遠程終端中通信控制卡的設計與實現

關鍵詞：單片機；智能模塊；串口通信

１ 概述

ＰＣ機與多臺單片機構成小型的分布式測控系統(tǒng)已在工業(yè)控制、生產管理中得到了廣泛的應用。在這類應用系統(tǒng)中，ＰＣ機多作為上位機通過直接查詢來控制各從機。由于ＰＣ機本身還要進行動態(tài)數據顯示、數據庫實時錄入、越限報警、報表打印等任務，因此，當從機數目過多時，上位機頻繁地響應從機的中斷，并在一定時間內等待和接收數據?這極大地影響了ＰＣ機的工作效率。為了提高上位機的工作效率，筆者在ＰＣ機與各個智能模塊間增加了一塊用ＡＴ８９Ｃ５１作為微控制器的通信控制卡。整個系統(tǒng)構成一個３級分級控制系統(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下位機的各智能模塊進行查詢，該智能模塊由ＡＴ８９Ｃ５１控制的電量、溫度、液位、開關量采集板構成，它們分別可獨立完成各自的數據采集和處理任務。當處于被查詢狀態(tài)時，系統(tǒng)可采用中斷方式與通信卡進行通信。通信卡依次為人機完成各種數據處理任務提供各種數據和控制命令，然后把它們統(tǒng)一打包上傳給上位機，從而使上位機可以對其進行顯示、加工和處理，并形成各種報表。

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多機通信方式３進行總線式多機通信。為了同時能與ＰＣ進行通信，另一端通過８２５１Ａ的擴展串口與ＰＣ相連。即要求８２５１Ａ芯片的接收數據線ＲＸＤ（腳３）及發(fā)送數據線ＴＸＤ（腳１９）通過ＭＡＸ２３２與ＰＣ相連?這是因為電平轉換器８２５１Ａ的輸入、輸出均為ＴＴＬ電平，而通過電平轉換器可將ＴＴＬ電平轉換成ＲＳ２３２Ｃ標準電平以便與ＰＣ進行通信。

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

３ 軟件系統(tǒng)設計

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)議進行。過程如下：

（１）首先使所有從機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／數據信息的標志位，該位為１表示該幀為地址信息。

（３）從機接收到地址幀后，會將其接收的地址與本從機的地址相比較。對于地址相符的從機，可置ＳＭ２＝０，以接收主機隨后發(fā)來的所有信息；而對于地址不相符的從機，則置ＳＭ２＝１，以繼續(xù)執(zhí)行采集任務和其它任務。

（４）當從機發(fā)送數據結束后，會發(fā)送一幀校驗和，并將第９位（ＴＢ８）置為１,以作為從機數據傳送結束標志。

（５）控制卡接受數據時，先判斷數據結束標志（ＲＢ８），若ＲＢ８＝１，且校驗正確，則回送正確信號００Ｈ，此信號可令該從機復位以重新采集數據，等待地址幀。若校驗和出錯，則送０ＦＦＨ，以令該機重發(fā)數據，如果重發(fā)５次還不行，則認為失敗，并轉入其它地址。若接收幀的ＲＢ８＝０，則將原數據鎖定到緩沖區(qū)，并準備接收下幀信息。

（６）從機接收到復位命令后，再回到監(jiān)聽地址狀態(tài)（ＳＭ２＝１）。

３．２ 程序框圖

設主機發(fā)送的地址信號０１Ｈ、０２Ｈ、０３Ｈ為從機設備地址，地址ＦＦＨ是命令各從機恢復ＳＭ２為１的狀態(tài)信號，即復位。從機的命令編碼為：

０１Ｈ―請求從機接收通信卡的數據命令；

０２Ｈ―請求從機向通信控制卡發(fā)送數據；其它均按從機向通信卡發(fā)數據處理。

從機的狀態(tài)字節(jié)格式如圖２所示。其中ＴＲＤＹ為１表示從機已準備好接收通信卡的數據（見圖２中Ｄ１位）；ＲＲＤＹ為１表示從機準備好向通信卡發(fā)送數據（見圖２中Ｄ０位）；而ＥＲＲ＝１則表示從機接收到的命令是錯誤的（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，采用定時器Ｔ１的工作方式２，這樣，當ＴＬ１計滿時，ＴＨ１將自動送數給ＴＬ１。當波特率為４８００ｂｐｓ時，ＴＨ１＝ＴＬ１＝０ｘｆ３。而通信卡與ＰＣ間的波特率為９６００ｂｐｓ，故可用產生的脈沖８分頻后送到８２５３。８２５３工作在方式３，它產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實現的通信卡和從機的程序流程圖如圖３和如圖４所示。該通信卡采用查詢方式，從機采用中斷方式進行相互通信，并采用校驗方式進行數據校驗，然后將數據打包，上傳給上位ＰＣ。

本設計已用于鐵路調度監(jiān)督系統(tǒng)遠程終端單元中的控制信息采集板和開關量采集板，以及鐵路微機聯(lián)鎖系統(tǒng)中的上位機控制和模擬屏動態(tài)實時顯示等方面。整個系統(tǒng)實際運行良好，可靠性高，系統(tǒng)性能得到很大的改善