PC機與嵌入式計算機系統串行通訊的硬軟件實(shí)現
1 引 言
目前，先進(jìn)的嵌入式計算機以其優(yōu)良的品質(zhì)、高可靠性及模塊化，廣泛地應用于工業(yè)控制、航空航天、醫療、智能儀表、通訊、數控、自動(dòng)化生產(chǎn)設備、數據采集等領(lǐng)域。在實(shí)際應用中，有時(shí)需要借助微機的強大的數據處理能力和豐富的軟件資源，使得組成的系統功能更為強大。這樣，為了提升系統的整體性能，必須實(shí)現PC機和嵌入式計算機之間的通訊。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。由于串行通訊相對于并行通訊有接線(xiàn)數量少，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 嵌入式計算機的硬件和通訊軟件的設計
2．1 系統的功能簡(jiǎn)介
本文以溫控系統為背景作介紹。現場(chǎng)的嵌入式計算機的模擬量采集模塊和數字量采集模塊采集溫度濕度、以及執行機構的開(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，將這些數據上傳至微機，微機則先將模擬量資料存入數據庫中（為了中長(cháng)期地跟蹤溫控系統的控制效果，便于以后的分析），再通過(guò)控制算法來(lái)計算輸出控制量，并通過(guò)通訊下傳到嵌入式計算機中，然后再由其控制量輸出至相應的執行機構進(jìn)行控制。整個(gè)系統這樣設計的優(yōu)點(diǎn)在于：通過(guò)微機上的圖形控制接口，生動(dòng)實(shí)時(shí)地向用戶(hù)顯示控制對象的情況；友好的用戶(hù)接口使得用戶(hù)可以在微機上直接手動(dòng)輸出來(lái)控制被控對象；同時(shí)又發(fā)揮了嵌入式計算機系統的穩定性、可靠性和高度靈活性等特點(diǎn)。
2．2 嵌入式計算機的硬件結構
嵌入式計算機系統由以下幾部分組成：模擬量采集部分，數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，可以將模擬量信號經(jīng)過(guò)A／D芯片轉化為數字量信號，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轉換器，具有12位的精度，可以同時(shí)對11路信號進(jìn)行轉換。數字量采集部分及輸出部分使用了NEC8255芯片，通過(guò)軟件對NEC8255進(jìn)行設置來(lái)選擇數字量的輸入與輸出的方向。通訊部分將MCU的TTL電平轉換為進(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：對模擬量采集部分、數字量采集部分及輸出部分、以及通訊部分進(jìn)行協(xié)調控制，同時(shí)可以接受用戶(hù)的按鍵輸入，它也將負責將采集到的模擬量轉換后，在現場(chǎng)的LED上顯示出來(lái)。系統框圖如圖1所示。
2．3 嵌入式計算機的通訊部分硬件設計
通訊部分將MCU的TTL電平轉換為進(jìn)行RS－485通訊所需的485電平，進(jìn)行電平轉換的是MAX1480C。MAX1480B是一種完全電氣隔離的RS422／RS485數據通信接口，在一個(gè)標準的DIP封裝
中有完整的接口，包括收發(fā)器、光耦合器和變壓器，邏輯側的單電源＋5V給接口兩側供電。信號于電源在內部跨過(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（非隔離側）變換至隔離側，信號由高速的光耦合器從隔離的一側傳至另一側。MAX1480B具有有限斜率驅動(dòng)器，即驅動(dòng)器發(fā)送的數字信號，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，在數據速率高達250kbps時(shí)能做到無(wú)誤差的數據傳送。驅動(dòng)器具有限制短路電流的功能，并使用熱關(guān)閉電路保護，使之功耗不致過(guò)大。熱關(guān)閉電路可把驅動(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 嵌入式計算機的通訊部分軟件設計
由于嵌入式計算機系統中的微控器（MCU）是AT89C55，要和PC機進(jìn)行通訊，必須對微控器的串行口進(jìn)行初始化，設置通訊方式（協(xié)議）、通訊速度、傳送的資料格式和長(cháng)度，然后打開(kāi)通訊口進(jìn)行通訊。嵌入式計算機系統中的編程語(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。
相應的重要通訊代碼：
3 Windows98平臺上的串行通訊程序
為了和嵌入式計算機進(jìn)行485通訊，所以在上位微機中我們采用了研華工控的基于ISA的485電平轉換板卡。在視窗98操作系統下，操作系統全面地接管了PC機的硬件系統，所以在Windows98下，通過(guò)自己編寫(xiě)低層端口的驅動(dòng)程序將十分麻煩。而VisualBasic6．0中的MSComm則解決了開(kāi)發(fā)者對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)送和接收數據，非常方便地實(shí)現串行通訊。MSComm控件提供了一系列的標準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備，進(jìn)行數據交換，以及監視和響應串行連接中發(fā)生的事件和錯誤。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CommEvent屬性的值變化時(shí)，就產(chǎn)生OnComm事件，標志發(fā)生了一個(gè)通訊事件或一個(gè)錯誤。
在屬性中，根據筆者的調試經(jīng)驗有以下兩點(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屬性讀取的數據類(lèi)型。如果設置InputMode為comInputModeText，Input屬性通過(guò)一個(gè)Variant返回文本數據。如果設置InputMode為comInputModeBinary，Input屬性通過(guò)一個(gè)Variant返回一二進(jìn)制數據的數組。因為，根據本系統的通訊協(xié)議要求，通訊中數據部分的數值可能會(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。
（2）Output屬性討論：Output屬性可以傳輸文本數據或二進(jìn)制數據。用Output屬性傳輸文本數據，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)制數據，這樣才能與符合通訊協(xié)議的要求。發(fā)送二進(jìn)制數據，必須傳遞一個(gè)包含字節數組的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 結束語(yǔ)
本系統在實(shí)際應用中，運行穩定，得到了用戶(hù)的好評。由嵌入式計算機和微機（PC）組成的系統，通過(guò)發(fā)揮各自的長(cháng)處，并通過(guò)串行通訊相連，極大地提高了系統的穩定性和可靠性，同時(shí)從成本的角度來(lái)考慮，它也是經(jīng)濟實(shí)惠的，高性?xún)r(jià)比的。
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