RS 232串口多方控制的实现

       一般的RS 232通讯应用，经常由一个控制方控制一台设备，或采用菊花链方式连接，根据通讯地址的不同，由一个控制方控制多台设备。但在工程应用中却经常会遇到2台或2台以上的PC机需要控制同一台设备，即由多个控制方控制一台设备的情况，而为受控设备仅具备1个RS 232串口，这时需要有一台能够实现RS 232串口多方控制的设备，本文针对这种设备的其中一种比较先进的设计方法进行说明。该设备不仅成本低，实现方法简单，而且功能可扩展，在工程中具有较强的适用性，能满足多种复杂控制的需要。

       l硬件设计

       在控制系统中，控制方和被控设备的通讯协议和控制程序是固定的，在设计中不能改变，只能通过一台中间设备，即串口扩展设备，对控制方的命令进行一定的解析处理，从而实现控制方和被控方之间的协调应答。本文选用AT89S52单片机作为串口扩展设备的核心控制器，系统的硬件原理图如图1所示。

       系统中把单片机本身的串口作为主串口，用于连接被控设备，另外4个扩展串口，用于连接4个控制方。当多个控制方同时连续发送较多的命令数据时，为了保证对所有数据的完整接收，需要将没有来得及处理的数据做暂时的存储。AT89S52单片机本身带有256 B内置的RAM，在很多情况下并不能满足使用需要。DALLAS公司的DSl225含8 k×8 b非易失性SRAM，可作为外置的扩展存储器件。该器件的读写速度达到70 ns，完全能够满足对数据的即时读写［3］。

       2程序设计

       2．1数据存储空间的分配

       程序设计时，首先应对数据空间进行规划。在该系统中，根据需要，从AT89S52内部8 k的数据存储器中划分出5块区域，做5个FIFO数据队列，每个FIFO队列l 536 B空间，分别用于存储来自5个端口的数据。剩下的512 B作数据存储的备用空间。

       2．2 程序模块

       程序采用模块化的设计思想，以方便修改、移植和检错。整个控制程序由主程序、中断、命令处理模块、回送处理模块4部分组成，实现原理如下：

      (1)中断

       串行口中断和外部中断，用于接收来自5个端口的数据，分端口将接收到的数据存入对应的FIFO，这里对数据不做其他的判断或处理，尽量用最少的指令完成，减少中断时间。以避免多个串口同时受到大量数据时，发生数据丢失。

       (2)命令处理模块

       针对控制方端口FIFO，若控制方FIFO中存在数据，根据协议对数据进行判断，直接清除不符合协议的数据；对符合协议的命令数据，判断完整条命令后，通过受控方端口向受控设备转发整条命令，然后清掉FIFO中此条命令，如此逐步清空FIFO。

        (3)回送处理模块

       针对受控方端口FIFO，若受控方FIFO中存在数据，与"命令处理模块"类似，根据协议对数据进行判断，清除不符合协议的数据，对符合协议的回送数据，判断完整后，同时通过4个控制方端口向控制设备回送数据，然后清掉FIFO中此条命令，如此逐步清空FIFO。

        (4)主程序模块

        在主程序中，循环判断5个FIFO中是否有数据。若控制方FIFO存在数据，进入命令处理模块，清空FIFO后返回主程序，继续循环；若受控方FIFO存在数据，进入回送处理模块，清空FIFO后返回主程序，继续循环。这样，每个控制方发送的命令，都会在FIFO中有短暂的缓冲，在多控制方同时发送命令时，本设备可分先后将所有收到的命令逐个发送到受控设备，不会因发生冲突而造成数据丢失。对于受控设备回送的数据，一般包含了工作状态及配置等信息，需要同时回送到各个控制设备，使各个控制设备能够及时做相应的调整。

        3功能扩展

        按照上述方法设计的该系统不仅适用于多控制方控制一个串口情况，还可根据工程中遇到的各种需求进行功能扩展。

        (1)一个控制设备和多个受控设备

        虽然，若被控的受控设备提供的通讯协议包含地址，可通过菊花链方式分别控制，但在工程应用中有相当多的设备协议中并不包含地址。如果要实现分别控制，可使用本设备，对每个下位端口分别分配一个虚拟地址，在命令处理模块中加入地址判断，使收到的命令仅向对应地址的下位端口发送。

        (2)多个控制设备和多个受控设备

       在这种情况下，普通的连接方法不能满足多设备之间协调通讯的需要。若使用本设备，只需在命令处理模块和回送处理模块中，修改相应的端口数目即可。控制方和受控方的功能不变。

        (3)在控制设备和受控设备中存在着多种不同的通讯协议。此时，可利用本设备，添加协议转换模块，使之具备多种协议的解析功能，在收和发之间进行对应的协议转换，这种方法，比工程中通常采用更改控制设备的控制程序的方法更简单、方便。

       (4)上述几种情况并存。尤其是控制设备与受控设备协议不同，而多个受控设备协议没有地址，且需要分别控制时。本设备也可对每个受控方端口分别分配一个虚拟地址来实现分控，并在收发中间进行通讯协议的转换。

       4 结 语

       本文设计的串口扩展设备，不但成本低、设计简单，而且可满足工程上串口应用的多种不同需要，具有较高的使用价值，对工程技术人员具有一定的参考意义。