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單片機開發

多機通信系統設計


基于單片機的多機通信系統設計

近些年來,單片機在電器、金融、交通、機械、通訊領域均有廣泛應用,特別是在多級協調通訊領域的應用日趨深入。所謂的多機通訊,指的是由兩臺或兩臺以上的單片機構成的網絡結構,借助于串行通訊模式,實現對某一過程的有效控制。對于多機通訊系統而言,實現的關鍵在于多機之間通訊信息的交互傳送。下文以單片機技術為基礎,對多機通訊系統進行了設計,以提升該系統的應用性能。

一、多機通信系統網絡協議的設計

對于多機通訊系統而言,為了保障通訊過程的暢通無阻,還需要構建起相應的網絡協議。由于系統采用的多通訊機共用1個服務器,因此,需要TCP/IP網絡協議予以支持。而多機通訊還需構建一個新網絡協議,支持系統服務端、客戶端間的通訊。就信息傳輸通訊而言,服務端會先進行兩次查詢,明確信息的發送指令,若首次查詢結果同網絡協議的既定值存在差異,則會進行第2次查詢,若同上結果相同,則通訊過程將被阻斷,服務端將不會與客戶端展開數據傳送,并繞過該端進行下個通訊命令的查詢,直至通訊查詢指令與網絡協議的既定信息相同,方可進行通訊傳輸。若客戶端接收不到訊息,表明信息傳送失敗,將原路返回。

二、多機通信系統硬件設計

就基于單片機的多機通訊系統結構而言,主要包括三大部分,即PC機、串行通訊接口、主從單片機。該系統測試平臺所需信息、波形量大,因而采集量要求較高,而每個單片機僅有59個I/O接口,若少量單片機則無法滿足信息采集需求,并導致整個系統的運行速度減緩,為此,在這一平臺開發過程中,還需采用3個單片機,與PC機之間實現串行通訊。

對于PC機、主單片機而言,其相互間的通訊是利用UART轉以太網接口實現的,由于以太網具有較強大抗干擾能力,而且可以遠程通訊、搭接簡便,因而采用該接口進行通訊。而主單片機與2個從單片機間的通訊,借助于UART串口實現。

如圖1所示,在該系統中,只需將上位機信息依據類型劃分,定義為不同種類的數據包,并依據所確定好的時間間隔,傳送至上位機,待其接收至數據包之后,即可依據定義內容將數據包加以拆解,分別展示在各自的位置。PC機利用系統提供的USB接口與UART轉向以太網,與信息采集卡、單片機間實現通訊過程,并在系統軟件的驅動下,實現訊號的采集、電壓及頻率的輸出,繼而將指令發送出,引發正弦訊號的產生,繼而引發電阻模擬。對于主單片機而言,其負責控制開關及同PC機之間的通訊過程。其中從單片機1負責電壓訊號的傳送、顯示,從單片機2負責訊號生成、波形的測量。

圖 1 PC 機與多單片機通訊結構圖

具體通訊包括上、下行兩大過程,上行過程是從單片機1和從單片機2對主單片機的檢測,看齊接收端UART1是否遭致占用,若未占用,從單片機將信息傳送至主單片機,而主單片機將定時將信息加以封裝處理,并傳送至工控機,由工控機將狀態展示出來;下行過程是PC機借助于以太網UART將控制指令傳送至主單片機UART0,由主單片機對指令加以解讀,若需要轉發,則利用UART1以廣播通訊方式傳送至從單片機上,由從單片機負責執行。

三、多機通信系統軟件設計

系統軟件設計主要包括兩部分,即上、下位機的通訊設計。下位機通訊設計中,主要利用C8051F060單片機的“狀態機”控制結構,實現各指令的鑒別、解讀、控制、信息管理等,單片機間的通訊利用主從模式,此時,從單片機需要接收主單片機的指令。

對于這一程序而言,關鍵在于中斷的實現,主單片機同PC機間的中斷具有較高的優先級,其次是主單片機與從單片機間的中斷。

上位機通訊軟件結構,主要包括界面、程序控制、信息采集、信息分析等部分,程序利用編程方法,結合信息鏈表的存放、遍歷信息對象。系統每隔固定時間會向下位機傳送相應的資訊指令,若信息存在更新,則會對所采集信息加以更新,顯示在界面上,結合波形的差異設置對應采集周期,獲取波形信息。待下位機收到指令后,會將成功接收信息以電壓、頻率等方式返送回來,并實現數據的交換。

總結

較其他通訊系統而言,本文所開發的多機通訊系統優化了PC機、單片機間的通訊問題,并克服了大數據數據傳送極易引發的通路堵塞等問題,避免出現信息發送過程中的沖突競爭以及單片機性能浪費等問題。實驗顯示,該系統具有較高的抗干擾性,而且性能較為可靠,能夠滿足較為復雜的通訊需求,具有一定的應用推廣價值。

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