遠(yuǎn)程終端中通信控制卡的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

關(guān)鍵詞：單片機(jī)；智能模塊；串口通信

１ 概述

ＰＣ機(jī)與多臺(tái)單片機(jī)構(gòu)成小型的分布式測(cè)控系統(tǒng)已在工業(yè)控制、生產(chǎn)管理中得到了廣泛的應(yīng)用。在這類(lèi)應(yīng)用系統(tǒng)中，ＰＣ機(jī)多作為上位機(jī)通過(guò)直接查詢來(lái)控制各從機(jī)。由于ＰＣ機(jī)本身還要進(jìn)行動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)顯示、數(shù)據(jù)庫(kù)實(shí)時(shí)錄入、越限報(bào)警、報(bào)表打印等任務(wù)，因此，當(dāng)從機(jī)數(shù)目過(guò)多時(shí)，上位機(jī)頻繁地響應(yīng)從機(jī)的中斷，并在一定時(shí)間內(nèi)等待和接收數(shù)據(jù)?這極大地影響了ＰＣ機(jī)的工作效率。為了提高上位機(jī)的工作效率，筆者在ＰＣ機(jī)與各個(gè)智能模塊間增加了一塊用ＡＴ８９Ｃ５１作為微控制器的通信控制卡。整個(gè)系統(tǒng)構(gòu)成一個(gè)３級(jí)分級(jí)控制系統(tǒng)，通信控制卡位于中間層，它是系統(tǒng)控制、管理的中樞。

２ 通信控制卡硬件電路

在本系統(tǒng)中，通信控制卡采用查詢方式對(duì)下位機(jī)的各智能模塊進(jìn)行查詢，該智能模塊由ＡＴ８９Ｃ５１控制的電量、溫度、液位、開(kāi)關(guān)量采集板構(gòu)成，它們分別可獨(dú)立完成各自的數(shù)據(jù)采集和處理任務(wù)。當(dāng)處于被查詢狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可采用中斷方式與通信卡進(jìn)行通信。通信卡依次為人機(jī)完成各種數(shù)據(jù)處理任務(wù)提供各種數(shù)據(jù)和控制命令，然后把它們統(tǒng)一打包上傳給上位機(jī)，從而使上位機(jī)可以對(duì)其進(jìn)行顯示、加工和處理，并形成各種報(bào)表。

該系統(tǒng)的硬件接口電路如圖１所示。其中控制卡的核心芯片是ＡＴ８９Ｃ５１，它利用本身自帶的串口與各智能模塊間通過(guò)多機(jī)通信方式３進(jìn)行總線式多機(jī)通信。為了同時(shí)能與ＰＣ進(jìn)行通信，另一端通過(guò)８２５１Ａ的擴(kuò)展串口與ＰＣ相連。即要求８２５１Ａ芯片的接收數(shù)據(jù)線ＲＸＤ（腳３）及發(fā)送數(shù)據(jù)線ＴＸＤ（腳１９）通過(guò)ＭＡＸ２３２與ＰＣ相連?這是因?yàn)殡娖睫D(zhuǎn)換器８２５１Ａ的輸入、輸出均為ＴＴＬ電平，而通過(guò)電平轉(zhuǎn)換器可將ＴＴＬ電平轉(zhuǎn)換成ＲＳ２３２Ｃ標(biāo)準(zhǔn)電平以便與ＰＣ進(jìn)行通信。

８２５１Ａ芯片的時(shí)鐘輸入線ＣＬＫ可為其提供定時(shí)信號(hào)。在異步方式時(shí)，ＣＬＫ的頻率至少應(yīng)大于８２５１Ａ內(nèi)接收器或發(fā)送器輸入頻率的４．５倍。其引腳ＲＸＣ（腳２５）為接收器時(shí)鐘，它的作用是控制字符的發(fā)送速率，其時(shí)鐘可使用８２５３產(chǎn)生的合適時(shí)鐘頻率。在異步方式中，引腳ＲＸＣ和ＴＸＣ（即接收、發(fā)送時(shí)鐘）為波特率的１６倍。該控制卡中擴(kuò)展的８ｋＢ ＲＡＭ可分別開(kāi)辟４個(gè)不同的存儲(chǔ)電量采集板的數(shù)據(jù)，處理時(shí)可以將它們一起送到ＰＣ。

３ 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

３．１ 通信協(xié)議

通信控制卡的ＡＴ８９Ｃ５１串口與各智能模塊的通信按自定義的通信協(xié)議進(jìn)行。過(guò)程如下：

（１）首先使所有從機(jī)ＳＭ２位置１，以使其處于只接收地址幀的狀態(tài)。

（２）控制卡先發(fā)一地址信息，其中８位為地址，第９位為地址／數(shù)據(jù)信息的標(biāo)志位，該位為１表示該幀為地址信息。

（３）從機(jī)接收到地址幀后，會(huì)將其接收的地址與本從機(jī)的地址相比較。對(duì)于地址相符的從機(jī)，可置ＳＭ２＝０，以接收主機(jī)隨后發(fā)來(lái)的所有信息；而對(duì)于地址不相符的從機(jī)，則置ＳＭ２＝１，以繼續(xù)執(zhí)行采集任務(wù)和其它任務(wù)。

（４）當(dāng)從機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)結(jié)束后，會(huì)發(fā)送一幀校驗(yàn)和，并將第９位（ＴＢ８）置為１,以作為從機(jī)數(shù)據(jù)傳送結(jié)束標(biāo)志。

（５）控制卡接受數(shù)據(jù)時(shí)，先判斷數(shù)據(jù)結(jié)束標(biāo)志（ＲＢ８），若ＲＢ８＝１，且校驗(yàn)正確，則回送正確信號(hào)００Ｈ，此信號(hào)可令該從機(jī)復(fù)位以重新采集數(shù)據(jù)，等待地址幀。若校驗(yàn)和出錯(cuò)，則送０ＦＦＨ，以令該機(jī)重發(fā)數(shù)據(jù)，如果重發(fā)５次還不行，則認(rèn)為失敗，并轉(zhuǎn)入其它地址。若接收幀的ＲＢ８＝０，則將原數(shù)據(jù)鎖定到緩沖區(qū)，并準(zhǔn)備接收下幀信息。

（６）從機(jī)接收到復(fù)位命令后，再回到監(jiān)聽(tīng)地址狀態(tài)（ＳＭ２＝１）。

３．２ 程序框圖

設(shè)主機(jī)發(fā)送的地址信號(hào)０１Ｈ、０２Ｈ、０３Ｈ為從機(jī)設(shè)備地址，地址ＦＦＨ是命令各從機(jī)恢復(fù)ＳＭ２為１的狀態(tài)信號(hào)，即復(fù)位。從機(jī)的命令編碼為：

０１Ｈ―請(qǐng)求從機(jī)接收通信卡的數(shù)據(jù)命令；

０２Ｈ―請(qǐng)求從機(jī)向通信控制卡發(fā)送數(shù)據(jù)；其它均按從機(jī)向通信卡發(fā)數(shù)據(jù)處理。

從機(jī)的狀態(tài)字節(jié)格式如圖２所示。其中ＴＲＤＹ為１表示從機(jī)已準(zhǔn)備好接收通信卡的數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖２中Ｄ１位）；ＲＲＤＹ為１表示從機(jī)準(zhǔn)備好向通信卡發(fā)送數(shù)據(jù)（見(jiàn)圖２中Ｄ０位）；而ＥＲＲ＝１則表示從機(jī)接收到的命令是錯(cuò)誤的（圖２中Ｄ７位）。

該通信控制卡與各智能模塊均采用１２ＭＨｚ晶振，它們之間的波特率為４８００ｂｐｓ，采用定時(shí)器Ｔ１的工作方式２，這樣，當(dāng)ＴＬ１計(jì)滿時(shí)，ＴＨ１將自動(dòng)送數(shù)給ＴＬ１。當(dāng)波特率為４８００ｂｐｓ時(shí)，ＴＨ１＝ＴＬ１＝０ｘｆ３。而通信卡與ＰＣ間的波特率為９６００ｂｐｓ，故可用產(chǎn)生的脈沖８分頻后送到８２５３。８２５３工作在方式３，它產(chǎn)生的周期性方波送給８２５１Ａ的ＴＸＣ、ＲＸＣ，可作為波特率發(fā)生器。用Ｃ５１實(shí)現(xiàn)的通信卡和從機(jī)的程序流程圖如圖３和如圖４所示。該通信卡采用查詢方式，從機(jī)采用中斷方式進(jìn)行相互通信，并采用校驗(yàn)方式進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)，然后將數(shù)據(jù)打包，上傳給上位ＰＣ。

本設(shè)計(jì)已用于鐵路調(diào)度監(jiān)督系統(tǒng)遠(yuǎn)程終端單元中的控制信息采集板和開(kāi)關(guān)量采集板，以及鐵路微機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)中的上位機(jī)控制和模擬屏動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示等方面。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行良好，可靠性高，系統(tǒng)性能得到很大的改善