單片機(jī)實(shí)現(xiàn)自控飛艇舵控系統(tǒng)

　　(1)數(shù)據(jù)幀的串口接收及識(shí)別技術(shù)

　　在舵控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)以二進(jìn)制信息幀的格式進(jìn)行傳遞。每個(gè)信息幀從標(biāo)題開(kāi)始都有固定的幀頭、幀尾，且長(zhǎng)度固定，其基本數(shù)據(jù)格式如表1所示。

　　在該舵控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，串行通訊占有很重要的地位，如艇載計(jì)算機(jī)與主單片機(jī)1之間的通訊過(guò)程。下面以主單片機(jī)1的串口接收程序?yàn)槔瑢?duì)串行通訊的實(shí)現(xiàn)過(guò)程加以說(shuō)明。

　　在串行通信中，接收程序的任務(wù)是數(shù)據(jù)接收、幀識(shí)別和信息提取。常規(guī)的設(shè)計(jì)方法是設(shè)置一個(gè)比較大的緩沖區(qū)。串行接收中斷服務(wù)程序負(fù)責(zé)把接收到的數(shù)據(jù)壓入緩沖區(qū)，當(dāng)緩沖區(qū)的數(shù)據(jù)足夠多時(shí)，再由主程序調(diào)用一個(gè)幀識(shí)別和解碼子程序?qū)彌_區(qū)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。這種方法的好處是中斷服務(wù)程序比較短，不足之處為從一幀數(shù)據(jù)接收完畢到解碼時(shí)間較長(zhǎng)，另外對(duì)緩沖區(qū)進(jìn)行管理需要占用大量的的CPU時(shí)間，因而實(shí)時(shí)性較差，此處不宜使用。

　　本文采用了中斷服務(wù)程序就地幀識(shí)別技術(shù)，即省掉緩沖區(qū)，數(shù)據(jù)接收、幀識(shí)別均由中斷服務(wù)程序完成，之后在主程序的循環(huán)中完成數(shù)據(jù)的提取和處理。就地幀識(shí)別技術(shù)的實(shí)現(xiàn)機(jī)理如下：把中斷服務(wù)程序看作是一個(gè)處理機(jī)，串行數(shù)據(jù)逐字節(jié)到來(lái)，程序先從數(shù)據(jù)序列中等到第一個(gè)幀頭，寫(xiě)入該幀的存儲(chǔ)數(shù)組，同時(shí)置標(biāo)志位 flag1，接收狀態(tài)推進(jìn)一步;再判斷下一次中斷時(shí)，來(lái)到的數(shù)據(jù)是否符合第二個(gè)幀頭的特征。如果符合則存入相應(yīng)數(shù)組，并置相應(yīng)的標(biāo)志位flag2，接收狀態(tài)繼續(xù)推進(jìn);如果幀頭兩個(gè)字節(jié)均符合，則將后面來(lái)到的數(shù)據(jù)依次存入指定數(shù)組;根據(jù)已接收到的字節(jié)數(shù)判斷，當(dāng)符合該幀的數(shù)據(jù)部分接收完畢后，判斷下一字節(jié)是否為幀尾的第一個(gè)字節(jié)，如果是則置標(biāo)志位flag3;之后依據(jù)同樣的方法判斷幀尾第二個(gè)字節(jié)是否來(lái)到，如果已接收到，則置該幀數(shù)據(jù)已完整接收到標(biāo)志 flag4，同時(shí)接收狀態(tài)歸零，重新開(kāi)始等待幀頭字符。在幀頭幀尾判斷期間，一旦有一項(xiàng)不符合要求，則將接收狀態(tài)歸零，以重新開(kāi)始等待幀頭。主程序每循環(huán)一次便對(duì)“幀完整接收到”標(biāo)志進(jìn)行一次判斷，若為真則調(diào)用相應(yīng)的數(shù)據(jù)提取子程序，并清flag4。

　　串行中斷服務(wù)程序流程如圖2所示。采用中斷服務(wù)程序就地幀識(shí)別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于數(shù)據(jù)接收后立即進(jìn)行幀識(shí)別，省去了對(duì)緩沖區(qū)的管理工作，減少了存取次數(shù)，因而節(jié)省了大量的時(shí)間，極大地提高了接收程序的實(shí)時(shí)性。同時(shí)錯(cuò)幀和斷幀被自動(dòng)丟棄，不再占用資源。

　　圖2中各標(biāo)志位含義為：

　　flag1——接收到幀頭Head1標(biāo)志;

　　flag2——接收到完整幀頭標(biāo)志;

　　flag3——接收到幀尾End1標(biāo)志;

　　flag4——接收到完整幀標(biāo)志。

　　(2)單片機(jī)多機(jī)通訊

　　在舵控系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，各部分間的通訊是設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容，其中主要包括單片機(jī)與上位PC機(jī)間的通訊和單片機(jī)與單片機(jī)之間的通訊。在舵控系統(tǒng)中，主單片機(jī)1與上位PC機(jī)通訊是通過(guò)單片機(jī)自帶的一路異步串行通訊接口完成的;而主單片機(jī)1通過(guò)其P1口向主單片機(jī)2傳輸數(shù)據(jù)，這里不再贅述，重點(diǎn)介紹主單片機(jī)2如何通過(guò)其一路串口分別向下位的多個(gè)舵控單片機(jī)傳送指令。

　　此系統(tǒng)中，主單片機(jī)2作為主機(jī)，m個(gè)舵控單片機(jī)作為從機(jī)，在主機(jī)與從機(jī)的通訊過(guò)程中，串口控制寄存器中SCON中的SM2位發(fā)揮了重要作用。當(dāng)其中一個(gè)舵控單片機(jī)(89C2051)的SM2位為1時(shí)，該單片機(jī)只接收地址幀，對(duì)數(shù)據(jù)幀不理睬;而當(dāng)SM2位為0時(shí)，該單片機(jī)接收所有發(fā)來(lái)的消息。具體通信過(guò)程如下：

　　①首先將主、從單片機(jī)工作方式選為模式3，所有從機(jī)的SM2位開(kāi)始置1，處于只接收地址幀狀態(tài)。

　?、谥鳈C(jī)接收主單片機(jī)1發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀，從中提出數(shù)據(jù)部分(m個(gè)字節(jié)的指令對(duì)應(yīng)m個(gè)舵控單片機(jī))，根據(jù)序號(hào)在控制指令字節(jié)前加上一個(gè)字節(jié)的地址信息。然后主機(jī)依次通過(guò)串口向下發(fā)送各舵控單片機(jī)的地址字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)。發(fā)送一幀地址信息，包含8位地址，第9位為1，表示發(fā)送的幀為地址幀。

　?、蹚臋C(jī)接收地址幀后，進(jìn)入中斷，將發(fā)來(lái)的地址與自身比較;地址一致的從機(jī)就是被尋址的從機(jī)，它清除SM2位，接收主機(jī)發(fā)來(lái)的所有后續(xù)幀信息(數(shù)據(jù)信息)。未尋址的所有其他從機(jī)仍維持SM2=1，對(duì)主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)幀不理睬，直到發(fā)來(lái)新地址幀;之后在下一次中斷時(shí)被尋址的從機(jī)接收主機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)信息(第9位為 0)。

　　需要注意的是，如果對(duì)已經(jīng)尋址的從機(jī)再發(fā)送地址幀，則該從機(jī)SM2=1，恢復(fù)初始狀態(tài)，和其他從機(jī)競(jìng)爭(zhēng)。