PC機(jī)與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)串行通訊的硬軟件實(shí)現(xiàn)

【摘　要】　介紹了微機(jī)（PC）與嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的串行通訊的方法，敘述了嵌入式計(jì)算機(jī)在溫控系統(tǒng)中的應(yīng)用和硬件結(jié)構(gòu)，給出了Windows98下的串行通訊程序。
     關(guān)鍵詞：微機(jī)（PC），嵌入式計(jì)算機(jī)，串行通訊

1　引　言
　　目前，先進(jìn)的嵌入式計(jì)算機(jī)以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，廣泛地應(yīng)用于工業(yè)控制、航空航天、醫(yī)療、智能儀表、通訊、數(shù)控、自動(dòng)化生產(chǎn)設(shè)備、數(shù)據(jù)采集等領(lǐng)域。在實(shí)際應(yīng)用中，有時(shí)需要借助微機(jī)的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和豐富的軟件資源，使得組成的系統(tǒng)功能更為強(qiáng)大。這樣，為了提升系統(tǒng)的整體性能，必須實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和嵌入式計(jì)算機(jī)之間的通訊。它們之間的通訊可以通過(guò)并行通訊或串行通訊兩種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于串行通訊相對(duì)于并行通訊有接線(xiàn)數(shù)量少，抗干擾性能好等優(yōu)點(diǎn)，所以，這里采用串行通訊的方式。
2　嵌入式計(jì)算機(jī)的硬件和通訊軟件的設(shè)計(jì)
2．1　系統(tǒng)的功能簡(jiǎn)介
　　本文以溫控系統(tǒng)為背景作介紹?，F(xiàn)場(chǎng)的嵌入式計(jì)算機(jī)的模擬量采集模塊和數(shù)字量采集模塊采集溫度濕度、以及執(zhí)行機(jī)構(gòu)的開(kāi)關(guān)量狀態(tài)，經(jīng)自身的MCU（微控器）進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理后，經(jīng)串行通訊的方式，將這些數(shù)據(jù)上傳至微機(jī)，微機(jī)則先將模擬量資料存入數(shù)據(jù)庫(kù)中（為了中長(zhǎng)期地跟蹤溫控系統(tǒng)的控制效果，便于以后的分析），再通過(guò)控制算法來(lái)計(jì)算輸出控制量，并通過(guò)通訊下傳到嵌入式計(jì)算機(jī)中，然后再由其控制量輸出至相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行控制。整個(gè)系統(tǒng)這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)微機(jī)上的圖形控制接口，生動(dòng)實(shí)時(shí)地向用戶(hù)顯示控制對(duì)象的情況；友好的用戶(hù)接口使得用戶(hù)可以在微機(jī)上直接手動(dòng)輸出來(lái)控制被控對(duì)象；同時(shí)又發(fā)揮了嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和高度靈活性等特點(diǎn)。
2．2　嵌入式計(jì)算機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)
　　嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)由以下幾部分組成：模擬量采集部分，數(shù)字量采集部分及輸出部分，通訊部分和微控器的綜合控制部分。
　　模擬量采集部分最少可以采集32路的模擬量，并可以通過(guò)硬件的跳線(xiàn)設(shè)置最多采集64路的模擬量。通過(guò)模擬開(kāi)關(guān)的切換，可以將模擬量信號(hào)經(jīng)過(guò)A／D芯片轉(zhuǎn)化為數(shù)字量信號(hào)，再做進(jìn)一步的處理。A／D芯片用的是德州儀器公司（Texas InstrumentsIncorporation）的TLC2543C。TLC2543C是漸次逼近式的A／D轉(zhuǎn)換器，具有12位的精度，可以同時(shí)對(duì)11路信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。數(shù)字量采集部分及輸出部分使用了NEC8255芯片，通過(guò)軟件對(duì)NEC8255進(jìn)行設(shè)置來(lái)選擇數(shù)字量的輸入與輸出的方向。通訊部分將MCU的TTL電平轉(zhuǎn)換為進(jìn)行RS－485通訊所需的485電平。微控器的綜合控制部分的作用是：對(duì)模擬量采集部分、數(shù)字量采集部分及輸出部分、以及通訊部分進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，同時(shí)可以接受用戶(hù)的按鍵輸入，它也將負(fù)責(zé)將采集到的模擬量轉(zhuǎn)換后，在現(xiàn)場(chǎng)的LED上顯示出來(lái)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

2．3　嵌入式計(jì)算機(jī)的通訊部分硬件設(shè)計(jì)
　　通訊部分將MCU的TTL電平轉(zhuǎn)換為進(jìn)行RS－485通訊所需的485電平，進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的是MAX1480C。MAX1480B是一種完全電氣隔離的RS422／RS485數(shù)據(jù)通信接口，在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的DIP封裝
中有完整的接口，包括收發(fā)器、光耦合器和變壓器，邏輯側(cè)的單電源＋5V給接口兩側(cè)供電。信號(hào)于電源在內(nèi)部跨過(guò)隔離層進(jìn)行傳送，電源通過(guò)中心抽頭的變壓器從隔離層的邏輯側(cè)（非隔離側(cè)）變換至隔離側(cè)，信號(hào)由高速的光耦合器從隔離的一側(cè)傳至另一側(cè)。MAX1480B具有有限斜率驅(qū)動(dòng)器，即驅(qū)動(dòng)器發(fā)送的數(shù)字信號(hào)，其邊沿斜率是受限制的，以使電磁干擾（EMI）最小，且能減小由于電纜終端不匹配而引起的反射，在數(shù)據(jù)速率高達(dá)250kbps時(shí)能做到無(wú)誤差的數(shù)據(jù)傳送。驅(qū)動(dòng)器具有限制短路電流的功能，并使用熱關(guān)閉電路保護(hù)，使之功耗不致過(guò)大。熱關(guān)閉電路可把驅(qū)動(dòng)器的輸出置于高阻狀態(tài)，接收器輸入端具有故障保護(hù)的特性，如果輸入開(kāi)路，可保證輸出為高點(diǎn)平。MCU與MAX1480B的硬件接口如圖2所示。

2．4　嵌入式計(jì)算機(jī)的通訊部分軟件設(shè)計(jì)
　　由于嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的微控器（MCU）是AT89C55，要和PC機(jī)進(jìn)行通訊，必須對(duì)微控器的串行口進(jìn)行初始化，設(shè)置通訊方式（協(xié)議）、通訊速度、傳送的資料格式和長(zhǎng)度，然后打開(kāi)通訊口進(jìn)行通訊。嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的編程語(yǔ)言使用的是KEILINCORPORATION公司的KeilC6．12。通訊部分的軟件流程如圖3所示。
    相應(yīng)的重要通訊代碼：


3　Windows98平臺(tái)上的串行通訊程序
　　為了和嵌入式計(jì)算機(jī)進(jìn)行485通訊，所以在上位微機(jī)中我們采用了研華工控的基于ISA的485電平轉(zhuǎn)換板卡。在視窗98操作系統(tǒng)下，操作系統(tǒng)全面地接管了PC機(jī)的硬件系統(tǒng)，所以在Windows98下，通過(guò)自己編寫(xiě)低層端口的驅(qū)動(dòng)程序?qū)⑹致闊６鳹isualBasic6．0中的MSComm則解決了開(kāi)發(fā)者對(duì)Windows管理低層硬件不熟悉的問(wèn)題。所以我們使用VisualBasic6．0中的MSComm來(lái)編制通訊程序。VB中的MSComm為應(yīng)用程序提供了串行通訊功能，它通過(guò)串行口發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，非常方便地實(shí)現(xiàn)串行通訊。MSComm控件提供了一系列的標(biāo)準(zhǔn)通訊命令的使用界面。使用它可以建立與串行口的連接，通過(guò)串行口連接到其他通訊設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，以及監(jiān)視和響應(yīng)串行連接中發(fā)生的事件和錯(cuò)誤。下面先來(lái)介紹一下MSComm的一些屬性和事件，見(jiàn)表1。

    OnComm事件是MSComm中的唯一的一個(gè)事件。無(wú)論何時(shí)當(dāng)CommEvent屬性的值變化時(shí)，就產(chǎn)生OnComm事件，標(biāo)志發(fā)生了一個(gè)通訊事件或一個(gè)錯(cuò)誤。
　　在屬性中，根據(jù)筆者的調(diào)試經(jīng)驗(yàn)有以下兩點(diǎn)值得注意：
　　（1）Input屬性和InputMode屬性之間的關(guān)系：
InputMode屬性確定用Input屬性讀取的數(shù)據(jù)類(lèi)型。如果設(shè)置InputMode為comInputModeText，Input屬性通過(guò)一個(gè)Variant返回文本數(shù)據(jù)。如果設(shè)置InputMode為comInputModeBinary，Input屬性通過(guò)一個(gè)Variant返回一二進(jìn)制數(shù)據(jù)的數(shù)組。因?yàn)?，根?jù)本系統(tǒng)的通訊協(xié)議要求，通訊中數(shù)據(jù)部分的數(shù)值可能會(huì)大于127，而comInputModeText方式采用ASCII編碼，其最大值只有127，所以要用comInputModeBinary方式。
　?。?）Output屬性討論：Output屬性可以傳輸文本數(shù)據(jù)或二進(jìn)制數(shù)據(jù)。用Output屬性傳輸文本數(shù)據(jù)，必須定義一個(gè)包含一個(gè)字符串的Variant。而字符串中的字符也是用ASCII編碼，這樣也不符合通訊協(xié)議的要求。所以要用Output屬性傳輸二進(jìn)制數(shù)據(jù)，這樣才能與符合通訊協(xié)議的要求。發(fā)送二進(jìn)制數(shù)據(jù)，必須傳遞一個(gè)包含字節(jié)數(shù)組的Variant到Output屬性。具體發(fā)送做法如下：

    下面是一些重要的程序代碼：




4　結(jié)束語(yǔ)
　　本系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)行穩(wěn)定，得到了用戶(hù)的好評(píng)。由嵌入式計(jì)算機(jī)和微機(jī)（PC）組成的系統(tǒng)，通過(guò)發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，并通過(guò)串行通訊相連，極大地提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性，同時(shí)從成本的角度來(lái)考慮，它也是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的，高性?xún)r(jià)比的。