PC機與單片機多機主從互通的實(shí)現

　　0 引言

　　PC 機與單片機組成的主從系統很常見(jiàn)，在很多領(lǐng)域中都得到了應用。在這些系統中，PC 機與單片機之間一般采用串行通信方式，按照一定的格式，進(jìn)行數據、指令的交換，完成PC機對單片機的控制、數據前送，或者單片機上數據、狀態(tài)等信息的回送。

　　當單片機數量較多時(shí)，比較容易實(shí)現PC 機對所有單片機的控制。一般在這種情況下，采用廣播的方式。

　　所有單片機都掛在一條串行數據總線(xiàn)上，只需對單片機進(jìn)行地址編碼，PC機將地址數據和控制報文進(jìn)行廣播，單片機接收廣播數據后進(jìn)行地址比對，篩選出所需的數據，完成相應的數據傳送。

　　如果PC 機要對單片機多機進(jìn)行廣播，并回傳所有單片機的信息，即單片機還要發(fā)送數據至PC機，再加上單片機數量較多（大于100 個(gè)單片機），則要實(shí)現PC 機與單片機多機的互相通信，難度是比較大的。

　　本文提出了一種切實(shí)可行的方法，通過(guò)實(shí)際電路搭建和調試，實(shí)現了PC機與單片機多機的互相通信，達到了預定的目標，使該系統具有如下功能：

　?。?）PC機可以對所有100多個(gè)單片機進(jìn)行控制，根據需要，發(fā)送不同控制字到達每個(gè)單片機；

　?。?）PC機對單片機的狀態(tài)修改是隨機的、沒(méi)有規律的；

　?。?）所有單片機將自身的一些狀態(tài)信息按照順序回傳至PC機。

　　1 互通信的幾種實(shí)現方法

　　PC 機至多個(gè)單片機的廣播比較簡(jiǎn)單，難度較大的是多個(gè)單片機發(fā)送數據至PC機。由于100多個(gè)單片機均掛在一個(gè)數據總線(xiàn)上，系統設計的難點(diǎn)就在于數據總線(xiàn)控制權的傳遞，絕對不能出現有2個(gè)或者2個(gè)以上設備同時(shí)向總線(xiàn)上發(fā)送數據。系統設計之初，考慮了兩種總線(xiàn)控制方式有接力式和點(diǎn)名式：

　?。?）接力式總線(xiàn)控制方式

　　這種控制方式的基本思路是：初始化后，所有單片機在接收完P(guān)C機數據后，處于串行接收狀態(tài)，不占用總線(xiàn)控制權。PC機發(fā)出回送開(kāi)始指令，第1個(gè)單片機響應該指令，并立即占有總線(xiàn)控制權，向總線(xiàn)上的PC機發(fā)送數據，數據發(fā)送完成后，緊接著(zhù)第1個(gè)單片機發(fā)送控制指令，通知第2個(gè)單片機，同時(shí)第1個(gè)單片機退出總線(xiàn)控制權，處于接收狀態(tài)；第2個(gè)單片機接收到第1個(gè)單片機的開(kāi)始指令后，和前面第1個(gè)單片機一樣，開(kāi)始向總線(xiàn)上發(fā)送數據，并在結束傳送之后通知第3個(gè)單片機，如此這般，不斷接力傳輸，輪流控制總線(xiàn)，直至最后一個(gè)單片機完成數據傳送。在單片機控制總線(xiàn)，進(jìn)行回傳的過(guò)程中，如果要通過(guò)PC機向某個(gè)或者某些單片機傳送數據時(shí)，PC機軟件會(huì )自動(dòng)將這些數據存儲下來(lái)，等到最后一個(gè)單片機接收向PC機送數據之后，PC機再占用數據總線(xiàn)，開(kāi)始向單片機傳送數據。

　?。?）點(diǎn)名式總線(xiàn)控制方式

　　該控制方式與接力式控制方式大體相同，不同的是這種控制方式需要等待PC 機點(diǎn)名指令。系統初始化后，單片機接收PC機指令、數據之后，PC機發(fā)送點(diǎn)名指令，讓第1個(gè)單片機開(kāi)始傳送數據，第1個(gè)單片機接收該指令后，立即占用總線(xiàn)，開(kāi)始傳送數據，傳送結束后，發(fā)送結束指令至PC 機，PC 機在接收該結束指令后，立即占用總線(xiàn)，再發(fā)送點(diǎn)名指令，讓第2個(gè)單片機開(kāi)始傳送數據，如此不斷動(dòng)作，直至最后一個(gè)單片機結束傳送。

　　在單片機傳送數據時(shí)，如果PC 機要送數據至單片機，可以在接收完某個(gè)單片機數據之后，暫停發(fā)送點(diǎn)名指令，直接發(fā)送數據至某個(gè)或者某些單片機。待數據發(fā)送完成后，繼續接上原先的中斷的點(diǎn)名順序號，繼續向后點(diǎn)名、傳送數據。綜合考慮這兩種總線(xiàn)控制方式，不難發(fā)現，由于沒(méi)有來(lái)回傳遞點(diǎn)名的指令時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)，接力式的傳輸效率會(huì )略高于點(diǎn)名式，所以，一開(kāi)始還是采用了接力式的控制方式。

　　但是在進(jìn)行大的系統聯(lián)調時(shí)，問(wèn)題出現了。由于接力式脫離PC機的過(guò)程干預，一旦出現某個(gè)單片機程序跑飛、死機時(shí)，整個(gè)程序就沒(méi)法進(jìn)行下去，一直處于等待狀態(tài)，整個(gè)系統就癱瘓了。調試過(guò)程中出現過(guò)好幾次死機的情況。最后，不得不回頭修改總體方案，采用點(diǎn)名式的控制方式。如果中間某個(gè)單片機出現異常，沒(méi)有按照預定的程序回傳數據，則PC機就可以判斷該單片機死機，在經(jīng)歷過(guò)一段等待時(shí)間后，自行跳過(guò)該單片機，點(diǎn)名下一個(gè)單片機，繼續后續的回傳和程序。如果該故障單片機還在占用總線(xiàn)，影響下一個(gè)單片機的工作，則對單片機公用的復位端發(fā)送一個(gè)整體復位信號，讓所有單片機復位。經(jīng)過(guò)重新調整方案后，經(jīng)過(guò)長(cháng)時(shí)間運行，均沒(méi)有出現整機死機的狀況，總體運行情況良好。另外，這種控制方式還有其他兩種控制方式所不具有的優(yōu)勢：

　　可以隨時(shí)打斷回傳，幾乎實(shí)時(shí)發(fā)送新的指令到某個(gè)或者某些單片機上，該功能是非常實(shí)用的。

　　2 系統的硬件構成

　　根據系統的總體要求，構建了如圖1所示的硬件平臺。

　　整個(gè)系統采用RS 485 總線(xiàn)結構，RS 485 為差分平衡數字通信方式，具有較強的抗干擾能力，廣泛應用于遠距離數字通信。RS 485和RS 422A總線(xiàn)最大的區別是RS 485 可以單工雙向傳輸，而RS 422A 只能單向傳輸數據，在本系統由于存在大量單片機，如果使用RS 422A,電纜會(huì )增加一倍。另外，由于標準的RS 485鏈路只可以連接32個(gè)設備，故每個(gè)轉換器上要增加驅動(dòng)器。目前PC 機上已經(jīng)很難找到串口了，故PC 機與RS 485 總線(xiàn)之間采用PL2303 芯片進(jìn)行橋接。PL2303為Prolific 公司產(chǎn)品，可以很方便地將USB 接口轉換成標準RS 232 電平，用戶(hù)根本不用關(guān)心復雜的USB 協(xié)議和規范，在PC端的軟件編程中，只需像標準com口一樣使用USB口，因為Prolific公司提供的驅動(dòng)中，已經(jīng)將該USB 口模擬成了一個(gè)標準的com 口了。該芯片最高速度可以達到115 200 b/s,極大地方便了普通串行通信與PC機的連通。復位監視與讀寫(xiě)轉換電路也是一個(gè)單片機，不過(guò)該單片機只完成兩個(gè)功能。一個(gè)是就是接收RS 485 總線(xiàn)前的PC 機TXD（RS 232 端的TXD）發(fā)出信號，一旦出現PC機發(fā)出的全局復位串行代碼后，立即產(chǎn)生一個(gè)全局復位信號，將所有單片機進(jìn)行復位。該功能就是為了防止某個(gè)單片機出現故障，一直意外占用總線(xiàn)，導致整個(gè)系統癱瘓。