單片機實現自控飛艇舵控系統(tǒng)

　　(1)數據幀的串口接收及識別技術

　　在舵控系統(tǒng)中，數據以二進制信息幀的格式進行傳遞。每個信息幀從標題開始都有固定的幀頭、幀尾，且長度固定，其基本數據格式如表1所示。

　　在該舵控系統(tǒng)的設計中，串行通訊占有很重要的地位，如艇載計算機與主單片機1之間的通訊過程。下面以主單片機1的串口接收程序為例，對串行通訊的實現過程加以說明。

　　在串行通信中，接收程序的任務是數據接收、幀識別和信息提取。常規(guī)的設計方法是設置一個比較大的緩沖區(qū)。串行接收中斷服務程序負責把接收到的數據壓入緩沖區(qū)，當緩沖區(qū)的數據足夠多時，再由主程序調用一個幀識別和解碼子程序對緩沖區(qū)中的數據進行處理。這種方法的好處是中斷服務程序比較短，不足之處為從一幀數據接收完畢到解碼時間較長，另外對緩沖區(qū)進行管理需要占用大量的的CPU時間，因而實時性較差，此處不宜使用。

　　本文采用了中斷服務程序就地幀識別技術，即省掉緩沖區(qū)，數據接收、幀識別均由中斷服務程序完成，之后在主程序的循環(huán)中完成數據的提取和處理。就地幀識別技術的實現機理如下：把中斷服務程序看作是一個處理機，串行數據逐字節(jié)到來，程序先從數據序列中等到第一個幀頭，寫入該幀的存儲數組，同時置標志位 flag1，接收狀態(tài)推進一步;再判斷下一次中斷時，來到的數據是否符合第二個幀頭的特征。如果符合則存入相應數組，并置相應的標志位flag2，接收狀態(tài)繼續(xù)推進;如果幀頭兩個字節(jié)均符合，則將后面來到的數據依次存入指定數組;根據已接收到的字節(jié)數判斷，當符合該幀的數據部分接收完畢后，判斷下一字節(jié)是否為幀尾的第一個字節(jié)，如果是則置標志位flag3;之后依據同樣的方法判斷幀尾第二個字節(jié)是否來到，如果已接收到，則置該幀數據已完整接收到標志 flag4，同時接收狀態(tài)歸零，重新開始等待幀頭字符。在幀頭幀尾判斷期間，一旦有一項不符合要求，則將接收狀態(tài)歸零，以重新開始等待幀頭。主程序每循環(huán)一次便對“幀完整接收到”標志進行一次判斷，若為真則調用相應的數據提取子程序，并清flag4。

　　串行中斷服務程序流程如圖2所示。采用中斷服務程序就地幀識別技術的優(yōu)點在于數據接收后立即進行幀識別，省去了對緩沖區(qū)的管理工作，減少了存取次數，因而節(jié)省了大量的時間，極大地提高了接收程序的實時性。同時錯幀和斷幀被自動丟棄，不再占用資源。

　　圖2中各標志位含義為：

　　flag1——接收到幀頭Head1標志;

　　flag2——接收到完整幀頭標志;

　　flag3——接收到幀尾End1標志;

　　flag4——接收到完整幀標志。

　　(2)單片機多機通訊

　　在舵控系統(tǒng)設計中，各部分間的通訊是設計的重要內容，其中主要包括單片機與上位PC機間的通訊和單片機與單片機之間的通訊。在舵控系統(tǒng)中，主單片機1與上位PC機通訊是通過單片機自帶的一路異步串行通訊接口完成的;而主單片機1通過其P1口向主單片機2傳輸數據，這里不再贅述，重點介紹主單片機2如何通過其一路串口分別向下位的多個舵控單片機傳送指令。

　　此系統(tǒng)中，主單片機2作為主機，m個舵控單片機作為從機，在主機與從機的通訊過程中，串口控制寄存器中SCON中的SM2位發(fā)揮了重要作用。當其中一個舵控單片機(89C2051)的SM2位為1時，該單片機只接收地址幀，對數據幀不理睬;而當SM2位為0時，該單片機接收所有發(fā)來的消息。具體通信過程如下：

　?、偈紫葘⒅?、從單片機工作方式選為模式3，所有從機的SM2位開始置1，處于只接收地址幀狀態(tài)。

　　②主機接收主單片機1發(fā)來的數據幀，從中提出數據部分(m個字節(jié)的指令對應m個舵控單片機)，根據序號在控制指令字節(jié)前加上一個字節(jié)的地址信息。然后主機依次通過串口向下發(fā)送各舵控單片機的地址字節(jié)和數據字節(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接收地址幀后，進入中斷，將發(fā)來的地址與自身比較;地址一致的從機就是被尋址的從機，它清除SM2位，接收主機發(fā)來的所有后續(xù)幀信息(數據信息)。未尋址的所有其他從機仍維持SM2=1，對主機發(fā)來的數據幀不理睬，直到發(fā)來新地址幀;之后在下一次中斷時被尋址的從機接收主機發(fā)來的數據信息(第9位為 0)。

　　需要注意的是，如果對已經尋址的從機再發(fā)送地址幀，則該從機SM2=1，恢復初始狀態(tài)，和其他從機競爭。