上位機(jī)與下位機(jī)通信設(shè)計(jì)

1、z1引言現(xiàn)代化集中管理需要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析、制表、打印、繪圖、報(bào)警等,同時(shí),又要求對(duì)現(xiàn)場(chǎng)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)控制，完成各種規(guī)定操作，達(dá)到集中管理的目的。加之單片機(jī)的計(jì)算能力有限，難以進(jìn)行復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理。因此在功能比較復(fù)雜的控制系統(tǒng)中，通常以PC機(jī)為上位機(jī)，單片機(jī)為下位機(jī)，由單片機(jī)完成數(shù)據(jù)的采集及對(duì)裝置的控制，而由上位機(jī)完成各種復(fù)雜的數(shù)據(jù)處理及對(duì)單片機(jī)的控制。PC機(jī)與單片機(jī)8051之間的通信特點(diǎn)在工業(yè)控制系統(tǒng)中,各種數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的控制都是由下位機(jī)或探測(cè)站來(lái)完成。由于單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低廉、可應(yīng)用于惡劣工業(yè)環(huán)境的特點(diǎn),在分布式控制系統(tǒng)中大多采用單片機(jī)作為下位機(jī)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場(chǎng)控制。

2、在這些應(yīng)用中,單片機(jī)只是直接面向被控對(duì)象底層。而對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步分析和處理的工作是由功能強(qiáng)大的主控PC機(jī)來(lái)完成的。因此,PC機(jī)和單片機(jī)之間就有著大量的數(shù)據(jù)交換。PC機(jī)與單片機(jī)8051通信的硬件設(shè)計(jì)通常PC機(jī)和單片機(jī)之間的通信是通過(guò)串行總線RS-232實(shí)現(xiàn)的。因此采用一種以MAX232為核心的通信接口電路。該接口電路適用于由一臺(tái)PC機(jī)與多個(gè)8051單片機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)，其原理和方法同樣適用于PC機(jī)與其它單片機(jī)之間的串行數(shù)據(jù)通信。其原理框圖見(jiàn)圖1:圖1單片機(jī)與PC機(jī)通信原理框圖該框圖中，起著重要作用的是RS-232C通信接口電路。它是上位機(jī)和下位機(jī)之間信息傳遞的樞紐，一切數(shù)據(jù)的傳輸必需由它

3、完成，上位機(jī)直接利用它的RS-232串行口，為此，采用了RS-232串行通信來(lái)接收或上傳數(shù)據(jù)和指令。但RS-232信號(hào)的電平和單片機(jī)串口信號(hào)的電平不一致，必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。在此電路中，采用MAX232實(shí)現(xiàn)TTL邏輯電平和RS-232電平之間的相互轉(zhuǎn)換。MAX232由單一的+5V電源供電，只需配接5個(gè)高精度10pF/50V的鉭電容即可完成電平轉(zhuǎn)換。因此，避免了用1488和1489時(shí)必需兩路電源的麻煩。轉(zhuǎn)換后的串行信號(hào)TXD、RXD直接與PC機(jī)的串行口連接。如此設(shè)計(jì)，既可發(fā)揮出PC機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算和顯示功能，又可以體現(xiàn)出單片機(jī)靈活的控制功能，有利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、處理和監(jiān)控。3.180

4、51與PC機(jī)之間的通信協(xié)議在許多場(chǎng)合的測(cè)控系統(tǒng)中，約定PC機(jī)和8051單片機(jī)的通信協(xié)議為：Number+Command+Length+DataCheckNumber:下位機(jī)的機(jī)號(hào)，若設(shè)計(jì)中有3臺(tái)下位機(jī)，即Number取01H,02H,03H,分別代表:1，2，3號(hào)下位機(jī);Command:本次命令的代碼;Length:本次發(fā)送數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)；Data:要發(fā)送的數(shù)據(jù)段；Check:1字節(jié)的校驗(yàn)碼。本設(shè)計(jì)只考慮一個(gè)8051單片機(jī),故可對(duì)上述通信協(xié)議進(jìn)行簡(jiǎn)化。3.28051和PC機(jī)之間通信的軟件設(shè)計(jì)VB提供了串行端口控件Mscomm方便應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)串行通訊，該控件屏蔽了通信過(guò)程中的底層操作,程序員應(yīng)用

5、時(shí)只需設(shè)置、監(jiān)視Mscomm控件的屬性和事件即可完成對(duì)串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入、輸出工作。匯編語(yǔ)言是一種執(zhí)行效率高、可讀性強(qiáng)的語(yǔ)言。為實(shí)現(xiàn)通訊正常,PC機(jī)與單片機(jī)約定如下:波特率:2400bps;信息格式:1個(gè)起始位,8位數(shù)據(jù)位,1個(gè)停止位,無(wú)奇偶校驗(yàn)位;串行口操作模式:標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信，串行口模式1;傳送方式:PC機(jī)采用查詢方式接收數(shù)據(jù)，8051單片機(jī)采用中斷方式接收信息。(1)總體功能設(shè)計(jì)通過(guò)綜合分析，本系統(tǒng)至少應(yīng)具備如下功能:lPC機(jī)與單片機(jī)8051都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，進(jìn)行可以異步串行通信；lPC機(jī)鍵盤(pán)輸入發(fā)送給單片機(jī)8051，單片機(jī)接收PC機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)并送LED顯示；l單片機(jī)8051

6、鍵盤(pán)的每次輸入以BCD碼送給單片機(jī)的LED顯示，單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)由四次按鍵的BCD碼組成，發(fā)送時(shí)作為一個(gè)隊(duì)列發(fā)送，PC機(jī)接收單片機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)并送窗口顯示；1上位機(jī)程序即PC端程序采用VB6.0制作，人機(jī)界面友好，界面簡(jiǎn)潔，功能完善，下位機(jī)程序即單片機(jī)端采用匯編語(yǔ)言進(jìn)行開(kāi)發(fā)。1EW交界血L論1圖2上位機(jī)模塊圖3下位機(jī)模塊(2)通訊流程圖l主程序?qū)崿F(xiàn)下位機(jī)即單片機(jī)8051系統(tǒng)的初始化，8255初始化，設(shè)置單片機(jī)串行口控制寄存器SCON,電源控制寄存器PCON,定時(shí)器T1初始化，開(kāi)中斷。系統(tǒng)不停的對(duì)鍵盤(pán)和RxD線進(jìn)行監(jiān)測(cè)，當(dāng)通過(guò)掃描發(fā)現(xiàn)有按鍵輸入時(shí)，經(jīng)過(guò)按鍵處理后就啟動(dòng)該模塊向上位機(jī)PC端發(fā)送所檢

7、測(cè)到的鍵碼;當(dāng)單片機(jī)8051監(jiān)測(cè)到RxD線上有數(shù)據(jù)到時(shí)就啟動(dòng)該子程序?qū)C發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收，同時(shí)經(jīng)過(guò)BCD轉(zhuǎn)換送單片機(jī)系統(tǒng)的LED進(jìn)行顯示以方便和PC機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，以確認(rèn)通信是否正確。流程圖見(jiàn)圖4。上位機(jī)咬來(lái)數(shù)據(jù)按收Sjj定時(shí)器T1初始牝LED顯示暫弁并進(jìn)LED上不數(shù)彌賦列發(fā)迖說(shuō)買(mǎi)串行口控制寄徉戲SCClfl設(shè)賢電瀰控刖將存誥PC0N圖4主程序流程圖鍵碼送呂SUF船璋牡韋腎加1事訐口中斷堤位圖5數(shù)據(jù)隊(duì)列發(fā)送流程圖l數(shù)據(jù)隊(duì)列發(fā)送子程序當(dāng)單片機(jī)8051鍵盤(pán)已有4次輸入時(shí)，就啟動(dòng)該模塊向上位機(jī)PC端發(fā)送所檢測(cè)到的鍵碼。流程圖見(jiàn)圖5。l鍵碼發(fā)送子程序當(dāng)單片機(jī)8051檢測(cè)到鍵盤(pán)有輸入時(shí)，就通過(guò)

8、按鍵處理啟動(dòng)該模塊向上位機(jī)PC端發(fā)送所檢測(cè)到的鍵碼。流程圖見(jiàn)圖6。說(shuō)碼送SBUE-軸收發(fā)匿掏針減1皋行口中斷具位圖6鍵碼發(fā)送流程圖入口接收完否豐Y極冋按腔載據(jù)氈釘十韜際申行中斯標(biāo)壺BCD碼苒恢送LED顯示圖7數(shù)據(jù)接收流程圖誹U凱嗣撫和-位尅的辭叫余敷為個(gè)位懿的BC1鬥圖8BCD轉(zhuǎn)換流程圖l數(shù)據(jù)接收子程序當(dāng)8051監(jiān)測(cè)到RxD線有數(shù)據(jù)到時(shí)就啟動(dòng)子程序?qū)C發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行接收。流程圖見(jiàn)圖7。lBCD碼轉(zhuǎn)換子程序該程序通過(guò)把#DATABUF中的十進(jìn)制數(shù)值除以100(64H),得到的商就是百位數(shù)的BCD碼，然后把余數(shù)除以10(0AH)便可以得到十位和個(gè)位的BCD碼，從而得到相應(yīng)的三位BCD碼。在該子程序中進(jìn)行雙字節(jié)無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的除法時(shí)要用到前面介紹的多字節(jié)無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)的除法算法，由于原理相似，在此不再重述。流程圖見(jiàn)圖8。在此程序中因原來(lái)的接收數(shù)據(jù)存在于#DATABUF附近，為防止發(fā)生信息覆蓋故使用了暫存單元來(lái)暫時(shí)寄存除法計(jì)算的中間值。lLED顯示子程序該子程序?qū)崿F(xiàn)對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行BCD碼轉(zhuǎn)換并輸出到LED,采用動(dòng)態(tài)顯示的方式進(jìn)行顯示。流程圖見(jiàn)圖9:打描左成牡亦單元地址加掃播恫右移他顯示述沖區(qū)肖址送冏打描初憤退S3耿捉示址沖區(qū)內(nèi)容戰(zhàn)校狗蚩示科述也II掃擋fcr垃透pb口圖9LED顯示流程圖4結(jié)束語(yǔ)上位機(jī)與下位機(jī)通訊是一個(gè)應(yīng)用性廣,適用