上位機與下位機通信設計

1、z1引言現(xiàn)代化集中管理需要對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、分析、制表、打印、繪圖、報警等,同時,又要求對現(xiàn)場裝置進行實時控制，完成各種規(guī)定操作，達到集中管理的目的。加之單片機的計算能力有限，難以進行復雜的數(shù)據(jù)處理。因此在功能比較復雜的控制系統(tǒng)中，通常以PC機為上位機，單片機為下位機，由單片機完成數(shù)據(jù)的采集及對裝置的控制，而由上位機完成各種復雜的數(shù)據(jù)處理及對單片機的控制。PC機與單片機8051之間的通信特點在工業(yè)控制系統(tǒng)中,各種數(shù)據(jù)的采集和執(zhí)行機構的控制都是由下位機或探測站來完成。由于單片機具有體積小、價格低廉、可應用于惡劣工業(yè)環(huán)境的特點,在分布式控制系統(tǒng)中大多采用單片機作為下位機來進行數(shù)據(jù)采集和現(xiàn)場控制。

2、在這些應用中,單片機只是直接面向被控對象底層。而對采集到的數(shù)據(jù)進行進一步分析和處理的工作是由功能強大的主控PC機來完成的。因此,PC機和單片機之間就有著大量的數(shù)據(jù)交換。PC機與單片機8051通信的硬件設計通常PC機和單片機之間的通信是通過串行總線RS-232實現(xiàn)的。因此采用一種以MAX232為核心的通信接口電路。該接口電路適用于由一臺PC機與多個8051單片機串行通信的設計，其原理和方法同樣適用于PC機與其它單片機之間的串行數(shù)據(jù)通信。其原理框圖見圖1:圖1單片機與PC機通信原理框圖該框圖中，起著重要作用的是RS-232C通信接口電路。它是上位機和下位機之間信息傳遞的樞紐，一切數(shù)據(jù)的傳輸必需由它

3、完成，上位機直接利用它的RS-232串行口，為此，采用了RS-232串行通信來接收或上傳數(shù)據(jù)和指令。但RS-232信號的電平和單片機串口信號的電平不一致，必須進行二者之間的電平轉換。在此電路中，采用MAX232實現(xiàn)TTL邏輯電平和RS-232電平之間的相互轉換。MAX232由單一的+5V電源供電，只需配接5個高精度10pF/50V的鉭電容即可完成電平轉換。因此，避免了用1488和1489時必需兩路電源的麻煩。轉換后的串行信號TXD、RXD直接與PC機的串行口連接。如此設計，既可發(fā)揮出PC機強大的計算和顯示功能，又可以體現(xiàn)出單片機靈活的控制功能，有利于對現(xiàn)場信號的實時采集、處理和監(jiān)控。3.180

4、51與PC機之間的通信協(xié)議在許多場合的測控系統(tǒng)中，約定PC機和8051單片機的通信協(xié)議為：Number+Command+Length+DataCheckNumber:下位機的機號，若設計中有3臺下位機，即Number取01H,02H,03H,分別代表:1，2，3號下位機;Command:本次命令的代碼;Length:本次發(fā)送數(shù)據(jù)段的字節(jié)數(shù)；Data:要發(fā)送的數(shù)據(jù)段；Check:1字節(jié)的校驗碼。本設計只考慮一個8051單片機,故可對上述通信協(xié)議進行簡化。3.28051和PC機之間通信的軟件設計VB提供了串行端口控件Mscomm方便應用程序實現(xiàn)串行通訊，該控件屏蔽了通信過程中的底層操作,程序員應用

5、時只需設置、監(jiān)視Mscomm控件的屬性和事件即可完成對串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入、輸出工作。匯編語言是一種執(zhí)行效率高、可讀性強的語言。為實現(xiàn)通訊正常,PC機與單片機約定如下:波特率:2400bps;信息格式:1個起始位,8位數(shù)據(jù)位,1個停止位,無奇偶校驗位;串行口操作模式:標準異步串行通信，串行口模式1;傳送方式:PC機采用查詢方式接收數(shù)據(jù)，8051單片機采用中斷方式接收信息。(1)總體功能設計通過綜合分析，本系統(tǒng)至少應具備如下功能:lPC機與單片機8051都可發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，進行可以異步串行通信；lPC機鍵盤輸入發(fā)送給單片機8051，單片機接收PC機發(fā)來的數(shù)據(jù)并送LED顯示；l單片機8051

6、鍵盤的每次輸入以BCD碼送給單片機的LED顯示，單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)由四次按鍵的BCD碼組成，發(fā)送時作為一個隊列發(fā)送，PC機接收單片機發(fā)送來的數(shù)據(jù)并送窗口顯示；1上位機程序即PC端程序采用VB6.0制作，人機界面友好，界面簡潔，功能完善，下位機程序即單片機端采用匯編語言進行開發(fā)。1EW交界血L論1圖2上位機模塊圖3下位機模塊(2)通訊流程圖l主程序實現(xiàn)下位機即單片機8051系統(tǒng)的初始化，8255初始化，設置單片機串行口控制寄存器SCON,電源控制寄存器PCON,定時器T1初始化，開中斷。系統(tǒng)不停的對鍵盤和RxD線進行監(jiān)測，當通過掃描發(fā)現(xiàn)有按鍵輸入時，經(jīng)過按鍵處理后就啟動該模塊向上位機PC端發(fā)送所檢

7、測到的鍵碼;當單片機8051監(jiān)測到RxD線上有數(shù)據(jù)到時就啟動該子程序對PC發(fā)來的數(shù)據(jù)進行接收，同時經(jīng)過BCD轉換送單片機系統(tǒng)的LED進行顯示以方便和PC機發(fā)送的數(shù)據(jù)進行比較，以確認通信是否正確。流程圖見圖4。上位機咬來數(shù)據(jù)按收Sjj定時器T1初始牝LED顯示暫弁并進LED上不數(shù)彌賦列發(fā)迖說買串行口控制寄徉戲SCClfl設賢電瀰控刖將存誥PC0N圖4主程序流程圖鍵碼送呂SUF船璋牡韋腎加1事訐口中斷堤位圖5數(shù)據(jù)隊列發(fā)送流程圖l數(shù)據(jù)隊列發(fā)送子程序當單片機8051鍵盤已有4次輸入時，就啟動該模塊向上位機PC端發(fā)送所檢測到的鍵碼。流程圖見圖5。l鍵碼發(fā)送子程序當單片機8051檢測到鍵盤有輸入時，就通過

8、按鍵處理啟動該模塊向上位機PC端發(fā)送所檢測到的鍵碼。流程圖見圖6。說碼送SBUE-軸收發(fā)匿掏針減1皋行口中斷具位圖6鍵碼發(fā)送流程圖入口接收完否豐Y極冋按腔載據(jù)氈釘十韜際申行中斯標壺BCD碼苒恢送LED顯示圖7數(shù)據(jù)接收流程圖誹U凱嗣撫和-位尅的辭叫余敷為個位懿的BC1鬥圖8BCD轉換流程圖l數(shù)據(jù)接收子程序當8051監(jiān)測到RxD線有數(shù)據(jù)到時就啟動子程序對PC發(fā)來的數(shù)據(jù)進行接收。流程圖見圖7。lBCD碼轉換子程序該程序通過把#DATABUF中的十進制數(shù)值除以100(64H),得到的商就是百位數(shù)的BCD碼，然后把余數(shù)除以10(0AH)便可以得到十位和個位的BCD碼，從而得到相應的三位BCD碼。在該子程序中進行雙字節(jié)無符號二進制數(shù)的除法時要用到前面介紹的多字節(jié)無符號二進制數(shù)的除法算法，由于原理相似，在此不再重述。流程圖見圖8。在此程序中因原來的接收數(shù)據(jù)存在于#DATABUF附近，為防止發(fā)生信息覆蓋故使用了暫存單元來暫時寄存除法計算的中間值。lLED顯示子程序該子程序實現(xiàn)對接收數(shù)據(jù)進行BCD碼轉換并輸出到LED,采用動態(tài)顯示的方式進行顯示。流程圖見圖9:打描左成牡亦單元地址加掃播恫右移他顯示述沖區(qū)肖址送冏打描初憤退S3耿捉示址沖區(qū)內(nèi)容戰(zhàn)校狗蚩示科述也II掃擋fcr垃透pb口圖9LED顯示流程圖4結束語上位機與下位機通訊是一個應用性廣,適用