PC机与单片机多机主从互通的实现

0引言

PC机与单片机组成的主从系统很常见，在很多领域中都得到了应用。在这些系统中，PC机与单片机之间一般采用串行通信方式，按照一定的格式，进行数据、指令的交换，完成PC机对单片机的控制、数据前送，或者单片机上数据、状态等信息的回送。

当单片机数量较多时，比较容易实现PC机对所有单片机的控制。一般在这种情况下，采用广播的方式。

所有单片机都挂在一条串行数据总线上，只需对单片机进行地址编码，PC机将地址数据和控制报文进行广播，单片机接收广播数据后进行地址比对，筛选出所需的数据，完成相应的数据传送。

如果PC机要对单片机多机进行广播，并回传所有单片机的信息，即单片机还要发送数据至PC机，再加上单片机数量较多（大于100个单片机），则要实现PC机与单片机多机的互相通信，难度是比较大的。

本文提出了一种切实可行的方法，通过实际电路搭建和调试，实现了PC机与单片机多机的互相通信，达到了预定的目标，使该系统具有如下功能：

（1）PC机可以对所有100多个单片机进行控制，根据需要，发送不同控制字到达每个单片机；

（2）PC机对单片机的状态修改是随机的、没有规律的；

（3）所有单片机将自身的一些状态信息按照顺序回传至PC机。

1互通信的几种实现方法

PC机至多个单片机的广播比较简单，难度较大的是多个单片机发送数据至PC机。由于100多个单片机均挂在一个数据总线上，系统设计的难点就在于数据总线控制权的传递，绝对不能出现有2个或者2个以上设备同时向总线上发送数据。系统设计之初，考虑了两种总线控制方式有接力式和点名式：

（1）接力式总线控制方式

这种控制方式的基本思路是：初始化后，所有单片机在接收完PC机数据后，处于串行接收状态，不占用总线控制权。PC机发出回送开始指令，第1个单片机响应该指令，并立即占有总线控制权，向总线上的PC机发送数据，数据发送完成后，紧接着第1个单片机发送控制指令，通知第2个单片机，同时第1个单片机退出总线控制权，处于接收状态；第2个单片机接收到第1个单片机的开始指令后，和前面第1个单片机一样，开始向总线上发送数据，并在结束传送之后通知第3个单片机，如此这般，不断接力传输，轮流控制总线，直至最后一个单片机完成数据传送。在单片机控制总线，进行回传的过程中，如果要通过PC机向某个或者某些单片机传送数据时，PC机软件会自动将这些数据存储下来，等到最后一个单片机接收向PC机送数据之后，PC机再占用数据总线，开始向单片机传送数据。

（2）点名式总线控制方式

该控制方式与接力式控制方式大体相同，不同的是这种控制方式需要等待PC机点名指令。系统初始化后，单片机接收PC机指令、数据之后，PC机发送点名指令，让第1个单片机开始传送数据，第1个单片机接收该指令后，立即占用总线，开始传送数据，传送结束后，发送结束指令至PC机，PC机在接收该结束指令后，立即占用总线，再发送点名指令，让第2个单片机开始传送数据，如此不断动作，直至最后一个单片机结束传送。

在单片机传送数据时，如果PC机要送数据至单片机，可以在接收完某个单片机数据之后，暂停发送点名指令，直接发送数据至某个或者某些单片机。待数据发送完成后，继续接上原先的中断的点名顺序号，继续向后点名、传送数据。综合考虑这两种总线控制方式，不难发现，由于没有来回传递点名的指令时间开销，接力式的传输效率会略高于点名式，所以，一开始还是采用了接力式的控制方式。

但是在进行大的系统联调时，问题出现了。由于接力式脱离PC机的过程干预，一旦出现某个单片机程序跑飞、死机时，整个程序就没法进行下去，一直处于等待状态，整个系统就瘫痪了。调试过程中出现过好几次死机的情况。最后，不得不回头修改总体方案，采用点名式的控制方式。如果中间某个单片机出现异常，没有按照预定的程序回传数据，则PC机就可以判断该单片机死机，在经历过一段等待时间后，自行跳过该单片机，点名下一个单片机，继续后续的回传和程序。如果该故障单片机还在占用总线，影响下一个单片机的工作，则对单片机公用的复位端发送一个整体复位信号，让所有单片机复位。经过重新调整方案后，经过长时间运行，均没有出现整机死机的状况，总体运行情况良好。另外，这种控制方式还有其他两种控制方式所不具有的优势：

可以随时打断回传，几乎实时发送新的指令到某个或者某些单片机上，该功能是非常实用的。

4结语

经过大量试验，课题组应用点名式总线控制方式，成功解决了PC机与大量单片机的双向互通问题，实现了100多个单片机与主控PC机之间的互通信，达到了设计要求。电路经过长时间运行，实际情况表明，该系统运行稳定、控制灵活、可靠性高，采用的点名式总线控制方式具有很好的实用价值。