1．引言

隨著計算機網(wǎng)絡(luò)通訊與信息技術(shù)的高速發(fā)展，采用PC與多臺單片機構(gòu)成的分布式系統(tǒng)、工業(yè)控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)等越來越受到廣泛應(yīng)用。下位機采用運行性能較為可靠的單片機，直接對所控制對象進行實時數(shù)據(jù)的采集、計算、判斷和處理；而上位機則多采用PC機(如Pentium 系列)，主要負責(zé)對各單片機進行綜合管理，以實現(xiàn)測控系統(tǒng)的自動檢測與控制。在這類應(yīng)用系統(tǒng)中,穩(wěn)定可靠、方便快捷的數(shù)據(jù)通信是實現(xiàn)應(yīng)用系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)和保障。因此,如何根據(jù)系統(tǒng)的實際工作環(huán)境條件,選擇恰當(dāng)?shù)耐ㄐ沤涌诤蛥f(xié)議,合理設(shè)計通信軟件和硬件控制電路以獲得高可靠性，強抗干擾和容錯能力成為衡量此類系統(tǒng)好壞的最重要因素。

本文以某一工程項目通訊系統(tǒng)為例，介紹一種基于Delphi語言利用SPComm控件實現(xiàn)了計算機與下位AT80C51單片機之間通信的軟硬件設(shè)計與實現(xiàn)，并給出關(guān)鍵環(huán)節(jié)的具體的實現(xiàn)方法。

2．硬件系統(tǒng)

該系統(tǒng)以PC機作為上位主機，各下位機由AT80C51單片機組成，各下位機之間無數(shù)據(jù)傳輸，只與主機產(chǎn)生數(shù)據(jù)交換。根據(jù)該工程的特點，各單片機與PC機以RS-485總線連接。

由于微機串口通常采用RS-232電平，而單片機串口是TTL電平，二者不兼容。所以，接口必須做電平轉(zhuǎn)換處理。單片機串行口的TXD、RXD經(jīng)MAX485電平轉(zhuǎn)換為RS-485電平，在主機端經(jīng)MAX485和MAX232轉(zhuǎn)換為RS-232電平，再與微機的RxD、 TxD和GND相連。為了提高可靠性和抗干擾能力。在本項目工程中,可以對下位機主控板上的通信部分進行光電隔離。這樣的話,使得即便是有超越 MAX485的ESD保護范圍的靜電或雷電感應(yīng)在信號線上,也只會毀壞驅(qū)動器或光耦合,不至于破壞整個后級系統(tǒng)。同時，通信總線采用屏蔽線,各段線路屏蔽層相聯(lián)接,集中到某一處,采用了必要的接地措施。布置總線時盡量避免了與高壓電或動力電線路平行,無法避免時,盡量讓兩者之間距離足夠大。其接口系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖所示：

3．系統(tǒng)軟件設(shè)計

1） 通訊協(xié)議

在本系統(tǒng)中，PC機是主控單元，單片機是PC機信息的接受者。由于涉及到單片機多機通訊，因此串行口工作方式選為方式3，通訊格式為每11位構(gòu)成一串行幀：1位起始位(0)，8位數(shù)據(jù)位(最低有效位在前)，1位地址幀識別位(1)，1位停止位(1)，無奇偶校驗位（其中第9位進到單片機RB8）。該設(shè)計中，每次通訊過程總是由上位PC機首先發(fā)起，通訊時單片機先進入通訊狀態(tài)，等待與計算機通訊。其過程分為以下幾步：

(1)通訊前每臺單片機設(shè)置一個地址。所有單片機SCON寄存器中的SM2位置1，準備接收地址幀。

(2)PC機向所有單片機發(fā)地址幀，單片機接收到地址幀后與本機地址比較，若不同則不動作，繼續(xù)等待下一個地址幀；若相同，返回本機地址確認。

(3)主機接收到地址確認后，按要求向目標發(fā)送命令字。①傳送數(shù)據(jù)命令：可根據(jù)要求單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)的不同具體定義，為8位單字節(jié)數(shù) ；②接收數(shù)據(jù)命令：&EFh；

(4)目標單片機接收到命令字后：按要求動作。①接收到“請求接收命令”：發(fā)&FEh（若做好接收準備），發(fā)&00h（若未準備好發(fā)送）。②接收到“請求發(fā)送數(shù)據(jù)”：按指定要求發(fā)送數(shù)據(jù)。

(5)由于數(shù)據(jù)傳輸是在強干擾的環(huán)境中進行的，而且傳輸距離又較遠，為了保證數(shù)據(jù)能高速、準確傳輸，軟件編程考慮對大批量數(shù)據(jù)進行分組傳送，同時對每組數(shù)據(jù)進行和校驗，檢查其準確性。PC機每次接收到一組數(shù)據(jù)，均要進行再次和校驗，然后將PC機的校驗和結(jié)果和單片機傳送過來的校驗和相比較，若兩者不等則說明傳輸有錯校驗失敗，PC機給單片機發(fā)重傳命令，要求單片機重新發(fā)送該組數(shù)據(jù)。若校驗正確，PC機發(fā)確認信號，并準備接收下一組采樣數(shù)據(jù)。

在傳輸過程中上位機發(fā)送出去的數(shù)據(jù)有三類：①從機地址；②命令字；③向下位機發(fā)送的數(shù)據(jù)包；收到的數(shù)據(jù)有兩類：①從下位單片機發(fā)來的確認信號；②從下位機傳來的數(shù)據(jù)；下位單片機接收和發(fā)送的數(shù)據(jù)與之對應(yīng)不再贅述。

2） 上位機軟件設(shè)計

在Delphi 中進行串行通訊的方法可以分成以下幾種:

本文采用了Spcomm 控件, 其功能強大, 使用方便, 具有豐富的與串口通訊密切相關(guān)的屬性事件和方法, 提供了對串口的各種操作。其主要事件及方法如下：

主要事件:Onrececvedata: 當(dāng)有數(shù)據(jù)輸入緩存時, 將觸發(fā)該事件。OnreceiveError: 當(dāng)接收數(shù)據(jù)出現(xiàn)錯誤時, 觸發(fā)該事件。

主要方法:Startcomm: 用于打開串口, 當(dāng)打開失敗時通常會報錯。Stopcomm: 用于關(guān)閉串口, 沒有返回值。Writecommdata: 用于將一個字符串發(fā)送到寫進程。

利用Spcomm控件編寫上位機程序，簡單快捷，靈活方便，實現(xiàn)過程中有以下關(guān)鍵點需要注意：

(1) 地址幀的產(chǎn)生。由于PC機沒有像單片機一樣的串口工作方式，因此不能自動生成地址幀。設(shè)計軟件時應(yīng)人工生成地址幀。單片機串口工作在方式3時地址幀的格式如圖2所示：

即八位數(shù)據(jù)后加一位“1”。因此可以利用Spcomm控件中的奇偶校驗位來模擬，方法是：
form1.Comm1.ParityCheck:=false;
form1.Comm1.Parity:=mark;
form1.Comm1.ParityCheck:=true;

這樣在發(fā)出的一個字節(jié)的數(shù)據(jù)末尾會加上一個“1”，也就形成了地址幀。當(dāng)然在發(fā)送其他數(shù)據(jù)時，應(yīng)該先把最后一位清零“0”：
S3C2410 ARM9開發(fā)板800
form1.Comm1.ParityCheck:=false;
form1.Comm1.Parity:=space;
form1.Comm1.ParityCheck:=true;

(2) 在PC機端的MAX485芯片的收發(fā)狀態(tài)可以利用DTR（九針串口第四針）引腳來控制。對于Spcomm控件來說，屬性中有DtrControl屬性，利用該屬性可以方便地對DTR引腳進行高低電平控制。該屬性可以取三個值，分別為：DtrEnable，DtrDisable，DtrHandshake，本設(shè)計中只用到前兩個值。
form1.Comm1.DtrControl:=DTREnable;                                    //DTR引腳有效
form1.Comm1.DtrControl:=DTRDisable;                                   //DTR引腳無效

(3) 校驗和的產(chǎn)生。為了增強數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏蚀_性，采用校驗和的檢驗方式。本設(shè)計里校驗和的產(chǎn)生分兩部分，一部分是發(fā)送數(shù)據(jù)之前，要對發(fā)送的數(shù)據(jù)進行累加產(chǎn)生校驗和發(fā)送出去，這個校驗和稱為源校驗和(sorcechksum)。另一部分是在接收數(shù)據(jù)是，要將接收到的數(shù)據(jù)累加產(chǎn)生一個目的校驗(orgchksum)和用來與接收到的校驗和相比較。

此兩部分的程序?qū)崿F(xiàn)如下：
function addchksum(sorstring:string): string;
var
  i,j,chksum: integer;
begin
  j:=length(sorstring);
  chksum:=0;
  for i:=1 to j do begin
      chksum:=(chksum+ord(sorstring[i])) and $FF;                         //產(chǎn)生源校驗和
      result:= sorstring+inttohex(chksum,2)+chr(13);            //將源校驗和加在發(fā)送字符串尾
  end;
end;
/*********************************************************************************/
function examchksum(var inbuf:array of char;strlen:WORD):boolean;
var i:integer;
    sorchksum,orgchksum:integer;
begin
   orgchksum:=0;
   for i:= 0 to strlen-4 do begin
    orgchksum:=(orgchksum+ord(inbuf[i]))and $FF;                      //產(chǎn)生目的校驗和
   end;
   sorchksum:=strtoint('$'+copy(inbuf,strlen-3+1,2));                  //將源校驗和分離出來
   if orgchksum=sorchksum then result:=true                   //比較目的校驗和與源校驗和
   else result:=false;
end;

(4) 數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送是將一組數(shù)據(jù)看成一個String類型數(shù)據(jù)來操作的，而Delphi中使用的是Pascal字符串，因此在發(fā)送之前應(yīng)該用Pchar()函數(shù)對要發(fā)送的數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換：

WriteCommData(Pchar(@outstr[i]),1);    //參數(shù)分別為發(fā)送字符串首地址，要發(fā)送的字符串?dāng)?shù)。

Spcomm控件中的數(shù)據(jù)接收發(fā)式是事件觸發(fā)方式。OnReceiveData : procedure (Sender: TObject;Buffer: Pointer;BufferLength: Word) of object

當(dāng)輸入緩存有數(shù)據(jù)時將觸發(fā)該事件，在這里可以對從串口收到的數(shù)據(jù)進行處理。Buffer中是收到的數(shù)據(jù)，bufferlength是收到的數(shù)據(jù)長度。 因此對于PC機來說可以通過bufflength的長度來區(qū)分數(shù)據(jù)和從單片機返回的確認信號。本設(shè)計規(guī)定命確認信號為一個字節(jié)，而數(shù)據(jù)的傳輸由于加上校驗和至少為兩個字節(jié)。

(5) 為了防止實際工作中當(dāng)向某臺從機發(fā)送地址幀或命令字后，如果失去接收主機發(fā)出的地址數(shù)據(jù)的機會，或因某臺從機不工作而使系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”程序而不能正常工作。為了避免這種情況的發(fā)生，在設(shè)計時還要考慮一定的容錯機制，本設(shè)計中采用的方法是在發(fā)送完地址幀和命令字后，程序開始計時。如果超過一定時間還沒收到返回確認信息，就重發(fā)剛剛發(fā)送的數(shù)據(jù)如果重發(fā)3確認還沒收到確認信息，即報告出錯，并記錄該出錯單片機地址。本設(shè)計利用WindowsAPI函數(shù)編寫一個延時小程序：
procedure TimeDelay(DT:DWORD); //DT為延時時間（ms）
var TT:DWORD;
begin
TT:=GetTickCount();              //調(diào)用API函數(shù)
  while GetTickCount()-TT<DT do
    Application.ProcessMessages;     //系統(tǒng)掛起
end;

3） 下位機軟件設(shè)計

根據(jù)該工程特點，通訊只在特定時間進行，因此下位機只須采用查詢方式與主控機通信:當(dāng)主控機需要發(fā)送或讀取下位機數(shù)據(jù)時,事先控制下位機進入通訊狀態(tài)，初始化串口，等待PC機請求接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。本設(shè)計采用C51語言進行編寫，下位機主程序流圖如下圖所示。

4 結(jié)束語  

經(jīng)過試運行該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，收發(fā)數(shù)據(jù)可靠。Delphi是Windows環(huán)境下最優(yōu)秀的程序設(shè)計工具之一，使用它可以方便地編寫出非常優(yōu)美、流暢的應(yīng)用程序界面。利用第三方Spcomm通訊控件避免了調(diào)用API函數(shù)，需要設(shè)置繁復(fù)的參數(shù)的麻煩。本文正是應(yīng)用了二者的長處，實現(xiàn)了微機與單片機的通信。

參考文獻
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