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基于VC6.0的多台MSP430单片机和PC机串口通讯实现方案

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作者:中国海洋大学信息科学与工程学院 周辉军 许亮 韩瑞宁时间:2007-02-16来源:世界电子元器件

引言

在计算机控制系统中,不可避免的要采用多机系统进行通信。在由一台PC 机(上位机) 和多台(下位机) 构成的分布式控制系统中,通过PC 机的串口与多台的通信是最方便的。在这样的分布式控制系统中,与微机之间的多路通信是整个系统的关键。


系统组成及通讯原理

系统构成

系统构成如图1所示,由上位机(即计算机)、通讯接口和下位机3部分组成。上位机选用的是工控机 ,智能终端由单片F169和外围传感器放大电路等构成。要想与PC 串口连接或者其它带有串口的终端连接,必须要进行EIA-RS-232C 与 电平和逻辑关系的转换。本设计采用MAX3232芯片, 可完成3V~5V 电平与串口电平的双向转换。


F169单片机属于德州仪器公司MSP430F14X/16X FLASH 系列。该系列是一组超低功耗的微控制器,工作电压范围1.8~3.6V。由于具有16位RISC结构,16 位寄存器和常 数寄存器,MSP430 达到了最大的代 码效率。数字控制的振荡器提供快速从所有低功耗模式苏醒到活动模式的能 力时间少于6ms。 MSP430F169 带有两个16 位定 时器(带看门狗功能)、速度极快的8 通道12 位A/D 转换器(ADC)(带内部参考电压、采样保持和自动扫描功能)、一个内部比较器和两个通用同步/异步发射接收器、48个I/O口(均可独立控制)的微处理器结构。硬件乘法器提高了单片机的性能并使单片机在编码和硬件上可兼容。

通讯原理

MSP430F169单片机支持两种不同的串行协议,通用同步协议(USART协议)和同步协议(SPI协议),用控制寄存器UCTL(表1)中的控制位SYNC来选择所需的模式。SYNC=0:选择异步模式UART;SYNC=1:选择同步模式SPI,在此选择异步模式。

控制寄存器内的信息决定了USART的基本操作,如选择通信协议、通信模式、字符长度和校验位等。在此设定字符长度为8位:CHAR=1,停止位1位:SP=0,奇校验:PEV=0。 MSP430的波特率发生器有一预分频/分频器和一个调整器的组合,即使晶振频率不是波特率的整数倍,这一组合也能使MSP430 正常工作而且还可以使其通讯协议工作在最大的波特率。采用这一技术, 即使用手表晶振(32768Hz),波特率也可以达到4800 和9600,选择波特率为9600,外部时钟为ACLK。

系统通讯协议

在PC机和多台单片机的通讯中,确定一个明确而合理的通讯协议是关键,包括对数据格式、通讯方式、传送速度、传送步骤、检纠错方式以及控制字符定义等问题做出统一规定。为了区别不同的分机,必须为每个分机分配一个唯一的地址,此地址唯一区别各单片机。数据格式采用数据包的形式,一次传输一组数据。数据包格式如表2所示:

起始标志位:1 个字节
分机地址: 1 个字节

命令/ 数据: 1 个字节

数据长度: 1 个字节

数据内容: n 个字节

和检验: 2 个字节

结束标志位: 1 个字节

数据格式中的地址位表示与PC 机通讯的单片机地址。操作命令则表示此次通讯要完成的操作。在单片机发送上位机接收的时候,协议规定命令FFH 为上报数据, 此时数据包中的数据长度、数据内容、和检验三个域便填充实际发送数据的个数、数据及和校验;命令F0H - F3H 则表示单片机给PC机的反馈信息,此时数据包中的数据长度、数据内容和检验三个域为空,其中当命令为F0H 表示接收成功,F1H 表示接收失败并要求重发,F2H 表示单片机有数据上报要求,F3H 表示单片机无数据上报要求。操作命令域在PC 机发送单片机接收的时候也相似的协议规定。


软件设计

下位机程序设计

主要由数据发送和数据接收子程序组成。设计单片机通信程序时,必须充分发挥单片机的效率。由于单片机多应用于实时性较强的控制场合,因此, 应将及时响应和控制对象的动作放在优先考虑的位置,以尽量减少通信等辅助性操作所占用的CPU时间。基于上述考虑,在设计单片机通信程序时,将通信程序分为接收中断处理程序和发送中断处理程序2部分。

主程序首先完成串行口的初始化、设置串口的工作方式、串口波特率,数据位、校验位等。

(1) 接收子程序

在接收到上位机发送的地址后, 下位机响应中断信号进入接收子程序。首先读取上位机发送的地址数据, 检查地址是否匹配,如果匹配, 准备接收其余的数据帧。在接收完上位机发送的数据后,判断下位机是否发出中断申请,如果有,则清除中断申请信号。

(2) 发送子程序只有当发送缓冲区内有数据要发送并且置位发送中断允许位时才调用。

发送的数据遵守通讯协议的数据帧格式:首先发送起始标志, 然后发送需要传输的数据,最后发送校验和以及结束标志位。

上位机通讯

上位机程序设计采用VC ++ 6.0开发平台来实现。应用MSComm控件,可以非常方便地创建串行通信应用程序,但其程序执行效率不够高,并且无法应用串行通信的一些底层功能。CSerialPort类支持线连接的串口编程操作,编写的程序在Windows98/2000/XP下可以很好的运行CSerialPort类是基于多线程的,它的工作过程及在本系统的应用如下

1)设置通信对象、通信端口号以及配置通信格式(如起始位个数、数据位长度、校验方式、停止位个数等) 和其他相关属性;

2)设定通信协议;

3)打开通信端口,进行数据的传输;

m_Port.StartMonitoring();//开启监视线程;

m_Port.WriteToPort((LPCTSTR)temp);//发送数据;

4)关闭通信端口,释放系统资源。在完成串行通信操作后,应该将串行通信端口的资源归还给操作系统;

m_Port.ClosePort();//关闭串口
上位机程序工作流程如下:首先设置好串口参数,再开启串口监测工作线程,串口监测工作线程监测到串口接收到的数据、流控制事件或其他串口事件后,就以消息方式通知主程序,激发消息处理函数来进行数据处理,这是对接收数据而言;发送数据可以直接发送。

结束语

串 口通讯方式在计算机控制系统中有着广泛的应用,本文设计的通讯协议经实践证明稳定可靠,保证了单片机与PC之间数据传输的准确率,CSerialPort类简化封装了大部分通讯用API函数,同时简化了编程操作在实际中有着广泛的应用 。

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