基于單片機的多機通信系統設計

謝佳亮，王建衛

（貴州工程應用技術學院，貴州畢節，551700）

0 引言

近些年來，單片機在電器、金融、交通、機械、通訊領域均有廣泛應用，特別是在多級協調通訊領域的應用日趨深入。所謂的多機通訊，指的是由兩臺或兩臺以上的單片機構成的網絡結構，借助于串行通訊模式，實現對某一過程的有效控制。對于多機通訊系統而言，實現的關鍵在于多機之間通訊信息的交互傳送。下文以單片機技術為基礎，對多機通訊系統進行了設計，以提升該系統的應用性能。

1 系統網絡協議的設計

對于多機通訊系統而言，為了保障通訊過程的暢通無阻，還需要構建起相應的網絡協議。由于系統采用的多通訊機共用1個服務器，因此，需要TCP/IP網絡協議予以支持。而多機通訊還需構建一個新網絡協議，支持系統服務端、客戶端間的通訊。就信息傳輸通訊而言，服務端會先進行兩次查詢，明確信息的發送指令，若首次查詢結果同網絡協議的既定值存在差異，則會進行第2次查詢，若同上結果相同，則通訊過程將被阻斷，服務端將不會與客戶端展開數據傳送，并繞過該端進行下個通訊命令的查詢，直至通訊查詢指令與網絡協議的既定信息相同，方可進行通訊傳輸。若客戶端接收不到訊息，表明信息傳送失敗，將原路返回。

2 系統硬件設計

就基于單片機的多機通訊系統結構而言，主要包括三大部分，即PC機、串行通訊接口、主從單片機。該系統測試平臺所需信息、波形量大，因而采集量要求較高，而每個單片機僅有59個I/O接口，若少量單片機則無法滿足信息采集需求，并導致整個系統的運行速度減緩，為此，在這一平臺開發過程中，還需采用3個單片機，與PC機之間實現串行通訊。

對于PC機、主單片機而言，其相互間的通訊是利用UART轉以太網接口實現的，由于以太網具有較強大抗干擾能力，而且可以遠程通訊、搭接簡便，因而采用該接口進行通訊。而主單片機與2個從單片機間的通訊，借助于UART串口實現。

圖1 PC機與多單片機通訊結構圖

如圖1所示，在該系統中，只需將上位機信息依據類型劃分，定義為不同種類的數據包，并依據所確定好的時間間隔，傳送至上位機，待其接收至數據包之后，即可依據定義內容將數據包加以拆解，分別展示在各自的位置。PC機利用系統提供的USB接口與UART轉向以太網，與信息采集卡、單片機間實現通訊過程，并在系統軟件的驅動下，實現訊號的采集、電壓及頻率的輸出，繼而將指令發送出，引發正弦訊號的產生，繼而引發電阻模擬。對于主單片機而言，其負責控制開關及同PC機之間的通訊過程。其中從單片機1負責電壓訊號的傳送、顯示，從單片機2負責訊號生成、波形的測量。

具體通訊包括上、下行兩大過程，上行過程是從單片機1和從單片機2對主單片機的檢測，看齊接收端UART1是否遭致占用，若未占用，從單片機將信息傳送至主單片機，而主單片機將定時將信息加以封裝處理，并傳送至工控機，由工控機將狀態展示出來；下行過程是PC機借助于以太網UART將控制指令傳送至主單片機UART0，由主單片機對指令加以解讀，若需要轉發，則利用UART1以廣播通訊方式傳送至從單片機上，由從單片機負責執行。

圖2 主單片機通訊中斷處理流程圖

3 系統軟件設計

系統軟件設計主要包括兩部分，即上、下位機的通訊設計。

下位機通訊設計中，主要利用C8051F060單片機的“狀態機”控制結構，實現各指令的鑒別、解讀、控制、信息管理等，單片機間的通訊利用主從模式，此時，從單片機需要接收主單片機的指令。對于這一程序而言，關鍵在于中斷的實現，主單片機同PC機間的中斷具有較高的優先級，其次是主單片機與從單片機間的中斷，其中斷處理流程如圖2所示。

上位機通訊軟件結構，主要包括界面、程序控制、信息采集、信息分析等部分，程序利用編程方法，結合信息鏈表的存放、遍歷信息對象。系統每隔固定時間會向下位機傳送相應的資訊指令，若信息存在更新，則會對所采集信息加以更新，顯示在界面上，結合波形的差異設置對應采集周期，獲取波形信息。待下位機收到指令后，會將成功接收信息以電壓、頻率等方式返送回來，并實現數據的交換。

4 結束語

較其他通訊系統而言，本文所開發的多機通訊系統優化了PC機、單片機間的通訊問題，并克服了大數據數據傳送極易引發的通路堵塞等問題，避免出現信息發送過程中的沖突競爭以及單片機性能浪費等問題。實驗顯示，該系統具有較高的抗干擾性，而且性能較為可靠，能夠滿足較為復雜的通訊需求，具有一定的應用推廣價值。

參考文獻

[1]辛惠娟,劉興智,李國榮.基于UART的多機通信系統的設計[J].航空維修與工程,2015(12):74-76.

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