本文提出了一種切實(shí)可行的方法，通過實(shí)際電路搭建和調(diào)試，實(shí)現(xiàn)了pc機(jī)與單片機(jī)多機(jī)的互相通信，達(dá)到了預(yù)定的目標(biāo)，使該系統(tǒng)具有如下功能：
（1）pc機(jī)可以對(duì)所有100多個(gè)單片機(jī)進(jìn)行控制，根據(jù)需要，發(fā)送不同控制字到達(dá)每個(gè)單片機(jī)；
（2）pc機(jī)對(duì)單片機(jī)的狀態(tài)修改是隨機(jī)的、沒有規(guī)律的；
（3）所有單片機(jī)將自身的一些狀態(tài)信息按照順序回傳至pc機(jī)。
1 互通信的幾種實(shí)現(xiàn)方法
pc 機(jī)至多個(gè)單片機(jī)的廣播比較簡(jiǎn)單，難度較大的是多個(gè)單片機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)至pc機(jī)。由于100多個(gè)單片機(jī)均掛在一個(gè)數(shù)據(jù)總線上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)就在于數(shù)據(jù)總線控制權(quán)的傳遞，絕對(duì)不能出現(xiàn)有2個(gè)或者2個(gè)以上設(shè)備同時(shí)向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)之初，考慮了兩種總線控制方式有接力式和點(diǎn)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(jī)在接收完pc機(jī)數(shù)據(jù)后，處于串行接收狀態(tài)，不占用總線控制權(quán)。pc機(jī)發(fā)出回送開始指令，第1個(gè)單片機(jī)響應(yīng)該指令，并立即占有總線控制權(quán)，向總線上的pc機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，緊接著第1個(gè)單片機(jī)發(fā)送控制指令，通知第2個(gè)單片機(jī)，同時(shí)第1個(gè)單片機(jī)退出總線控制權(quán)，處于接收狀態(tài)；第2個(gè)單片機(jī)接收到第1個(gè)單片機(jī)的開始指令后，和前面第1個(gè)單片機(jī)一樣，開始向總線上發(fā)送數(shù)據(jù)，并在結(jié)束傳送之后通知第3個(gè)單片機(jī)，如此這般，不斷接力傳輸，輪流控制總線，直至最后一個(gè)單片機(jī)完成數(shù)據(jù)傳送。在單片機(jī)控制總線，進(jìn)行回傳的過程中，如果要通過pc機(jī)向某個(gè)或者某些單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，pc機(jī)軟件會(huì)自動(dòng)將這些數(shù)據(jù)存儲(chǔ)下來，等到最后一個(gè)單片機(jī)接收向pc機(jī)送數(shù)據(jù)之后，pc機(jī)再占用數(shù)據(jù)總線，開始向單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)。
（2）點(diǎn)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(jī)點(diǎn)名指令。系統(tǒng)初始化后，單片機(jī)接收pc機(jī)指令、數(shù)據(jù)之后，pc機(jī)發(fā)送點(diǎn)名指令，讓第1個(gè)單片機(jī)開始傳送數(shù)據(jù)，第1個(gè)單片機(jī)接收該指令后，立即占用總線，開始傳送數(shù)據(jù)，傳送結(jié)束后，發(fā)送結(jié)束指令至pc 機(jī)，pc 機(jī)在接收該結(jié)束指令后，立即占用總線，再發(fā)送點(diǎn)名指令，讓第2個(gè)單片機(jī)開始傳送數(shù)據(jù)，如此不斷動(dòng)作，直至最后一個(gè)單片機(jī)結(jié)束傳送。
在單片機(jī)傳送數(shù)據(jù)時(shí)，如果pc 機(jī)要送數(shù)據(jù)至單片機(jī)，可以在接收完某個(gè)單片機(jī)數(shù)據(jù)之后，暫停發(fā)送點(diǎn)名指令，直接發(fā)送數(shù)據(jù)至某個(gè)或者某些單片機(jī)。待數(shù)據(jù)發(fā)送完成后，繼續(xù)接上原先的中斷的點(diǎn)名順序號(hào)，繼續(xù)向后點(diǎn)名、傳送數(shù)據(jù)。綜合考慮這兩種總線控制方式，不難發(fā)現(xiàn)，由于沒有來回傳遞點(diǎn)名的指令時(shí)間開銷，接力式的傳輸效率會(huì)略高于點(diǎn)名式，所以，一開始還是采用了接力式的控制方式。
但是在進(jìn)行大的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)時(shí)，問題出現(xiàn)了。由于接力式脫離pc機(jī)的過程干預(yù)，一旦出現(xiàn)某個(gè)單片機(jī)程序跑飛、死機(jī)時(shí)，整個(gè)程序就沒法進(jìn)行下去，一直處于等待狀態(tài)，整個(gè)系統(tǒng)就癱瘓了。調(diào)試過程中出現(xiàn)過好幾次死機(jī)的情況。最后，不得不回頭修改總體方案，采用點(diǎn)名式的控制方式。如果中間某個(gè)單片機(jī)出現(xiàn)異常，沒有按照預(yù)定的程序回傳數(shù)據(jù)，則pc機(jī)就可以判斷該單片機(jī)死機(jī)，在經(jīng)歷過一段等待時(shí)間后，自行跳過該單片機(jī)，點(diǎn)名下一個(gè)單片機(jī)，繼續(xù)后續(xù)的回傳和程序。如果該故障單片機(jī)還在占用總線，影響下一個(gè)單片機(jī)的工作，則對(duì)單片機(jī)公用的復(fù)位端發(fā)送一個(gè)整體復(fù)位信號(hào)，讓所有單片機(jī)復(fù)位。經(jīng)過重新調(diào)整方案后，經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，均沒有出現(xiàn)整機(jī)死機(jī)的狀況，總體運(yùn)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(shì)：
可以隨時(shí)打斷回傳，幾乎實(shí)時(shí)發(fā)送新的指令到某個(gè)或者某些單片機(jī)上，該功能是非常實(shí)用的。
2 系統(tǒng)的硬件構(gòu)成
根據(jù)系統(tǒng)的總體要求，構(gòu)建了如圖1所示的硬件平臺(tái)。
整個(gè)系統(tǒng)采用rs 485 總線結(jié)構(gòu)，rs 485 為差分平衡數(shù)字通信方式，具有較強(qiáng)的抗干擾能力，廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)距離數(shù)字通信。rs 485和rs 422a總線最大的區(qū)別是rs 485 可以單工雙向傳輸，而rs 422a 只能單向傳輸數(shù)據(jù)，在本系統(tǒng)由于存在大量單片機(jī)，如果使用rs 422a,電纜會(huì)增加一倍。另外，由于標(biāo)準(zhǔn)的rs 485鏈路只可以連接32個(gè)設(shè)備，故每個(gè)轉(zhuǎn)換器上要增加驅(qū)動(dòng)器。目前pc 機(jī)上已經(jīng)很難找到串口了，故pc 機(jī)與rs 485 總線之間采用pl2303 芯片進(jìn)行橋接。pl2303為prolific 公司產(chǎn)品，可以很方便地將usb 接口轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)rs 232 電平，用戶根本不用關(guān)心復(fù)雜的usb 協(xié)議和規(guī)范，在pc端的軟件編程中，只需像標(biāo)準(zhǔn)com口一樣使用usb口，因?yàn)閜rolific公司提供的驅(qū)動(dòng)中，已經(jīng)將該usb 口模擬成了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的com 口了。該芯片最高速度可以達(dá)到115 200 b/s,極大地方便了普通串行通信與pc機(jī)的連通。復(fù)位監(jiān)視與讀寫轉(zhuǎn)換電路也是一個(gè)單片機(jī)，不過該單片機(jī)只完成兩個(gè)功能。一個(gè)是就是接收rs 485 總線前的pc 機(jī)txd（rs 232 端的txd）發(fā)出信號(hào)，一旦出現(xiàn)pc機(jī)發(fā)出的全局復(fù)位串行代碼后，立即產(chǎn)生一個(gè)全局復(fù)位信號(hào)，將所有單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位。該功能就是為了防止某個(gè)單片機(jī)出現(xiàn)故障，一直意外占用總線，導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓。
為了實(shí)現(xiàn)rs 485 的半雙工通信，必須有一個(gè)方向切換控制信號(hào)，如圖2所示。在單片機(jī)端，這個(gè)控制信號(hào)很容易獲得，引出一個(gè)i/o腳，即可在單片機(jī)程序中控制該信號(hào)的切換；但是pc機(jī)端的rs 485的切換就相對(duì)比較麻煩，這也是復(fù)位監(jiān)視與讀寫轉(zhuǎn)換電路完成的另外一個(gè)重要功能：讀寫轉(zhuǎn)換。如果pc機(jī)要占用rs 485總線，則發(fā)送一個(gè)特定的串行碼，該專用單片機(jī)接收并響應(yīng)該串行碼，切換rs 485控制器，開始占用485總線并發(fā)送數(shù)據(jù)，如果pc機(jī)結(jié)束發(fā)送數(shù)據(jù)，則要同時(shí)發(fā)送一個(gè)特定的串行碼，通知該專用單片機(jī)，進(jìn)行相應(yīng)的rs 485切換。單片機(jī)及其附屬電路組成了相關(guān)的功能電路。
主單片機(jī)采用了silicon公司的8051f020型增強(qiáng)型單片機(jī)。該單片機(jī)最大的優(yōu)勢(shì)是內(nèi)部集成的模擬電路功能較為強(qiáng)大、單片機(jī)運(yùn)行速度快、程序編寫-燒寫-仿真較為方便。
3 系統(tǒng)的軟件構(gòu)成
軟件分為3個(gè)部分：pc機(jī)上位機(jī)程序、單片機(jī)通用程序和專用單片機(jī)程序。專用單片機(jī)的程序運(yùn)行在復(fù)位監(jiān)視與讀寫轉(zhuǎn)換電路中，該程序較為簡(jiǎn)單，就是在上電后，一直按照約定的波特率和數(shù)據(jù)格式接收pc機(jī)送出的串行數(shù)據(jù)，若得到的數(shù)據(jù)符合約定的復(fù)位格式，則送出復(fù)位信號(hào)；若接收到的數(shù)據(jù)符合總線切換的格式，則送出相應(yīng)的切換信號(hào)。pc 機(jī)上位機(jī)程序比較復(fù)雜，可以根據(jù)用戶的實(shí)際需要，編寫相關(guān)的應(yīng)用程序。在本文中，采用delphi編寫了應(yīng)用程序，實(shí)現(xiàn)了對(duì)單片機(jī)群的參數(shù)設(shè)置、狀態(tài)調(diào)整、信息反饋和系統(tǒng)控制。
單片機(jī)通用程序分別運(yùn)行在100多個(gè)單片機(jī)上，是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)。圖3為單片機(jī)程序流程圖。
單片機(jī)初始化后，接收pc機(jī)送來的初始指令，然后開始運(yùn)行主程序，執(zhí)行單片機(jī)的主功能。同時(shí)開放串行接收中斷，一旦接收到pc機(jī)發(fā)來的指令，就進(jìn)行對(duì)比判斷，如果是pc 機(jī)對(duì)自己的點(diǎn)名，則響應(yīng)pc 機(jī)的回送指令，開始占用總線，向pc機(jī)傳送數(shù)據(jù)，結(jié)束后向pc機(jī)發(fā)送結(jié)束狀態(tài)字，結(jié)束占用總線，回到主程序，同時(shí)等待接收串行數(shù)據(jù)。
4 結(jié)語
經(jīng)過大量試驗(yàn)，課題組應(yīng)用點(diǎn)名式總線控制方式，成功解決了pc機(jī)與大量單片機(jī)的雙向互通問題，實(shí)現(xiàn)了100 多個(gè)單片機(jī)與主控pc 機(jī)之間的互通信，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。電路經(jīng)過長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，實(shí)際情況表明，該系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、控制靈活、可靠性高，采用的點(diǎn)名式總線控制方式具有很好的實(shí)用價(jià)值。