用ComPort實(shí)現(xiàn)PC機(jī)和伺服控制器的串行通信

劉智慧

（西安外事學(xué)院 計(jì)算機(jī)中心，陜西 西安710077）

隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域里得到廣泛的應(yīng)用，例如：用于數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控與控制等。很多工業(yè)控制系統(tǒng)都采用上下位機(jī)的方式，用串口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。為了實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間快速、高效的通信，這就需要根據(jù)兩者之間的通信協(xié)議在上位機(jī)和下位機(jī)編寫相應(yīng)的串口通信程序，本文主要是針對上位機(jī)串行通信的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

1 串行通信控件庫ComPort

在Windows環(huán)境下，既可以用Windows API函數(shù)進(jìn)行串行通信編程，也可以利用串行通信控件來進(jìn)行編程。利用API函數(shù)編寫實(shí)際應(yīng)用程序時(shí)，往往要考慮多線程的問題，這樣編出來的程序龐大，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，繼承性差，維護(hù)困難。使用串行通信控件就相對簡單一些，而且其功能強(qiáng)大，性能安全可靠。Comport控件庫中就提供了串行通信控件。另外用Delphi編寫圖形用戶界面程序比較容易，所以用Delphi＋ComPort控件庫進(jìn)行串行通信程序的設(shè)計(jì)不失為一個明智的選擇[1]。

ComPort 控 件 庫 適 用 于 Win95、Win98、WinNT、Windows2000、Windows XP等操作系統(tǒng)，支持 Delphi3～7和 C++Builder3～6， 有 TComPort、TComDataPacket、TComComboBox、TComRadioGroup、TComLed、TComTerminal等控件 （其中的TComPort提供的功能就類似于MSComm），支持同步、異步讀寫操作，可對流控制進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)置，可以設(shè)置讀寫操作的超時(shí)（TimeOut）時(shí)間，用多線程監(jiān)視串口事件[2]。

TComDataPacket可以很容易從輸入緩沖區(qū)中以包的形式讀出數(shù)據(jù)，并且可以通過設(shè)定TComDataPacket的屬性來設(shè)定數(shù)據(jù)包的開始和終止條件。

TComTerminal可以接收TComPort控件接收到的數(shù)據(jù)并顯示在屏幕上。它支持VT52，VT100和ANSI等終端連接。

TComComboBox提供可視化用戶界面，使用戶可以很容易地設(shè)置串口的常用屬性，并可以選擇所需要的串口。

TComLed可以顯示CTS,DSR,RLSD,Ring,Tx和Rx等信號的狀態(tài)。TComLed可以與 TComPort連接，當(dāng)這些串口信號變化的時(shí)候，TComLed就可以自動地更新這些信號的狀態(tài)。

本文中就是利用TComPort控件實(shí)現(xiàn)PC機(jī)（上位機(jī)）與伺服控制器（下位機(jī)）之間的串行通信。

1.1 ComPort提供的對串口進(jìn)行操作的方式

串口的讀寫操作可以以2種方式進(jìn)行：同步或者異步。在同步方式下，進(jìn)行串口操作的函數(shù)直到操作完成或者產(chǎn)生錯誤才返回。在異步方式下，進(jìn)行串口操作的函數(shù)執(zhí)行后直接返回，無需等待操作結(jié)束。在進(jìn)行異步操作后，如果執(zhí)行的結(jié)果還沒有出來，所有應(yīng)用程序應(yīng)該調(diào)用等待函數(shù)（Wait）以確保操作完成。在異步操作和等待函數(shù)（Wait）之間，應(yīng)用程序可以執(zhí)行與此異步操作結(jié)果無關(guān)的其他任何操作[3]。

在執(zhí)行異步操作之前要先調(diào)用InitAsync方法，該方法是初始化PAsync類型的參數(shù)，每個進(jìn)行異步操作的方法都有PAsync參數(shù)。在操作完成后，調(diào)用DoneAsync方法釋放資源。

1.2 ComPort控件的常用屬性、方法和事件

ComPort控件有很多重要的屬性、方法和事件，通過這些可以很好地控制串口。常用的屬性方法和事件[4-5]如下：

1）常用屬性 ①BaudRate、Port、DataBits、Parity、StopBits：

分別設(shè)置串口的波特率、對應(yīng)的串口號、數(shù)據(jù)位、校驗(yàn)類型和校驗(yàn)位、停止位；②Buffer：設(shè)置接收、發(fā)送緩沖區(qū)的大?。虎跜onnected：返回串口的狀態(tài)；也可以打開或者關(guān)閉串口；④FlowControl：設(shè)置流的控制方式；⑤Timeouts：用來設(shè)置讀寫操作的間隔和完成的超時(shí)時(shí)間；⑥TriggersOnRxChar：用來設(shè)置當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)的時(shí)候，哪個事件會被觸發(fā)（On-RxBuf還是 OnRxChar），通常設(shè)置 TriggersOnRxChar＝True，也就是串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)候，觸發(fā)OnRxChar事件。

2）常用方法和事件 ①Open/Close：打開/關(guān)閉串口；②Read/ReadStr：向串口讀字符/讀字符串；③Write/WriteStr：向串口寫字符/寫字符串；④OnRxChar：當(dāng)串口接收到數(shù)據(jù)時(shí)，觸發(fā)該事件。

1.3 用ComPort讀串口數(shù)據(jù)的方式

ComPort提供了2種讀串口數(shù)據(jù)的方式：事件驅(qū)動方式和查詢方式。

1）事件驅(qū)動方式 用事件驅(qū)動方式對串口操作，響應(yīng)速度快，可靠性高，是一種有效的方式。當(dāng)有串口接收到數(shù)據(jù)的時(shí)候，會觸發(fā)ComPort控件的OnRxChar事件，就可以在這個事件中寫處理數(shù)據(jù)的代碼。

2）查詢方式 查詢方式就是在需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，用Com-Port提供的Read或者ReadStr函數(shù)讀串口以獲得接收到的數(shù)據(jù)。

2 串行通信的實(shí)現(xiàn)

在電機(jī)伺服控制器的課題中，PC機(jī)作為上位機(jī)，通過串行口與多個用MCU實(shí)現(xiàn)的下位機(jī)進(jìn)行通信，示意圖如圖1所示。

圖1 上位機(jī)與下位機(jī)通信示意圖Fig.1 Schematic diagram of communication between PC and MCU

用Delphi6編寫上位機(jī)的控制程序，用來控制下位機(jī)。上位機(jī)和下位機(jī)之間發(fā)送的數(shù)據(jù)格式如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)格式Fig.2 Data format

每包數(shù)據(jù)的大小最少為4個字節(jié)：指令字（2字節(jié)）；數(shù)據(jù)長度（1 字節(jié)）；數(shù)據(jù)字（0 字節(jié)）；校驗(yàn)值（1 字節(jié)）。

MCU每收到第3個字節(jié)（數(shù)據(jù)長度）后，由“數(shù)據(jù)長度”字節(jié)確定數(shù)據(jù)字的長度和校驗(yàn)值。校驗(yàn)值是從指令字的第1個字節(jié)到校驗(yàn)值之前字節(jié)的異或值。判斷計(jì)算得到的校驗(yàn)值與收到的校驗(yàn)值是否一致，一致則發(fā)送回應(yīng)信息——數(shù)據(jù)已正常接收；否則不回應(yīng)。

2.1 串口設(shè)置

在ComPort控件的屬性欄中設(shè)置串口的主要屬性：BaudRate:=br9600；DataBits:=dbEight。 然后在“打開串口”按鈕的Click事件中打開串口，打開串口的偽代碼如下：

2.2 讀取下位機(jī)的數(shù)據(jù)

在下面的代碼中aCommandType表示上位機(jī)發(fā)給下位機(jī)的是地址幀 （TI_Address）、讀取數(shù)據(jù)的命令幀（TI_Command）還是發(fā)送給下位機(jī)的數(shù)據(jù)幀（TI_Data）。

首先上位機(jī)發(fā)送讀取數(shù)據(jù)的命令幀給MCU，這個命令幀包括要讀取的參數(shù)代碼。命令幀的具體格式由PackData（）函數(shù)實(shí)現(xiàn)，通信協(xié)議不同，PackData（CommandType：TInfo-Type）函數(shù)的實(shí)現(xiàn)也不同，讀取下位機(jī)數(shù)據(jù)的偽代碼[6]如下：

在下面的事件中接收下位機(jī)返回的數(shù)據(jù)：

2.3 向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)

其工作原理與從下位機(jī)讀取數(shù)據(jù)類似，向下位機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)的偽代碼如下：

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過上位機(jī)和一個下位機(jī)進(jìn)行串行通信試驗(yàn)，上位機(jī)成功獲得了伺服控制器（下位機(jī)）的狀態(tài)（伺服電機(jī)的速度、轉(zhuǎn)矩和位置偏差等），如圖3所示。

圖3 上位機(jī)與下位機(jī)通信獲得的數(shù)據(jù)繪制成的波形圖Fig.3 Graph of MCU status（PC got data from MCU by serial communication）

4 結(jié) 論

結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目，利用第三方控件庫CPort中的控件ComPort在Windows下實(shí)現(xiàn)了PC機(jī)與單片機(jī)的串行通信，并給出了部分實(shí)現(xiàn)代碼及結(jié)果。此方案在實(shí)際運(yùn)行過程中，實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信。本文中給出的只是CPort控件庫中的ComPort控件的應(yīng)用，CPort控件庫中還有其他的控件，如 ComLed，TComDataPacket,TcomTerminal等，可以幫助用戶很容易地實(shí)現(xiàn)串口通信相關(guān)的其他復(fù)雜的應(yīng)用程序。

[1]范逸之，陳立元.Delphi與RS-232串行通信控制[M].北京：清華大學(xué)出版社,2002.

[2]趙蘭濤，蘇彥華.Delphi串口通信技術(shù)與工程實(shí)現(xiàn)[M].北京：人民郵電出版社,2004.

[3]趙曙光.Delphi中利用ComPort元件開發(fā)串行通信程序[J].應(yīng)用科技，2001,28（3）:15-16.ZHAO Shu-guang.Development of ComPort by use of Com-Port component in Delphi[J].Applied Science and Technology,2001,28（3）:15-16.

[4]張程志.基于ComPort Library控件的Delphi串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[J].水利科技與經(jīng)濟(jì),2007,13（8）:614-615.ZHANG Cheng-zhi.Computer series-port communication technology based on ComPort Library and XSL/B intelligent digital apparatus[J].Water Conservancy Science and Technology and Economy,2007,13（8）:614-615.

[5]張秀德.基于ComPort Library的Delphi串行數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī),2004,17（12）:53-54.ZHANG Xiu-de.Delphi software design of serial data acquisition system based on comport library[J].Industrial Control Computer,2004,17（12）:53-54.

[6]席一凡.Delphi程序設(shè)計(jì)[M].北京：中國鐵道出版社,2008.