單片機多機通信協(xié)議的設(shè)計探討

劉桂華

【摘要】隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用到人們工作和生活的各個里領(lǐng)域，通信與人們的生活息息相關(guān)，通信功能的完善至關(guān)重要。本文簡要探討了單片機多機通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計和多機通信協(xié)議，以實現(xiàn)客戶機與服務(wù)機以及客戶機之間的通信。

【關(guān)鍵詞】單片機；多機通信；協(xié)議；設(shè)計

1系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湓O(shè)計

服務(wù)機是整個單片機多機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中的主體，其能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)資源的有效分配。在單片機網(wǎng)絡(luò)協(xié)議中，服務(wù)端能夠根據(jù)不同客戶機的具體需要向每一個客戶端發(fā)送相關(guān)數(shù)據(jù)。單片機多機通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)一般采用總線型的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，基于總線型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，單片機多機通信都是以基帶的形式進行信息的傳遞和傳輸，在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的每一個節(jié)點都能夠進行信息的接收和發(fā)送，具體來說，接收器的主要功能是接收信息并將信息以基帶的形式傳送給服務(wù)機，發(fā)送器的主要功能是根據(jù)服務(wù)機指令向拓?fù)渚W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的極端發(fā)送數(shù)據(jù)。基于這個特點，總線型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所使用電纜長度較小，但其中的總線負(fù)載能力較強，這就對總線的長度以及其連接節(jié)點的數(shù)量提出了要求[1]。

服務(wù)機在進行數(shù)據(jù)傳輸發(fā)送的時候要詢問客戶機，之后按照設(shè)計的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進入到整個拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路中，當(dāng)?shù)谝粋€客戶機接收到數(shù)據(jù)時，服務(wù)機會進行詢問，客戶機選擇“是”，則此客戶機需要數(shù)據(jù)接收，如果此客戶機選擇“否”，則服務(wù)機依此進行下一臺客戶機的詢問，從而保證數(shù)據(jù)最終被接受并使用。為了保證數(shù)據(jù)的接受和使用，在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中客戶機發(fā)送的數(shù)據(jù)對于其他機器來說都是可見的，以此來保證信號的可靠性。

2通信協(xié)議設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議的設(shè)計是實現(xiàn)單片機多機通信的基礎(chǔ)，通信協(xié)議即是在計算機網(wǎng)絡(luò)中，單片機之間進行數(shù)據(jù)交換的規(guī)則，為了實現(xiàn)正常通信，每一個終端都要對各自字符集中的字符進行變換，變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)字符之后才能夠進入到網(wǎng)絡(luò)中，進而進行傳輸和傳送，在傳送到目的終端之后，在將標(biāo)準(zhǔn)字符轉(zhuǎn)換為目的終端字符集中的字符。對于單片機多機通信來說，其主要是多臺通信機來公用一臺服務(wù)機，TCP/IP是互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)協(xié)議，互聯(lián)網(wǎng)中的操作都離不開TCP/IP協(xié)議，單片多機通信的系統(tǒng)服務(wù)對象是多個用戶，因此，為了實現(xiàn)單片機多機通信，就要對網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的中的IP地質(zhì)、子網(wǎng)掩碼、DNS服務(wù)器等參數(shù)進行詳細的設(shè)置。這樣通信系統(tǒng)的服務(wù)端就能夠根據(jù)用戶數(shù)據(jù)內(nèi)容進行判斷，并根據(jù)協(xié)議進行數(shù)據(jù)的發(fā)送，接收端會根據(jù)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議進行數(shù)據(jù)的接受，這樣一來則服務(wù)端與接收端的通信完成。服務(wù)端在進行數(shù)據(jù)發(fā)送的時候會詢問客戶端，客戶端需要根據(jù)通信協(xié)議進行回復(fù)，如果如果沒有回復(fù)則進行二次詢問，如果第一次詢問無應(yīng)答，則會繞過此客戶端，將數(shù)據(jù)發(fā)送到下一個客戶端，通過依此根據(jù)通信協(xié)議的詢問，最終實現(xiàn)客戶端接收數(shù)據(jù)，如果沒有一個客戶端符合通信協(xié)議，那么數(shù)據(jù)則會顯示發(fā)送失敗，進而原路返回，回到服務(wù)端。

在通信協(xié)議的設(shè)計中，每一個詢問數(shù)據(jù)包都會請求客戶機的確認(rèn)，如果客戶機沒有對詢問數(shù)據(jù)包進行確認(rèn)，則進行重發(fā)，超過兩次詢問數(shù)據(jù)包發(fā)送客戶機沒有確認(rèn)則認(rèn)為發(fā)送失敗或?qū)Ψ讲豢伤瓦_。被詢問的客戶機在數(shù)據(jù)發(fā)送的過程中，如果結(jié)構(gòu)中總線空閑，服務(wù)機可以將時間片進行分配使用，如果在時間片內(nèi)客戶機沒有發(fā)送完成相關(guān)數(shù)據(jù)，則服務(wù)機進行強行回收總線使用和時間片，如果客戶機發(fā)送成功，客戶機要發(fā)送結(jié)束數(shù)據(jù)包，并將總線的使用權(quán)歸還。

3電路設(shè)計

3.1網(wǎng)絡(luò)接口電路功能

網(wǎng)絡(luò)接口電路的功能主要有以下幾個方面：①實現(xiàn)各個端口之間的同構(gòu)，實現(xiàn)對交叉線的使用；②能夠為網(wǎng)絡(luò)通信提供網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)的相關(guān)信號；③能夠接收相關(guān)數(shù)據(jù)元，并將所接收到的數(shù)據(jù)元提交或?qū)?shù)據(jù)元轉(zhuǎn)發(fā)到其他的端口上去；④網(wǎng)絡(luò)接口電路采用的是多端口機制，這樣多個端口之間就能夠?qū)崿F(xiàn)信息及數(shù)據(jù)的相互轉(zhuǎn)發(fā)。

3.2網(wǎng)絡(luò)接口電路設(shè)計

網(wǎng)絡(luò)接口電路是單片機多機通信系統(tǒng)中的重要組成部分，其是客戶機與服務(wù)機實現(xiàn)通信的橋梁，是通信協(xié)議產(chǎn)生作用的橋梁。單片機的多機通信中，網(wǎng)絡(luò)接口電路中的數(shù)據(jù)接發(fā)工作主要有多片芯片工程來完成，其中每一個芯片都與一個客戶機端口互相對應(yīng)，一旦電路中出現(xiàn)信號，則芯片則會進行信號的接收和發(fā)送工作，實現(xiàn)信號向單片機的傳遞，而芯片在沒有進行工作的時候，單片機多機通信系統(tǒng)中的第一號電路會與第二號電路相互連接，從而實現(xiàn)在芯片不工作的情況下的數(shù)據(jù)傳輸，而網(wǎng)絡(luò)接口電路中信號增強則代表著數(shù)據(jù)的接收成功。在單片機多機通信中，客戶機與服務(wù)機之間的網(wǎng)絡(luò)接口電路的穩(wěn)定性與通信的連續(xù)性息息相關(guān)，單片機多機通信系統(tǒng)中的客戶機往往不需要對網(wǎng)絡(luò)接口電路進行控制，只需要依照網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議所發(fā)送的相關(guān)IP地址進行選擇即可，而對于服務(wù)機來說，服務(wù)機也不需要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)對電路進行選擇，這就大大減少了多機通信系統(tǒng)的通信負(fù)擔(dān)，提升了通信效率[2]。

3.3客戶機與服務(wù)機電路設(shè)計

單片機多機通信中，共有兩種客戶機和服務(wù)機電路，將服務(wù)機電路與客戶機電路整合到同一個電路板中，就能夠共同表現(xiàn)兩種電路。客戶端不需要對電路進行控制，但要獲取電路地址，并進行編址。對于服務(wù)機來說，不需要對電路進行編址，其地址同一固定，因此不需要獲取電路。但服務(wù)機承擔(dān)著多機通信網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)管和輪詢功能。

參考文獻

[1]沈一凡.一種單片機多機通信系統(tǒng)的設(shè)計[J]. 硅谷，2014，22：28+32.

[2]朱小超，徐雪春.基于Modbus協(xié)議的上位機與單片機通信的實現(xiàn)與仿真[J].儀表技術(shù)與傳感器，2011，06：65-68.