摘要：介紹了分布式控制系統(tǒng)中上位PC機(jī)與下位單片機(jī)異步串行通信的通信協(xié)議;同時介紹了在VC++6.0環(huán)境下用PComm編寫的PC機(jī)通信程序來實現(xiàn)上位機(jī)和下位機(jī)異步串行通信的方法，給出了PComm編程實例和下位機(jī)程序模塊流程圖。 關(guān)鍵詞：分布式控制系統(tǒng);異步;串行通信;PComm 在由一臺PC機(jī)(上位機(jī))和多臺單片機(jī)(下位機(jī))構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)中，單片機(jī)主要負(fù)責(zé)實時數(shù)據(jù)采集，并將初步處理后的數(shù)據(jù)通過串行口傳送給PC機(jī)?以便由PC機(jī)串行口的命令對單片機(jī)進(jìn)行控制，同時通過打印機(jī)或顯示器向用戶隨時提供各種統(tǒng)計報表和整個控制過程的具體數(shù)據(jù)。在這樣的分布式控制系統(tǒng)中，單片機(jī)與微機(jī)之間的多路通信是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵，本文將介紹在提高通信的準(zhǔn)確性、可靠性和效率的前提下，用PComm開發(fā)PC機(jī)與單片機(jī)的通信程序的解決方案。 1　通信協(xié)議 為了保證可靠的通信，必須有一套完善的通信協(xié)議。分布式控制系統(tǒng)中的每臺單片機(jī)均有唯一的番號。通信開始時，先由PC機(jī)呼叫被叫單片機(jī)的番號，單片機(jī)在接收到微機(jī)的呼叫后，首先判斷是不是自己的番號，如果是，則發(fā)送呼叫應(yīng)答信號，否則不予理睬。微機(jī)在接收到呼叫應(yīng)答信號之后，將向單片機(jī)發(fā)出通信命令字符串。以下是上位PC機(jī)協(xié)議的格式： 單片機(jī)號單片機(jī)號命令碼命令碼停止標(biāo)志　其中，單片機(jī)號代表現(xiàn)場第幾臺單片機(jī)，占用1個字節(jié)，發(fā)送兩次的目的是為了防止干擾;命令碼則代表上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)布的工作命令，它也占用1個字節(jié)，發(fā)送兩次的目的也是為了防止干擾。而停止標(biāo)志則表明一次命令發(fā)送完畢。使用時可依據(jù)該標(biāo)志判斷上位機(jī)的命令是否發(fā)送完畢。 下位機(jī)協(xié)議格式如下： 數(shù)據(jù)塊校驗位該格式中，數(shù)據(jù)塊為下位機(jī)上傳到上位PC機(jī)的數(shù)據(jù)。校驗位則用于PC機(jī)對收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行奇偶校驗(占1個字節(jié))。校驗正確后，可將數(shù)據(jù)寫入內(nèi)存，否則發(fā)出數(shù)據(jù)傳輸錯誤信息，以要求單片機(jī)重新傳輸數(shù)據(jù)。 另外，作為一個完整的通信協(xié)議，只有上述約定還不夠，還必須在發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的時間間隔上加以限制。否則，很可能由于某些原因而造成無限制的等待對方應(yīng)答，使整個系統(tǒng)處于工作不正常狀態(tài)，或者延誤其它動作的處理。具體時間限制可根據(jù)通信內(nèi)容、CPU處理速度，再加上適當(dāng)?shù)挠嗔縼泶_定。 2　單片機(jī)通信程序設(shè)計

設(shè)計單片機(jī)通信程序時，必須充分發(fā)揮單片機(jī)的效率。由于單片機(jī)多應(yīng)用于實時性較強(qiáng)的控制場合，因此，應(yīng)將及時響應(yīng)和控制對象的動作放在優(yōu)先考慮的位置，以盡量減少通信等輔助性操作所占用的CPU時間?；谏鲜隹紤]，筆者在設(shè)計單片機(jī)通信程序時，將通信程序分為接收中斷處理程序、發(fā)送中斷處理程序和通信處理程序3部分，并將這3部分程序巧妙地進(jìn)行組合，從而構(gòu)成整個單片機(jī)的通信程序。 2.1 接收中斷處理程序 接收中斷處理程序主要負(fù)責(zé)接收微機(jī)發(fā)送到單片機(jī)接收緩沖區(qū)(不對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以減少中斷占用的時間)的數(shù)據(jù)，當(dāng)接收到規(guī)定的字符數(shù)或在一定等待時間內(nèi)無后續(xù)數(shù)據(jù)之后，置接收完畢標(biāo)志，以表明接收緩沖區(qū)中有待處理的數(shù)據(jù)并請求通信處理程序?qū)ζ溥M(jìn)行處理。其流程圖如圖1所示。 2.2 發(fā)送中斷處理程序 發(fā)送中斷處理程序主要負(fù)責(zé)向微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，發(fā)送中斷一般處于禁止?fàn)顟B(tài)，只有在通信處理程序?qū)⑿枰l(fā)送的數(shù)據(jù)寫入單片機(jī)的發(fā)送緩沖區(qū)，并將發(fā)送中斷置為允許方式后，發(fā)送中斷才開始工作，并將緩沖區(qū)數(shù)據(jù)逐一發(fā)送給微機(jī)。當(dāng)發(fā)送完指定長度的數(shù)據(jù)后(發(fā)送緩沖區(qū)為空)，發(fā)送中斷處理程序?qū)l(fā)送中斷置為禁止(關(guān)閉)狀態(tài)，直到通信處理程序?qū)⑵湓僖淮伍_放。其流程如圖2所示。 2.3 通信處理程序 考慮到盡量減少通信中斷程序所占用的CPU時間，通信處理程序被放在普通主循環(huán)中調(diào)用。只有在接收到上位機(jī)送來的一串?dāng)?shù)據(jù)，且接收完畢標(biāo)志為“ON”時，才能真正進(jìn)行處理，否則不進(jìn)行處理。這樣就可利用送信后等待微機(jī)回答的時間進(jìn)行別的處理，從而消除了空等待時間，提高了CPU的利用率。通信處理程序可根據(jù)通信處理狀態(tài)的不同來分別執(zhí)行不同的路徑。在進(jìn)入相應(yīng)路徑后，首先對接收緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行正確性檢查，檢查正確后再根據(jù)通信要求或協(xié)議規(guī)定對緩沖區(qū)的內(nèi)容進(jìn)行處理(包括內(nèi)存的寫入和讀出)，同時重新組織數(shù)據(jù)到發(fā)送緩沖區(qū)以向微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，最后退出通信處理程序以執(zhí)行其它的程序。待接收中斷程序重新接收到數(shù)據(jù)并將接收完標(biāo)志置為“ON”后，可重新進(jìn)入通信處理程序進(jìn)行處理。 3　PC機(jī)通信程序設(shè)計 在VC++6.0環(huán)境下，利用PC機(jī)串口進(jìn)行通信的常用方法有兩種?第一是調(diào)用Windows API?Appli- cation Program Interface函數(shù);第二是使用ActiveX的MSComm控件。第一種方法需聲明及調(diào)用許多API函數(shù)，十分煩瑣。而第二種方法是將API函數(shù)封裝起來，這種方法雖較為簡便，但不能滿足復(fù)雜情況下的通信要求。本文將介紹另外一種用PComm處理PC機(jī)的串口通信方法。 PComm是一種用于處理多進(jìn)程/多線程的串口通信軟件開發(fā)工具，它提供了許多基于API函數(shù)的命令集來處理串口通信，可以在Visual C++、Visual Basic、Delphi 5.0等多種開發(fā)工具下使用，且具有傳輸速度快、使用靈活方便等特點，能夠滿足復(fù)雜情況下的串口通信要求。 3.1 Pcomm的主要命令碼 PComm的主要命令碼有以下幾種： ● sio open(port); 用于設(shè)置并打開串口，其中port的1、2、3、4分別代表COM1、COM2、COM3、COM4。當(dāng)返回值為0時，表示串口已經(jīng)打開，否則為串口打開出錯。 ● sio close(port); 關(guān)閉串口，當(dāng)返回值為0時,表示串口已經(jīng)關(guān)閉，否則為串口關(guān)閉出錯。 ● sio ioctl(port?baud?mode); 用于設(shè)置串口波特率、校驗位、數(shù)據(jù)位、停止位等參數(shù)。 ● sio getch(); 從串口輸入緩沖區(qū)讀出一個字符，返回值為0表示已收到數(shù)據(jù)。 ● sio-read(port?buf?len); 用于從串口輸入緩沖區(qū)讀出一串字符，buf代表字符串?dāng)?shù)組len代表數(shù)組長度，返回值為0表示未收到字符，大于0代表收到字符的個數(shù)。 ● sio-SetReadTimeouts?port?TotalTimeouts(Inter-valTimeouts); 在設(shè)定的等待時間內(nèi)連續(xù)讀串口輸入緩沖區(qū)，TotalTimeouts代表設(shè)定的等待時間，IntervalTimeouts代表每次讀出的間隔時間。 ● sio-flush(port?func); 用于清空緩沖區(qū)。當(dāng)func為0時清空輸入緩沖區(qū)，為1時清空輸出緩沖區(qū)，為2時清空輸入輸出緩沖區(qū)。 ● sio-putch(port?term); 用于向串口緩沖區(qū)發(fā)送一個字符，返回值為0時表示發(fā)送正確，否則表示發(fā)送錯誤。 ● sio-write(port?buf?len); 用于從串口緩沖區(qū)發(fā)送一串字符，buf代表字符串?dāng)?shù)組,len代表數(shù)組長度。 3.2 實現(xiàn)過程 在用Pcomm處理PC機(jī)的串口通信時，其實現(xiàn)過程如下： (1)啟動VC++ 6.0，新建一個基于對話框的應(yīng)用程序TxRx。同時增加靜態(tài)文本、編輯框和按鈕控件，并為它們添加相應(yīng)的變量。其屬性見表1。 表1 TxRx應(yīng)用程序的屬性 控 件 ID 變量名類 型 按 鈕 IDC_TRSMITT 發(fā)送按鈕　 Edit IDC_TXDATA M_TxData Cstring Edit IDC_RXDATA M_RxData Cstring (2) 將Pcomm.h和Pcomm.lib加入到工程中，并在TxRxDlg.cpp文件中加入#include “Pcomm.h”頭文件，此后便可調(diào)用其提供的通信命令集。 (3)在TxRxDlg.cpp文件中添加有關(guān)程序代碼，也就是在OnInitiDialog?函數(shù)中的TODO語句后加入以下代碼： //TODO? Add extra initialization here int ret?port=1? ret=sio open?port? //打開串口1 sio DTR?port?0? //置DTR為低電平 sio ioctl?port?B19200?P NONE|BIT 8| STOP 1? //設(shè)置波特率為19200，8位數(shù)據(jù)位， 1位停止位，無校驗位。 3.3 數(shù)據(jù)通信 下面舉例說明PC機(jī)如何通過串口向單片機(jī)發(fā)送并接收數(shù)據(jù)。 void CTXRXDlg??SendRecv?//收發(fā)數(shù)據(jù)子函數(shù) {

while?1 { int ret1? sio flush?port?2;//清空串口輸入輸出緩沖區(qū) sio- write(port,1,5); 向串口緩沖區(qū)發(fā)送5個字符 sio- SetReadTimeouts(port,40,1); //在40ms內(nèi)每隔1ms讀一次串口 ret1=sio-read(port,RecvBuf,1); if (ret1>0) { sio- close(port); break; } //若收到數(shù)據(jù)，關(guān)閉串口，跳出循環(huán) else; //若未收到數(shù)據(jù)，對串口再一次發(fā)數(shù)據(jù)并再次查詢接收。 } } 4　結(jié)束語 本文給出了分布式控制系統(tǒng)中上位PC機(jī)與下位單片機(jī)之間進(jìn)行異步串行通信的解決方案。此方案在實際運(yùn)行過程中，運(yùn)行穩(wěn)定，通信性能良好，從而較好地解決了上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信問題。