摘要：為了實現PC機與多個單片機的互相通信，特別是多個單片機都需要向PC機傳輸數據時，課題組采用“點名式”的總線控制方式。單片機在得到PC機發(fā)送的“點名”指令后，開始控制總線，向PC機傳輸數據。傳輸數據結束后，通知PC機并退出總線控制，PC機再逐個往后發(fā)送“點名”指令。根據這種思路，搭建了相應的電路，經過不斷的實驗、調試和改進，構建的系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠。“點名式”的多機互通方式非常適合于需要多單片機向PC機傳送數據的場合，具有較高的實用價值。

　　0 引言

　　PC 機與單片機組成的主從系統(tǒng)很常見，在很多領域中都得到了應用。在這些系統(tǒng)中，PC 機與單片機之間一般采用串行通信方式，按照一定的格式，進行數據、指令的交換，完成PC機對單片機的控制、數據前送，或者單片機上數據、狀態(tài)等信息的回送。

　　當單片機數量較多時，比較容易實現PC 機對所有單片機的控制。一般在這種情況下，采用廣播的方式。

　　所有單片機都掛在一條串行數據總線上，只需對單片機進行地址編碼，PC機將地址數據和控制報文進行廣播，單片機接收廣播數據后進行地址比對，篩選出所需的數據，完成相應的數據傳送。

　　如果PC 機要對單片機多機進行廣播，并回傳所有單片機的信息，即單片機還要發(fā)送數據至PC機，再加上單片機數量較多（大于100 個單片機），則要實現PC 機與單片機多機的互相通信，難度是比較大的。

　　本文提出了一種切實可行的方法，通過實際電路搭建和調試，實現了PC機與單片機多機的互相通信，達到了預定的目標，使該系統(tǒng)具有如下功能：

　　（1）PC機可以對所有100多個單片機進行控制，根據需要，發(fā)送不同控制字到達每個單片機；

　　（2）PC機對單片機的狀態(tài)修改是隨機的、沒有規(guī)律的；

　　（3）所有單片機將自身的一些狀態(tài)信息按照順序回傳至PC機。

　　1 互通信的幾種實現方法

　　PC 機至多個單片機的廣播比較簡單，難度較大的是多個單片機發(fā)送數據至PC機。由于100多個單片機均掛在一個數據總線上，系統(tǒng)設計的難點就在于數據總線控制權的傳遞，不能出現有2個或者2個以上設備同時向總線上發(fā)送數據。系統(tǒng)設計之初，考慮了兩種總線控制方式有接力式和點名式：

　　（1）接力式總線控制方式

　　這種控制方式的基本思路是：初始化后，所有單片機在接收完PC機數據后，處于串行接收狀態(tài)，不占用總線控制權。PC機發(fā)出回送開始指令，第1個單片機響應該指令，并立即占有總線控制權，向總線上的PC機發(fā)送數據，數據發(fā)送完成后，緊接著第1個單片機發(fā)送控制指令，通知第2個單片機，同時第1個單片機退出總線控制權，處于接收狀態(tài)；第2個單片機接收到第1個單片機的開始指令后，和前面第1個單片機一樣，開始向總線上發(fā)送數據，并在結束傳送之后通知第3個單片機，如此這般，不斷接力傳輸，輪流控制總線，直至一個單片機完成數據傳送。在單片機控制總線，進行回傳的過程中，如果要通過PC機向某個或者某些單片機傳送數據時，PC機軟件會自動將這些數據存儲下來，等到一個單片機接收向PC機送數據之后，PC機再占用數據總線，開始向單片機傳送數據。

　　（2）點名式總線控制方式

　　該控制方式與接力式控制方式大體相同，不同的是這種控制方式需要等待PC 機點名指令。系統(tǒng)初始化后，單片機接收PC機指令、數據之后，PC機發(fā)送點名指令，讓第1個單片機開始傳送數據，第1個單片機接收該指令后，立即占用總線，開始傳送數據，傳送結束后，發(fā)送結束指令至PC 機，PC 機在接收該結束指令后，立即占用總線，再發(fā)送點名指令，讓第2個單片機開始傳送數據，如此不斷動作，直至一個單片機結束傳送。

　　在單片機傳送數據時，如果PC 機要送數據至單片機，可以在接收完某個單片機數據之后，暫停發(fā)送點名指令，直接發(fā)送數據至某個或者某些單片機。待數據發(fā)送完成后，繼續(xù)接上原先的中斷的點名順序號，繼續(xù)向后點名、傳送數據。綜合考慮這兩種總線控制方式，不難發(fā)現，由于沒有來回傳遞點名的指令時間開銷，接力式的傳輸效率會略高于點名式，所以，一開始還是采用了接力式的控制方式。

　　但是在進行大的系統(tǒng)聯調時，問題出現了。由于接力式脫離PC機的過程干預，一旦出現某個單片機程序跑飛、死機時，整個程序就沒法進行下去，一直處于等待狀態(tài)，整個系統(tǒng)就癱瘓了。調試過程中出現過好幾次死機的情況。，不得不回頭修改總體方案，采用點名式的控制方式。如果中間某個單片機出現異常，沒有按照預定的程序回傳數據，則PC機就可以判斷該單片機死機，在經歷過一段等待時間后，自行跳過該單片機，點名下一個單片機，繼續(xù)后續(xù)的回傳和程序。如果該故障單片機還在占用總線，影響下一個單片機的工作，則對單片機公用的復位端發(fā)送一個整體復位信號，讓所有單片機復位。經過重新調整方案后，經過長時間運行，均沒有出現整機死機的狀況，總體運行情況良好。另外，這種控制方式還有其他兩種控制方式所不具有的優(yōu)勢：

　　可以隨時打斷回傳，幾乎實時發(fā)送新的指令到某個或者某些單片機上，該功能是非常實用的。

　　2 系統(tǒng)的硬件構成

　　根據系統(tǒng)的總體要求，構建了如圖1所示的硬件平臺。

　　整個系統(tǒng)采用RS 485 總線結構，RS 485 為差分平衡數字通信方式，具有較強的抗干擾能力，廣泛應用于遠距離數字通信。RS 485和RS 422A總線的區(qū)別是RS 485 可以單工雙向傳輸，而RS 422A 只能單向傳輸數據，在本系統(tǒng)由于存在大量單片機，如果使用RS 422A,電纜會增加一倍。另外，由于標準的RS 485鏈路只可以連接32個設備，故每個轉換器上要增加驅動器。目前PC 機上已經很難找到串口了，故PC 機與RS 485 總線之間采用PL2303 芯片進行橋接。PL2303為Prolific 公司產品，可以很方便地將USB 接口轉換成標準RS 232 電平，用戶根本不用關心復雜的USB 協(xié)議和規(guī)范，在PC端的軟件編程中，只需像標準com口一樣使用USB口，因為Prolific公司提供的驅動中，已經將該USB 口模擬成了一個標準的com 口了。該芯片速度可以達到115 200 b/s,極大地方便了普通串行通信與PC機的連通。復位監(jiān)視與讀寫轉換電路也是一個單片機，不過該單片機只完成兩個功能。一個是就是接收RS 485 總線前的PC 機TXD（RS 232 端的TXD）發(fā)出信號，一旦出現PC機發(fā)出的全局復位串行代碼后，立即產生一個全局復位信號，將所有單片機進行復位。該功能就是為了防止某個單片機出現故障，一直意外占用總線，導致整個系統(tǒng)癱瘓。

　　為了實現RS 485 的半雙工通信，必須有一個方向切換控制信號，如圖2所示。在單片機端，這個控制信號很容易獲得，引出一個I/O腳，即可在單片機程序中控制該信號的切換；但是PC機端的RS 485的切換就相對比較麻煩，這也是復位監(jiān)視與讀寫轉換電路完成的另外一個重要功能：讀寫轉換。如果PC機要占用RS 485總線，則發(fā)送一個特定的串行碼，該專用單片機接收并響應該串行碼，切換RS 485控制器，開始占用485總線并發(fā)送數據，如果PC機結束發(fā)送數據，則要同時發(fā)送一個特定的串行碼，通知該專用單片機，進行相應的RS 485切換。單片機及其附屬電路組成了相關的功能電路。

　　主單片機采用了Silicon公司的8051F020型增強型單片機。該單片機的優(yōu)勢是內部集成的模擬電路功能較為強大、單片機運行速度快、程序編寫-燒寫-仿真較為方便。

　　3 系統(tǒng)的軟件構成

　　軟件分為3個部分：PC機上位機程序、單片機通用程序和專用單片機程序。專用單片機的程序運行在復位監(jiān)視與讀寫轉換電路中，該程序較為簡單，就是在上電后，一直按照約定的波特率和數據格式接收PC機送出的串行數據，若得到的數據符合約定的復位格式，則送出復位信號；若接收到的數據符合總線切換的格式，則送出相應的切換信號。PC 機上位機程序比較復雜，可以根據用戶的實際需要，編寫相關的應用程序。在本文中，采用Delphi編寫了應用程序，實現了對單片機群的參數設置、狀態(tài)調整、信息反饋和系統(tǒng)控制。

　　單片機通用程序分別運行在100多個單片機上，是實現系統(tǒng)功能的基礎。圖3為單片機程序流程圖。

　　單片機初始化后，接收PC機送來的初始指令，然后開始運行主程序，執(zhí)行單片機的主功能。同時開放串行接收中斷，一旦接收到PC機發(fā)來的指令，就進行對比判斷，如果是PC 機對自己的點名，則響應PC 機的回送指令，開始占用總線，向PC機傳送數據，結束后向PC機發(fā)送結束狀態(tài)字，結束占用總線，回到主程序，同時等待接收串行數據。

　　4 結語

　　經過大量試驗，課題組應用點名式總線控制方式，成功解決了PC機與大量單片機的雙向互通問題，實現了100 多個單片機與主控PC 機之間的互通信，達到了設計要求。電路經過長時間運行，實際情況表明，該系統(tǒng)運行穩(wěn)定、控制靈活、可靠性高，采用的點名式總線控制方式具有很好的實用價值。（作者：汪銘東，沈德剛，梅廣輝，程華云）