用PComm開發(fā)PC機與單片機的通信程序

   摘要：介紹了分布式控制系統(tǒng)中上位PC機與下位單片機異步串行通信的通信協(xié)議；同時介紹了在VC++6.0環(huán)境下用PComm編寫的PC機通信程序來實現(xiàn)上位機和下位機異步串行通信的方法，給出了PComm編程實例和下位機程序模塊流程圖。

    關鍵詞：分布式控制系統(tǒng)；異步；串行通信；PComm

在由一臺ＰＣ機（上位機）和多臺單片機（下位機）構成的分布式控制系統(tǒng)中，單片機主要負責實時數(shù)據采集，并將初步處理后的數(shù)據通過串行口傳送給ＰＣ機?以便由ＰＣ機串行口的命令對單片機進行控制，同時通過打印機或顯示器向用戶隨時提供各種統(tǒng)計報表和整個控制過程的具體數(shù)據。在這樣的分布式控制系統(tǒng)中，單片機與微機之間的多路通信是整個系統(tǒng)的關鍵，本文將介紹在提高通信的準確性、可靠性和效率的前提下，用ＰＣｏｍｍ開發(fā)ＰＣ機與單片機的通信程序的解決方案。

１　通信協(xié)議

為了保證可靠的通信，必須有一套完善的通信協(xié)議。分布式控制系統(tǒng)中的每臺單片機均有唯一的番號。通信開始時，先由ＰＣ機呼叫被叫單片機的番號，單片機在接收到微機的呼叫后，首先判斷是不是自己的番號，如果是，則發(fā)送呼叫應答信號，否則不予理睬。微機在接收到呼叫應答信號之后，將向單片機發(fā)出通信命令字符串。以下是上位ＰＣ機協(xié)議的格式：

單片機號

單片機號

命令碼

命令碼

停止標志

其中，單片機號代表現(xiàn)場第幾臺單片機，占用１個字節(jié)，發(fā)送兩次的目的是為了防止干擾；命令碼則代表上位機向下位機發(fā)布的工作命令，它也占用１個字節(jié)，發(fā)送兩次的目的也是為了防止干擾。而停止標志則表明一次命令發(fā)送完畢。使用時可依據該標志判斷上位機的命令是否發(fā)送完畢。

下位機協(xié)議格式如下：

數(shù)據塊

校驗位

該格式中，數(shù)據塊為下位機上傳到上位ＰＣ機的數(shù)據。校驗位則用于ＰＣ機對收到的數(shù)據進行奇偶校驗（占１個字節(jié)）。校驗正確后，可將數(shù)據寫入內存，否則發(fā)出數(shù)據傳輸錯誤信息，以要求單片機重新傳輸數(shù)據。

另外，作為一個完整的通信協(xié)議，只有上述約定還不夠，還必須在發(fā)送和接收數(shù)據的時間間隔上加以限制。否則，很可能由于某些原因而造成無限制的等待對方應答，使整個系統(tǒng)處于工作不正常狀態(tài)，或者延誤其它動作的處理。具體時間限制可根據通信內容、ＣＰＵ處理速度，再加上適當?shù)挠嗔縼泶_定。

２　單片機通信程序設計

設計單片機通信程序時，必須充分發(fā)揮單片機的效率。由于單片機多應用于實時性較強的控制場合，因此，應將及時響應和控制對象的動作放在優(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時間?；谏鲜隹紤]，筆者在設計單片機通信程序時，將通信程序分為接收中斷處理程序、發(fā)送中斷處理程序和通信處理程序３部分，并將這３部分程序巧妙地進行組合，從而構成整個單片機的通信程序。

２．１ 接收中斷處理程序

接收中斷處理程序主要負責接收微機發(fā)送到單片機接收緩沖區(qū)（不對數(shù)據進行處理，以減少中斷占用的時間）的數(shù)據，當接收到規(guī)定的字符數(shù)或在一定等待時間內無后續(xù)數(shù)據之后，置接收完畢標志，以表明接收緩沖區(qū)中有待處理的數(shù)據并請求通信處理程序對其進行處理。其流程圖如圖１所示。

２．２ 發(fā)送中斷處理程序

發(fā)送中斷處理程序主要負責向微機發(fā)送數(shù)據，發(fā)送中斷一般處于禁止狀態(tài)，只有在通信處理程序將需要發(fā)送的數(shù)據寫入單片機的發(fā)送緩沖區(qū)，并將發(fā)送中斷置為允許方式后，發(fā)送中斷才開始工作，并將緩沖區(qū)數(shù)據逐一發(fā)送給微機。當發(fā)送完指定長度的數(shù)據后（發(fā)送緩沖區(qū)為空），發(fā)送中斷處理程序將發(fā)送中斷置為禁止（關閉）狀態(tài)，直到通信處理程序將其再一次開放。其流程如圖２所示。

２．３ 通信處理程序

考慮到盡量減少通信中斷程序所占用的ＣＰＵ時間，通信處理程序被放在普通主循環(huán)中調用。只有在接收到上位機送來的一串數(shù)據，且接收完畢標志為“ＯＮ”時，才能真正進行處理，否則不進行處理。這樣就可利用送信后等待微機回答的時間進行別的處理，從而消除了空等待時間，提高了ＣＰＵ的利用率。通信處理程序可根據通信處理狀態(tài)的不同來分別執(zhí)行不同的路徑。在進入相應路徑后，首先對接收緩沖區(qū)的內容進行正確性檢查，檢查正確后再根據通信要求或協(xié)議規(guī)定對緩沖區(qū)的內容進行處理（包括內存的寫入和讀出），同時重新組織數(shù)據到發(fā)送緩沖區(qū)以向微機發(fā)送數(shù)據，最后退出通信處理程序以執(zhí)行其它的程序。待接收中斷程序重新接收到數(shù)據并將接收完標志置為“ＯＮ”后，可重新進入通信處理程序進行處理。

３?。校脵C通信程序設計

在ＶＣ＋＋６．０環(huán)境下，利用ＰＣ機串口進行通信的常用方法有兩種?第一是調用Ｗｉｎｄｏｗｓ ＡＰＩ?Ａｐｐｌｉ－ ｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ?函數(shù)；第二是使用ＡｃｔｉｖｅＸ的ＭＳＣｏｍｍ控件。第一種方法需聲明及調用許多ＡＰＩ函數(shù)，十分煩瑣。而第二種方法是將ＡＰＩ函數(shù)封裝起來，這種方法雖較為簡便，但不能滿足復雜情況下的通信要求。本文將介紹另外一種用ＰＣｏｍｍ處理ＰＣ機的串口通信方法。

ＰＣｏｍｍ是一種用于處理多進程／多線程的串口通信軟件開發(fā)工具，它提供了許多基于ＡＰＩ函數(shù)的命令集來處理串口通信，可以在Ｖｉｓｕａｌ Ｃ＋＋、Ｖｉｓｕａｌ Ｂａｓｉｃ、Ｄｅｌｐｈｉ ５．０等多種開發(fā)工具下使用，且具有傳輸速度快、使用靈活方便等特點，能夠滿足復雜情況下的串口通信要求。

３．１ Ｐｃｏｍｍ的主要命令碼

ＰＣｏｍｍ的主要命令碼有以下幾種：

● ｓｉｏ ｏｐｅｎ(ｐｏｒｔ)；

用于設置并打開串口，其中ｐｏｒｔ的１、２、３、４分別代表ＣＯＭ１、ＣＯＭ２、ＣＯＭ３、ＣＯＭ４。當返回值為０時，表示串口已經打開，否則為串口打開出錯。

● ｓｉｏ ｃｌｏｓｅ(ｐｏｒｔ)；

關閉串口，當返回值為０時,表示串口已經關閉，否則為串口關閉出錯。

● ｓｉｏ ｉｏｃｔｌ(ｐｏｒｔ?ｂａｕｄ?ｍｏｄｅ)；

用于設置串口波特率、校驗位、數(shù)據位、停止位等參數(shù)。

● ｓｉｏ ｇｅｔｃｈ()；

從串口輸入緩沖區(qū)讀出一個字符，返回值為０表示已收到數(shù)據。

● ｓｉｏ-ｒｅａｄ(ｐｏｒｔ?ｂｕｆ?ｌｅｎ)；

用于從串口輸入緩沖區(qū)讀出一串字符，ｂｕｆ代表字符串數(shù)組ｌｅｎ代表數(shù)組長度，返回值為０表示未收到字符，大于０代表收到字符的個數(shù)。

● ｓｉｏ-ＳｅｔＲｅａｄＴｉｍｅｏｕｔｓ?ｐｏｒｔ?ＴｏｔａｌＴｉｍｅｏｕｔｓ(Ｉｎｔｅｒ-ｖａｌＴｉｍｅｏｕｔｓ)；

在設定的等待時間內連續(xù)讀串口輸入緩沖區(qū)，ＴｏｔａｌＴｉｍｅｏｕｔｓ代表設定的等待時間，ＩｎｔｅｒｖａｌＴｉｍｅｏｕｔｓ代表每次讀出的間隔時間。

● ｓｉｏ-ｆｌｕｓｈ(ｐｏｒｔ?ｆｕｎｃ)；

用于清空緩沖區(qū)。當ｆｕｎｃ為０時清空輸入緩沖區(qū)，為１時清空輸出緩沖區(qū)，為２時清空輸入輸出緩沖區(qū)。

● ｓｉｏ-ｐｕｔｃｈ(ｐｏｒｔ?ｔｅｒｍ)；

用于向串口緩沖區(qū)發(fā)送一個字符，返回值為０時表示發(fā)送正確，否則表示發(fā)送錯誤。

● ｓｉｏ-ｗｒｉｔｅ(ｐｏｒｔ?ｂｕｆ?ｌｅｎ)；

用于從串口緩沖區(qū)發(fā)送一串字符，ｂｕｆ代表字符串數(shù)組,ｌｅｎ代表數(shù)組長度。

３．２ 實現(xiàn)過程

在用Ｐｃｏｍｍ處理ＰＣ機的串口通信時，其實現(xiàn)過程如下：

（１）啟動ＶＣ＋＋ ６．０，新建一個基于對話框的應用程序ＴｘＲｘ。同時增加靜態(tài)文本、編輯框和按鈕控件，并為它們添加相應的變量。其屬性見表１。

表1 TxRx應用程序的屬性

控  件	ID	變量名	類  型
按  鈕	IDC_TRSMITT	發(fā)送按鈕
Edit	IDC_TXDATA	M_TxData	Cstring
Edit	IDC_RXDATA	M_RxData	Cstring

（２） 將Ｐｃｏｍｍ．ｈ和Ｐｃｏｍｍ．ｌｉｂ加入到工程中，并在ＴｘＲｘＤｌｇ．ｃｐｐ文件中加入＃ｉｎｃｌｕｄｅ “Ｐｃｏｍｍ．ｈ”頭文件，此后便可調用其提供的通信命令集。

（３）在ＴｘＲｘＤｌｇ．ｃｐｐ文件中添加有關程序代碼，也就是在ＯｎＩｎｉｔｉＤｉａｌｏｇ??函數(shù)中的ＴＯＤＯ語句后加入以下代碼：

／／ＴＯＤＯ? Ａｄｄ ｅｘｔｒａ ｉｎｉｔｉａｌｉｚａｔｉｏｎ ｈｅｒｅ

ｉｎｔ ｒｅｔ?ｐｏｒｔ＝１?

ｒｅｔ＝ｓｉｏ ｏｐｅｎ?ｐｏｒｔ?? ／／打開串口１

ｓｉｏ ＤＴＲ?ｐｏｒｔ?０?? ／／置ＤＴＲ為低電平

ｓｉｏ ｉｏｃｔｌ?ｐｏｒｔ?Ｂ１９２００?Ｐ ＮＯＮＥ｜ＢＩＴ ８｜ ＳＴＯＰ １?? ／／設置波特率為１９２００，８位數(shù)據位，

１位停止位，無校驗位。

３．３ 數(shù)據通信

下面舉例說明ＰＣ機如何通過串口向單片機發(fā)送并接收數(shù)據。

ｖｏｉｄ ＣＴＸＲＸＤｌｇ??ＳｅｎｄＲｅｃｖ??／／收發(fā)數(shù)據子函數(shù)

{

ｗｈｉｌｅ?１?

{

ｉｎｔ ｒｅｔ１?

ｓｉｏ ｆｌｕｓｈ?ｐｏｒｔ?２;／／清空串口輸入輸出緩沖區(qū)

ｓｉｏ- ｗｒｉｔｅ(ｐｏｒｔ,１,５);

向串口緩沖區(qū)發(fā)送５個字符

ｓｉｏ- ＳｅｔＲｅａｄＴｉｍｅｏｕｔｓ(ｐｏｒｔ,４０,１);

／／在４０ｍｓ內每隔１ｍｓ讀一次串口

ｒｅｔ１＝ｓｉｏ-ｒｅａｄ(ｐｏｒｔ,ＲｅｃｖＢｕｆ,１);

ｉｆ (ｒｅｔ１＞０)

{

ｓｉｏ- ｃｌｏｓｅ(ｐｏｒｔ);

ｂｒｅａｋ;

}

／／若收到數(shù)據，關閉串口，跳出循環(huán)

ｅｌｓｅ;

／／若未收到數(shù)據，對串口再一次發(fā)數(shù)據并再次查詢接收。

}

}

４　結束語

本文給出了分布式控制系統(tǒng)中上位ＰＣ機與下位單片機之間進行異步串行通信的解決方案。此方案在實際運行過程中，運行穩(wěn)定，通信性能良好，從而較好地解決了上位機與下位機之間的通信問題。