到前兩個(gè)值。
form1.Comm1.DtrControl:=DTREnable; //DTR引腳有效
form1.Comm1.DtrControl:=DTRDisable; //DTR引腳無(wú)效

(3) 校驗和的產(chǎn)生。為了增強數據傳輸的準確性，采用校驗和的檢驗方式。本設計里校驗和的產(chǎn)生分兩部分，一部分是發(fā)送數據之前，要對發(fā)送的數據進(jìn)行累加產(chǎn)生校驗和發(fā)送出去，這個(gè)校驗和稱(chēng)為源校驗和(sorcechksum)。另一部分是在接收數據是，要將接收到的數據累加產(chǎn)生一個(gè)目的校驗(orgchksum)和用來(lái)與接收到的校驗和相比較。

此兩部分的程序實(shí)現如下：
function addchksum(sorstring:string): string;
var
i,j,chksum: integer;
begin
j:=length(sorstring);
chksum:=0;
for i:=1 to j do begin
chksum:=(chksum+ord(sorstring[i])) and $FF; //產(chǎn)生源校驗和
result:= sorstring+inttohex(chksum,2)+chr(13); //將源校驗和加在發(fā)送字符串尾
end;
end;
/*********************************************************************************/
function examchksum(var inbuf:array of char;strlen:WORD):boolean;
var i:integer;
sorchksum,orgchksum:integer;
begin
orgchksum:=0;
for i:= 0 to strlen-4 do begin
orgchksum:=(orgchksum+ord(inbuf[i]))and $FF; //產(chǎn)生目的校驗和
end;
sorchksum:=strtoint('$'+copy(inbuf,strlen-3+1,2)); //將源校驗和分離出來(lái)
if orgchksum=sorchksum then result:=true //比較目的校驗和與源校驗和
else result:=false;
end;

(4) 數據的接收和發(fā)送是將一組數據看成一個(gè)String類(lèi)型數據來(lái)操作的，而Delphi中使用的是Pascal字符串，因此在發(fā)送之前應該用Pchar()函數對要發(fā)送的數據進(jìn)行轉換：

WriteCommData(Pchar(@outstr[i]),1); //參數分別為發(fā)送字符串首地址，要發(fā)送的字符串數。

Spcomm控件中的數據接收發(fā)式是事件觸發(fā)方式。OnReceiveData : procedure (Sender: TObject;Buffer: Pointer;BufferLength: Word) of object

當輸入緩存有數據時(shí)將觸發(fā)該事件，在這里可以對從串口收到的數據進(jìn)行處理。Buffer中是收到的數據，bufferlength是收到的數據長(cháng)度。 因此對于PC機來(lái)說(shuō)可以通過(guò)bufflength的長(cháng)度來(lái)區分數據和從單片機返回的確認信號。本設計規定命確認信號為一個(gè)字節，而數據的傳輸由于加上校驗和至少為兩個(gè)字節。

(5) 為了防止實(shí)際工作中當向某臺從機發(fā)送地址幀或命令字后，如果失去接收主機發(fā)出的地址數據的機會(huì )，或因某臺從機不工作而使系統陷入“死循環(huán)”程序而不能正常工作。為了避免這種情況的發(fā)生，在設計時(shí)還要考慮一定的容錯機制，本設計中采用的方法是在發(fā)送完地址幀和命令字后，程序開(kāi)始計時(shí)。如果超過(guò)一定時(shí)間還沒(méi)收到返回確認信息，就重發(fā)剛剛發(fā)送的數據如果重發(fā)3確認還沒(méi)收到確認信息，即報告出錯，并記錄該出錯單片機地址。本設計利用WindowsAPI函數編寫(xiě)一個(gè)延時(shí)小程序：
procedure TimeDelay(DT:DWORD); //DT為延時(shí)時(shí)間（ms）
var TT:DWORD;
begin
TT:=GetTickCount(); //調用API函數
while GetTickCount()-TTDT do
Application.ProcessMessages; //系統掛起
end;

3） 下位機軟件設計

根據該工程特點(diǎn)，通訊只在特定時(shí)間進(jìn)行，因此下位機只須采用查詢(xún)方式與主控機通信:當主控機需要發(fā)送或讀取下位機數據時(shí),事先控制下位機進(jìn)入通訊狀態(tài)，初始化串口，等待PC機請求接收和發(fā)送數據。本設計采用C51語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，下位機主程序流圖如下圖所示。

4 結束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)試運行該系統工作穩定，收發(fā)數據可靠。Delphi是Windows環(huán)境下最優(yōu)秀的程序設計工具之一，使用它可以方便地編寫(xiě)出非常優(yōu)美、流暢的應用程序界面。利用第三方Spcomm通訊控件避免了調用API函數，需要設置繁復的參數的麻煩。本文正是應用了二者的長(cháng)處，實(shí)現了微機與單片機的通信。

參考文獻
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