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PC机与单片机多机主从互通的实现

作者:时间:2014-01-16来源:网络收藏

  0 引言

  PC 机与组成的主从系统很常见,在很多领域中都得到了应用。在这些系统中,PC 机与之间一般采用串行通信方式,按照一定的格式,进行数据、指令的交换,完成的控制、数据前送,或者单片机上数据、状态等信息的回送。

  当单片机数量较多时,比较容易实现PC 机对所有单片机的控制。一般在这种情况下,采用广播的方式。

  所有单片机都挂在一条串行数据总线上,只需对单片机进行地址编码,将地址数据和控制报文进行广播,单片机接收广播数据后进行地址比对,筛选出所需的数据,完成相应的数据传送。

  如果PC 机要对单片机多机进行广播,并回传所有单片机的信息,即单片机还要发送数据至,再加上单片机数量较多(大于100 个单片机),则要实现PC 机与单片机多机的互相通信,难度是比较大的。

  本文提出了一种切实可行的方法,通过实际电路搭建和调试,实现了PC机与单片机多机的互相通信,达到了预定的目标,使该系统具有如下功能:

  (1)PC机可以对所有100多个单片机进行控制,根据需要,发送不同控制字到达每个单片机;

  (2)PC机对单片机的状态修改是随机的、没有规律的;

  (3)所有单片机将自身的一些状态信息按照顺序回传至PC机。

  1 互通信的几种实现方法

  PC 机至多个单片机的广播比较简单,难度较大的是多个单片机发送数据至PC机。由于100多个单片机均挂在一个数据总线上,系统设计的难点就在于数据总线控制权的传递,绝对不能出现有2个或者2个以上设备同时向总线上发送数据。系统设计之初,考虑了两种总线控制方式有接力式和点名式:

  (1)接力式总线控制方式

  这种控制方式的基本思路是:初始化后,所有单片机在接收完PC机数据后,处于串行接收状态,不占用总线控制权。PC机发出回送开始指令,第1个单片机响应该指令,并立即占有总线控制权,向总线上的PC机发送数据,数据发送完成后,紧接着第1个单片机发送控制指令,通知第2个单片机,同时第1个单片机退出总线控制权,处于接收状态;第2个单片机接收到第1个单片机的开始指令后,和前面第1个单片机一样,开始向总线上发送数据,并在结束传送之后通知第3个单片机,如此这般,不断接力传输,轮流控制总线,直至最后一个单片机完成数据传送。在单片机控制总线,进行回传的过程中,如果要通过PC机向某个或者某些单片机传送数据时,PC机软件会自动将这些数据存储下来,等到最后一个单片机接收向PC机送数据之后,PC机再占用数据总线,开始向单片机传送数据。

  (2)点名式总线控制方式

  该控制方式与接力式控制方式大体相同,不同的是这种控制方式需要等待PC 机点名指令。系统初始化后,单片机接收PC机指令、数据之后,PC机发送点名指令,让第1个单片机开始传送数据,第1个单片机接收该指令后,立即占用总线,开始传送数据,传送结束后,发送结束指令至PC 机,PC 机在接收该结束指令后,立即占用总线,再发送点名指令,让第2个单片机开始传送数据,如此不断动作,直至最后一个单片机结束传送。

  在单片机传送数据时,如果PC 机要送数据至单片机,可以在接收完某个单片机数据之后,暂停发送点名指令,直接发送数据至某个或者某些单片机。待数据发送完成后,继续接上原先的中断的点名顺序号,继续向后点名、传送数据。综合考虑这两种总线控制方式,不难发现,由于没有来回传递点名的指令时间开销,接力式的传输效率会略高于点名式,所以,一开始还是采用了接力式的控制方式。

  但是在进行大的系统联调时,问题出现了。由于接力式脱离PC机的过程干预,一旦出现某个单片机程序跑飞、死机时,整个程序就没法进行下去,一直处于等待状态,整个系统就瘫痪了。调试过程中出现过好几次死机的情况。最后,不得不回头修改总体方案,采用点名式的控制方式。如果中间某个单片机出现异常,没有按照预定的程序回传数据,则PC机就可以判断该单片机死机,在经历过一段等待时间后,自行跳过该单片机,点名下一个单片机,继续后续的回传和程序。如果该故障单片机还在占用总线,影响下一个单片机的工作,则对单片机公用的复位端发送一个整体复位信号,让所有单片机复位。经过重新调整方案后,经过长时间运行,均没有出现整机死机的状况,总体运行情况良好。另外,这种控制方式还有其他两种控制方式所不具有的优势:

  可以随时打断回传,几乎实时发送新的指令到某个或者某些单片机上,该功能是非常实用的。

  2 系统的硬件构成

  根据系统的总体要求,构建了如图1所示的硬件平台。

  

  整个系统采用RS 485 总线结构,RS 485 为差分平衡数字通信方式,具有较强的抗干扰能力,广泛应用于远距离数字通信。RS 485和RS 422A总线最大的区别是RS 485 可以单工双向传输,而RS 422A 只能单向传输数据,在本系统由于存在大量单片机,如果使用RS 422A,电缆会增加一倍。另外,由于标准的RS 485链路只可以连接32个设备,故每个转换器上要增加驱动器。目前PC 机上已经很难找到串口了,故PC 机与RS 485 总线之间采用PL2303 芯片进行桥接。PL2303为Prolific 公司产品,可以很方便地将USB 接口转换成标准RS 232 电平,用户根本不用关心复杂的USB 协议和规范,在PC端的软件编程中,只需像标准com口一样使用USB口,因为Prolific公司提供的驱动中,已经将该USB 口模拟成了一个标准的com 口了。该芯片最高速度可以达到115 200 b/s,极大地方便了普通串行通信与PC机的连通。复位监视与读写转换电路也是一个单片机,不过该单片机只完成两个功能。一个是就是接收RS 485 总线前的PC 机TXD(RS 232 端的TXD)发出信号,一旦出现PC机发出的全局复位串行代码后,立即产生一个全局复位信号,将所有单片机进行复位。该功能就是为了防止某个单片机出现故障,一直意外占用总线,导致整个系统瘫痪。

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