引言

在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，不可避免的要采用多機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行通信。在由一臺(tái)PC 機(jī)(上位機(jī)) 和多臺(tái)單片機(jī)(下位機(jī)) 構(gòu)成的分布式控制系統(tǒng)中，通過(guò)PC 機(jī)的串口與多臺(tái)單片機(jī)的通信是最方便的。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(gè)系統(tǒng)的關(guān)鍵。

系統(tǒng)組成及通訊原理

系統(tǒng)構(gòu)成

系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示，由上位機(jī)(即計(jì)算機(jī))、通訊接口和下位機(jī)3部分組成。上位機(jī)選用的是工控機(jī) ，智能終端由單片MSP430F169和外圍傳感器放大電路等構(gòu)成。要想與PC 串口連接或者其它帶有串口的終端連接，必須要進(jìn)行EIA-RS-232C 與MSP430 電平和邏輯關(guān)系的轉(zhuǎn)換。本設(shè)計(jì)采用MAX3232芯片， 可完成3V~5V 電平與串口電平的雙向轉(zhuǎn)換。

通訊原理

MSP430F169單片機(jī)支持兩種不同的串行協(xié)議，通用同步協(xié)議（USART協(xié)議）和同步協(xié)議（SPI協(xié)議），用控制寄存器UCTL（表1）中的控制位SYNC來(lái)選擇所需的模式。SYNC=0：選擇異步模式UART；SYNC=1：選擇同步模式SPI，在此選擇異步模式。

控制寄存器內(nèi)的信息決定了USART的基本操作，如選擇通信協(xié)議、通信模式、字符長(zhǎng)度和校驗(yàn)位等。在此設(shè)定字符長(zhǎng)度為8位：CHAR=1，停止位1位：SP=0，奇校驗(yàn)：PEV=0。 MSP430的波特率發(fā)生器有一預(yù)分頻/分頻器和一個(gè)調(diào)整器的組合，即使晶振頻率不是波特率的整數(shù)倍，這一組合也能使MSP430 正常工作而且還可以使其通訊協(xié)議工作在最大的波特率。采用這一技術(shù)， 即使用手表晶振(32768Hz)，波特率也可以達(dá)到4800 和9600，選擇波特率為9600，外部時(shí)鐘為ACLK。

系統(tǒng)通訊協(xié)議

在PC機(jī)和多臺(tái)單片機(jī)的通訊中，確定一個(gè)明確而合理的通訊協(xié)議是關(guān)鍵，包括對(duì)數(shù)據(jù)格式、通訊方式、傳送速度、傳送步驟、檢糾錯(cuò)方式以及控制字符定義等問(wèn)題做出統(tǒng)一規(guī)定。為了區(qū)別不同的分機(jī)，必須為每個(gè)分機(jī)分配一個(gè)唯一的地址，此地址唯一區(qū)別各單片機(jī)。數(shù)據(jù)格式采用數(shù)據(jù)包的形式，一次傳輸一組數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)包格式如表2所示：

起始標(biāo)志位:1 個(gè)字節(jié)
分機(jī)地址: 1 個(gè)字節(jié)

命令/ 數(shù)據(jù): 1 個(gè)字節(jié)

數(shù)據(jù)長(zhǎng)度: 1 個(gè)字節(jié)

數(shù)據(jù)內(nèi)容: n 個(gè)字節(jié)

和檢驗(yàn): 2 個(gè)字節(jié)

結(jié)束標(biāo)志位: 1 個(gè)字節(jié)

數(shù)據(jù)格式中的地址位表示與PC 機(jī)通訊的單片機(jī)地址。操作命令則表示此次通訊要完成的操作。在單片機(jī)發(fā)送上位機(jī)接收的時(shí)候，協(xié)議規(guī)定命令FFH 為上報(bào)數(shù)據(jù)， 此時(shí)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)內(nèi)容、和檢驗(yàn)三個(gè)域便填充實(shí)際發(fā)送數(shù)據(jù)的個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)及和校驗(yàn)；命令F0H - F3H 則表示單片機(jī)給PC機(jī)的反饋信息，此時(shí)數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)內(nèi)容和檢驗(yàn)三個(gè)域?yàn)榭?，其中?dāng)命令為F0H 表示接收成功，F(xiàn)1H 表示接收失敗并要求重發(fā)，F(xiàn)2H 表示單片機(jī)有數(shù)據(jù)上報(bào)要求，F(xiàn)3H 表示單片機(jī)無(wú)數(shù)據(jù)上報(bào)要求。操作命令域在PC 機(jī)發(fā)送單片機(jī)接收的時(shí)候也相似的協(xié)議規(guī)定。

軟件設(shè)計(jì)

下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

主要由數(shù)據(jù)發(fā)送和數(shù)據(jù)接收子程序組成。設(shè)計(jì)單片機(jī)通信程序時(shí)，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(shí)時(shí)性較強(qiáng)的控制場(chǎng)合，因此， 應(yīng)將及時(shí)響應(yīng)和控制對(duì)象的動(dòng)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(shí)間。基于上述考慮，在設(shè)計(jì)單片機(jī)通信程序時(shí)，將通信程序分為接收中斷處理程序和發(fā)送中斷處理程序2部分。

主程序首先完成串行口的初始化、設(shè)置串口的工作方式、串口波特率，數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)位等。

(1) 接收子程序

在接收到上位機(jī)發(fā)送的地址后, 下位機(jī)響應(yīng)中斷信號(hào)進(jìn)入接收子程序。首先讀取上位機(jī)發(fā)送的地址數(shù)據(jù)， 檢查地址是否匹配，如果匹配， 準(zhǔn)備接收其余的數(shù)據(jù)幀。在接收完上位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)后，判斷下位機(jī)是否發(fā)出中斷申請(qǐng)，如果有，則清除中斷申請(qǐng)信號(hào)。

(2) 發(fā)送子程序只有當(dāng)發(fā)送緩沖區(qū)內(nèi)有數(shù)據(jù)要發(fā)送并且置位發(fā)送中斷允許位時(shí)才調(diào)用。

發(fā)送的數(shù)據(jù)遵守通訊協(xié)議的數(shù)據(jù)幀格式：首先發(fā)送起始標(biāo)志， 然后發(fā)送需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，最后發(fā)送校驗(yàn)和以及結(jié)束標(biāo)志位。

上位機(jī)通訊

上位機(jī)程序設(shè)計(jì)采用VC ++ 6.0開(kāi)發(fā)平臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)。應(yīng)用MSComm控件，可以非常方便地創(chuàng)建串行通信應(yīng)用程序，但其程序執(zhí)行效率不夠高，并且無(wú)法應(yīng)用串行通信的一些底層功能。CSerialPort類支持線連接的串口編程操作，編寫(xiě)的程序在Windows98/2000/XP下可以很好的運(yùn)行CSerialPort類是基于多線程的，它的工作過(guò)程及在本系統(tǒng)的應(yīng)用如下

1)設(shè)置通信對(duì)象、通信端口號(hào)以及配置通信格式(如起始位個(gè)數(shù)、數(shù)據(jù)位長(zhǎng)度、校驗(yàn)方式、停止位個(gè)數(shù)等) 和其他相關(guān)屬性；

2)設(shè)定通信協(xié)議；

3)打開(kāi)通信端口，進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸;

m_Port.StartMonitoring();//開(kāi)啟監(jiān)視線程；

m_Port.WriteToPort((LPCTSTR)temp);//發(fā)送數(shù)據(jù)；

4)關(guān)閉通信端口，釋放系統(tǒng)資源。在完成串行通信操作后，應(yīng)該將串行通信端口的資源歸還給操作系統(tǒng)；

m_Port.ClosePort();//關(guān)閉串口
上位機(jī)程序工作流程如下：首先設(shè)置好串口參數(shù)，再開(kāi)啟串口監(jiān)測(cè)工作線程，串口監(jiān)測(cè)工作線程監(jiān)測(cè)到串口接收到的數(shù)據(jù)、流控制事件或其他串口事件后，就以消息方式通知主程序，激發(fā)消息處理函數(shù)來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，這是對(duì)接收數(shù)據(jù)而言；發(fā)送數(shù)據(jù)可以直接發(fā)送。

結(jié)束語(yǔ)

串 口通訊方式在計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，本文設(shè)計(jì)的通訊協(xié)議經(jīng)實(shí)踐證明穩(wěn)定可靠，保證了單片機(jī)與PC之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確率，CSerialPort類簡(jiǎn)化封裝了大部分通訊用API函數(shù)，同時(shí)簡(jiǎn)化了編程操作在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用 。