數(shù)控系統(tǒng)中PC與單片機通信的設(shè)計與實現(xiàn)

趙光磊

摘要：隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，PC與單片機通信系統(tǒng)被廣泛應(yīng)用在數(shù)控領(lǐng)域，為切實提升實際生產(chǎn)質(zhì)量及效率奠定了堅實技術(shù)基礎(chǔ)。為充分發(fā)揮出數(shù)控系統(tǒng)中，PC與單片機設(shè)備應(yīng)用期間的積極作用，需相關(guān)工作人員做好PC與單片機通信的設(shè)計工作，結(jié)合實際生產(chǎn)需求，對信號差錯控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行不斷優(yōu)化，更好保障數(shù)控通信系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性與可靠性。

關(guān)鍵詞：數(shù)控系統(tǒng);PC;單片機;設(shè)計與實現(xiàn)

在數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信設(shè)計期間，需建立起數(shù)控系統(tǒng)試驗裝置，借助PC機，將原代碼轉(zhuǎn)變?yōu)槎M(jìn)制通信數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)能夠準(zhǔn)確傳送到下位機。下位機內(nèi)部主控芯片可精準(zhǔn)接收二進(jìn)制通信數(shù)據(jù)，以便更好實現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)通信高效穩(wěn)定的運行目標(biāo)。

1、數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信設(shè)計的方案

數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信主機運行需首先讀取NC源代碼，對代碼修改后的文件進(jìn)行監(jiān)測，轉(zhuǎn)變程序生成發(fā)送文件。從串口控制程序內(nèi)發(fā)送的文件中讀取數(shù)據(jù)，經(jīng)過編碼后，依照特定控制方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到下位機。PC與下位機之間通過特定接口實現(xiàn)通信，從而到達(dá)簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升系統(tǒng)運行效率的目標(biāo)。PC與單片機系統(tǒng)的運程程序主要分為以下三種：第一，自動運行程序。程序讀取發(fā)送文件與下位機之間進(jìn)行自動交互式通信[1];第二，單步運行程序。程序讀取文件內(nèi)數(shù)據(jù)，由用戶手動發(fā)送數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)木珳?zhǔn)性;第三，手動控制程序。用戶直接通過按鈕的方式觸發(fā)特殊控制裝置，以便更好控制電動機運行的特定方向。

PC與單片從機串口通信運行流程主要為：下位機經(jīng)由串口裝置對信息數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取與數(shù)據(jù)校正，經(jīng)過調(diào)用解釋數(shù)據(jù)程序，將數(shù)據(jù)程內(nèi)的串口數(shù)據(jù)依照相關(guān)協(xié)議裝置翻譯，存儲到數(shù)據(jù)緩沖區(qū)的存儲裝置內(nèi)部。待數(shù)控系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)采集完畢后，對比數(shù)據(jù)的校驗結(jié)果與被發(fā)送數(shù)據(jù)的內(nèi)容是否存在偏差[2]。如數(shù)據(jù)內(nèi)容相同的情況下，則表明傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息準(zhǔn)確，允許程序向PC與單片機裝置發(fā)送校驗成功信息;如發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)容出現(xiàn)不一致的情況，則說明校驗過程失敗，數(shù)據(jù)采集或存儲期間出現(xiàn)錯誤，需將數(shù)據(jù)特定程序重新更新到前緩沖區(qū)內(nèi)，以便在緩沖區(qū)對備份數(shù)據(jù)進(jìn)行最后校驗。

由此可見，在數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信設(shè)計過程中，上位機與下位機的配合密切，通信裝置的運行形成一個嚴(yán)密的控制系統(tǒng)，使得PC與單片機數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量與效率更高。

2、數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信差錯控制

2.1差錯控制以及數(shù)據(jù)檢驗流程的優(yōu)化

在原有PC與單片機差錯控制中，主要采用前向糾錯控制方式、反饋重發(fā)糾錯控方式、混合糾錯控制方式等。如數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信裝置采用自動控制或單步控制模式，應(yīng)使用混合糾錯方式;如數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信裝置采用手動控制模式，應(yīng)使用前向糾錯控制方式。

現(xiàn)階段常見數(shù)據(jù)校驗方式為奇偶監(jiān)督碼、行列監(jiān)督碼、循環(huán)監(jiān)督碼。針對PC與單片機通信系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)要求，需采用循環(huán)監(jiān)督碼，基于行業(yè)內(nèi)部查詢標(biāo)準(zhǔn)，對PC與單片機通信系統(tǒng)進(jìn)行不斷完善與優(yōu)化。

2.2PC與單片通信系統(tǒng)下位機的校驗

在數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機設(shè)計期間，下位機運行效率可直接影響到數(shù)控系統(tǒng)通信裝置的綜合運行效益，需相關(guān)工作人員對下位機運行情況進(jìn)行校驗。具體而言，下位機運行荷載量較大，需在實際設(shè)計過程中以控制其內(nèi)部運行負(fù)荷量為主，對下位機進(jìn)行循環(huán)冗余校驗[3]。具體來說，循環(huán)冗余校驗主要就是對網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)包或計算機文件產(chǎn)生的固定位數(shù)校驗碼的信道編碼技術(shù)，肩負(fù)起檢驗數(shù)據(jù)傳輸或保存后可能出現(xiàn)的錯誤。將此種校驗方式應(yīng)用在下位機運行期間，需在程度存儲區(qū)內(nèi)建立一個數(shù)表，在數(shù)表內(nèi)依次存儲相應(yīng)的校驗值。在串口讀入數(shù)據(jù)后，數(shù)表位置發(fā)生整體移動，以便將新接收的數(shù)據(jù)與循環(huán)冗余生成表中的指針相互對照，及時發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)內(nèi)部存在問題。待下位機數(shù)據(jù)發(fā)送完畢后，循環(huán)冗余系統(tǒng)的校驗工作流程結(jié)束。在數(shù)表內(nèi)會顯示循環(huán)冗余校驗工作的成功與否，在校驗工作失敗后，相關(guān)工作人員需要對下位機數(shù)據(jù)進(jìn)行重新輸入與分析，確保校驗流程有效。

2.3PC與單片機通信系統(tǒng)上位機校驗

在數(shù)據(jù)系統(tǒng)PC與單片機通信上位機設(shè)計過程中，相關(guān)工作人員也需注重上位機的循環(huán)冗余校驗，結(jié)合相關(guān)查表法，提升校驗結(jié)果的真實性與有效性。在上位機中使用循環(huán)冗余校驗法，可以依照下位機的流程[4]。在上位機校驗結(jié)束后，注重對校驗結(jié)果的細(xì)致分析與判斷，找尋出造成上位機校驗不合格的問題與問題成因，對上位機結(jié)構(gòu)、運行流程等進(jìn)行不斷優(yōu)化與完善，確保所設(shè)計出的PC與單片機通信裝置能夠在保障數(shù)控系統(tǒng)平穩(wěn)通信過程中發(fā)揮出重要作用。

3、數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機串口通信設(shè)計

在數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機串口通信運行過程中，需首先結(jié)合數(shù)控系統(tǒng)實際運行特征與運行需求，設(shè)計出一個科學(xué)有效的握手協(xié)議。在PC與單片機串口通信裝置啟動后，下位機向上位機發(fā)送相關(guān)就緒信號，上位機處于等待狀態(tài);在上位機受到下位機準(zhǔn)備就緒的信號后，返回下位機進(jìn)行確認(rèn)，待下位機確認(rèn)回復(fù)，才可打開PC與單片機串口通信裝置，做出中斷上位機管理指令。在上位機沒有收到下位機發(fā)送的就緒信號時，不可向下位機發(fā)送任何數(shù)據(jù);下位機沒有受到確認(rèn)信號的情況下，則需一直向設(shè)備發(fā)送就緒信號。此時串口中斷沒有被打開，上位機的命令無法被響應(yīng)。

在PC與單片機串口通信被正常接通的情況下，上位機需依據(jù)此時運行的狀態(tài)，及時預(yù)報系統(tǒng)實際情況，下位機針對接收到的數(shù)據(jù)判斷數(shù)控系統(tǒng)通信狀態(tài)以及需要觸發(fā)的事件。因PC與單片機串口通信中下位機主要受到上位機的控制，在PC與單片機初始化串口通信設(shè)備的同時，需不停發(fā)送下位機就緒狀態(tài)，確保得到上位機的回應(yīng)。在上位機返回就緒信號后，下位機才可打開串口通信裝置，進(jìn)入準(zhǔn)備運行的狀態(tài)。

為確保所設(shè)計出的PC與單片機串口通信裝置的運行質(zhì)量、效益與預(yù)期目標(biāo)相符，在設(shè)計完成之后，還需對串口通信裝置進(jìn)行測試，檢測串口通信裝置能否實現(xiàn)正常運行，運行的穩(wěn)定性等。在串口通信測試中，主要經(jīng)歷主機串口測試、主、從機串口通信測試等流程。

4、總結(jié)

總而言之，在數(shù)控系統(tǒng)PC與單片機通信設(shè)計與實現(xiàn)過程中，需利用更加先進(jìn)的NC代碼串口通信模式，借助信道編碼理論，構(gòu)建高性能信道差別控制系統(tǒng)，實現(xiàn)PC與單片機串口穩(wěn)定通信，使得單片機數(shù)據(jù)源得到充分的數(shù)控插補，數(shù)控系統(tǒng)生產(chǎn)質(zhì)量與生產(chǎn)效率穩(wěn)步提升。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王燕東.?基于嵌入式實時系統(tǒng)的步進(jìn)電機協(xié)同運動控制系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].河北工業(yè)大學(xué)，2016.

[4]干騰飛.?基于ARM的數(shù)控系統(tǒng)嵌入式運動控制器設(shè)計與開發(fā)[D].天津大學(xué)，2018.

（作者單位：河北遠(yuǎn)東通信系統(tǒng)工程有限公司）