CN101834912B - 一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置及使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明披露了一种在一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置及使用方法;该装置包括数据分配器、数据选择器以及具有两个以上标准串口的协处理器;该装置通过一定方式分别与主机、各从机连接,并通过自定义的6种特殊信息指令实现自动分配各从机地址的,进而实现从机的即插即拔。所述6种特殊指令分别为:主机对从机的查询令,从机对主机的报到令,主机对协处理器的启动分配令,协处理器对主机的分配结束令,协处理器对从机的地址分配令和从机对协处理器和主机的分配应答令。
Description
技术领域
本发明涉及数据通信领域,尤其是一对多标准串口数据通信。
背景技术
随着通信技术的发展,计算机和单片机之间可以考虑的通信手段有RS232、USB、以太网、CAN总线等。其中RS232(全名为:数据终端设备和数据通讯设备之间串行二进制数据交换接口技术,又称标准串口,以下均称标准串口)由于具有成本低,使用方便和支持率高的优点,并且通信速度和距离能满足以单片机为核心构造的嵌入式系统的通信要求,因此得到了广泛应用。但是标准串口只允许一对一通信,要实现一对多通信时,即一个主机与若干个从机通信时,只能通过轮询的方法实现通信,而该方法要求每个分机必须有一个不变的地址,即不允许即插即拔,如果从机的数目有变化,就必须修改主机的程序。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够在一对多标准串口通信中动态分配从机地址的装置及使用方法,用以解决现有标准串口通信技术中存在的一对多通信时从机的识别地址难于动态分配和管理,无法实现即插即拔的问题。
本发明的设计构思是设计一种能够在一对多标准串行通信中实时地对从机状态进行监测、判断是否存在无识别地址的从机并对其分配地址的装置,从而实现对从机地址进行动态分配和管理,进而实现从机的即插即拔。本发明具体按照如下方案实现:
设计一种一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置,该装置包括数据分配器、数据选择器以及具有两个或两个以上标准串口的协处理器;协处理器其中一个串口的发送数据端与数据分配器的输入端连接,该串口的接收数据端与数据选择器的输出端连接,协处理器的I/O端口的N个引脚与数据选择器的N个地址输入端引脚一一对应连接,并且也与数据分配器的N个地址输入端引脚一一对应连接,其中数据选择器和数据分配器的地址端具有同样多的引脚数,且都为N,N为大于1的整数;
上述协处理器可以任意选取合适的计算机或单片机,只要具备基本的逻辑运算能力以及一定数量的I/O端口引脚即可,但从成本角度考虑,最好使用市场上容易买到的单片机,例如W77E58单片机、AVR MEGA162单片机等;同样的,上述数据选择器和数据分配器也可根据获得的便利性、成本等角度考虑根据需要选择。
所述装置与主机、从机按照如下方式连接:
该装置中协处理器的剩余串口的发送数据端与串口数据总线的RX线连接,该串口的接收数据端与串口数据总线的TX线连接,该串口的信号地端与数据总线的GND线连接;第i个从机的串口的发送数据端与所述数据选择器的第i个输入端连接,第i个从机的串口的接收数据端与所述数据分配器的第i个输出端连接,i=1、2……M,其中M为从机总台数,且M<2N+1,N为该装置中数据选择器和数据分配器的地址端引脚数;所有从机的串口的信号地端均与数据总线的GND线连接;
通过自定义的6种信息指令实现通信时从机地址的动态分配,所述6种信息指令分别为:主机对从机的查询令,从机对主机的报到令,主机对协处理器的启动分配令,协处理器对主机的分配结束令,协处理器对从机的地址分配令和从机对协处理器和主机的分配应答令;并根据定义的6种信息指令的情况,分别制定主机、从机、及所述装置中协处理器的执行伪代码;当通信链路建立后,具体按照以下步骤执行:
步骤a、主机和从机正常轮询通信,经过k次轮询后,主机向从机发送查询令并等待一段时间t1,其中k为大于1的整数;
步骤b、各从机自行判断是否存已分配地址,如是,则等待;如否,则该从机向主机发送报到令;主机如在时间t1内收到数据,则继续执行步骤c;如否,则转至步骤a;
步骤c、主机向协处理器发送启动分配令;
步骤d、协处理器按照一定顺序遍历I/O所有可能连接新的从机的I/O配置,在每种配置中,协处理器向从机发送地址分配令并等待时间t2,如果该配置连接的位置存在从机,则从机向协处理器和主机发送分配应答令;如否,则协处理器在等待时间t2结束后遍历下一配置,直至所有可能配置遍历结束后,转至步骤e;
步骤e、协处理器向主机发送分配结束令后,转至步骤a;
上述轮询次数k、时间t1、时间t2均可依据实际情况选取。
附图说明
图1为本发明的连接示意图;
图2为本发明的运行示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明:
一种一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置,该装置包括数据分配器、数据选择器以及具有两个串口的协处理器、;协处理器其中一个串口的发送数据端与数据分配器的输入端连接,该串口的接收数据端与数据选择器的输出端连接,协处理器的I/O端口的N个引脚与数据选择器的N个地址输入端引脚一一对应连接,并且也与数据分配器的N个地址输入端引脚一一对应连接,其中数据选择器和数据分配器的地址端具有同样多的引脚数,且都为N,N为大于1的整数。
本实施例中选取市场上容易得到的W77E58单片机作为协处理器,并选择型号为74151的数据选择器以及型号为74138的数据分配器。
如附图1所示,所述装置与主机、从机按照如下方式连接:
该装置中协处理器的剩余串口的发送数据端与串口数据总线的RX线连接,该串口的接收数据端与串口数据总线的TX线连接,该串口的信号地端与数据总线的GND线连接;第i个从机的串口的发送数据端与所述数据选择器的第i个输入端连接,第i个从机的串口的接收数据端与所述数据分配器的第i个输出端连接,i=1、2……M,其中M为从机总台数,且M<2N+1,N为该装置中数据选择器和数据分配器的地址端引脚数;所有从机的串口的信号地端均与数据总线的GND线连接;
通过自定义的6种信息指令实现通信时从机地址的动态分配,所述6种信息指令分别为:主机对从机的查询令,从机对主机的报到令,主机对协处理器的启动分配令,协处理器对主机的分配结束令,协处理器对从机的地址分配令和从机对协处理器和主机的分配应答令;
这6种信息指令可以按照需要或个人习惯定义,本实施例中,这6种信息指令按照下述方式定义:
(1)查询令:帧头、FF、帧尾;
(2)报到令:帧头、00、帧尾;
(3)启动分配令:帧头、地址、控制字、数据、帧尾;
(4)分配结束令:帧头、地址、控制字、帧尾;
(5)地址分配令:帧头、地址、帧尾;
(6)分配应答令:帧头、地址、标识、帧尾;
帧头设置为C6,帧尾设置为C8,地址设置为4个字节,控制字设置为2个字节,数据段的字节数不定,标识码为6个字节,且要求每台从机的标识码像以太网卡的MAC地址一样是唯一的。在除了帧头和帧尾的其他字段,如果其中出现C6和C8的时候在前面加C0,改为C0C6和C0C8,如果出现C0,也在前面加C0,改为C0C0。地址设置中,协处理器的地址固定设置为FF00,从机地址由协处理器分配。在启动分配令中,控制字设置为需要删除的从机地址数目,数据段按照一定顺序给出了具体需要删除的地址,当不需要删除从机地址时,控制字设置为00,同时不设置数据段,控制字00后直接为帧尾;在分配结束令中,地址设置为协处理器的固定地址FF00,控制字为上一次主机发过来的启动分配令里的控制字;在地址分配令中,地址为协处理器分配给从机的地址;在分配应答令中地址为从机被协处理器分配的地址,标识为从机的标识码;在正常通信令中,地址为从机的地址,由于地址值只有4个字节,同时考虑到主机轮询的周期时间开销,规定从机的数目不超过255个,从机的地址的范围规定为FF01到FFFF,不同的控制字表示着不同的通信内容,数据段的内容随着具体的控制字的设定要求而变化。
主机有地址分配表和地址删除表,地址分配表按照地址的数值大小的顺序保存现阶段所有的从机的地址,地址删除表保存有在最近一次发送启动分配令后被从串口数据总线热拔下来的所有的从机地址。
当通信链路建立后,按照以下步骤执行:
步骤a、主机和从机正常轮询通信,经过k次轮询后,主机向从机发送查询令并等待一段时间t1;
步骤b、各从机自行判断是否存已分配地址,如是,则等待;如否,则该从机向主机发送报到令;主机如在时间t1内收到数据,则继续执行步骤c;如否,则转至步骤a;
步骤c、主机向协处理器发送启动分配令;
步骤d、协处理器按照一定顺序遍历I/O所有可能连接新的从机的I/O配置,在每种配置中,协处理器向从机发送地址分配令并等待时间t2,如果该配置连接的位置存在从机,则从机向协处理器和主机发送分配应答令;如否,则协处理器在等待时间t2结束后遍历下一配置,直至所有可能配置遍历结束后,转至步骤e;
步骤e、协处理器向主机发送分配结束令后,转至步骤a。
为实现上述各步骤,本实施例中分别按照如下各步骤编写主机、从机以及协处理器的程序伪代码,当然伪代码的编写可根据实际情况或个人习惯有所不同,只要能够实现上述a-e步骤即可:
本实施例提供的主机通信模块伪代码按照如下步骤执行:
(1)如果主机地址分配表为空转步骤(4),否则根据主机保存的地址分配表,轮询各个从机,当轮询到某从机,等待时间t1后没有反应,在地址分配表删除该从机的地址信息,并且将从机地址增加到地址删除表;
(2)发送查询令;
(3)等待时间t1,如果等待期间没有收到报到令或其他数据,就转步骤(1),否则转步骤(4);
(4)发送启动分配令,清空地址删除表;
(5)监听从机的分配应答令,并更新主机的地址分配表,在得到协处理器的分配结束令之后转步骤(1)。
协处理器里有I/O配置表,I/O配置表保存有所有的I/O脚配置和从机的地址的一一对应关系。协处理器的串口二连接的从机取决于IO1-ION脚的设置,因为从机的数目不超过255,I/O脚的数目N不超过8,并且如果N为8的时候,所有I/O脚不能同时置逻辑‘1’。如图1所示,当IO1-ION脚的设置为v1-vN时,则协处理器的串口二通过数据分配器和数据选择器连接到第1+v1+v2·2…+vN·2N-1个从机。协处理器分配地址时,直接将1+v1+v2·2…+vN·2N-1的二进制值转化为2个字节XX,最终形成地址FFXX。
本实施例提供的协处理器的通信模块伪代码按照如下步骤执行:
(1)等待主机的启动分配令;
(2)按照一定顺序遍历没有连接从机的I/O脚配置,其中每种I/O脚的情况的伪代码设计如下:
(2-1)设置第一个或下一个I/O脚情况;
(2-2)发送地址分配令;
(2-3)等待时间t2,如果等待期间收到分配应答令,更新I/O表后转步骤(2-1),否则直接转步骤(2-1);
(3)发送分配结束令,转步骤(1)。
本实施例提供的从机的通信模块伪代码按照如下步骤执行:
(1)如果还没有获得地址,转步骤(4),否则转步骤(2);
(2)等待主机给自己发送正常通信令,如果等待的过程中发现自己的地址在主机轮询时被跳过时,删除地址,转步骤(4);
(3)和主机通信,转步骤(2);
(4)等待主机发送查询令;
(5)发送报到令;
(6)等待协处理器的地址分配令;
(7)发送分配应答令;
(8)转步骤(2)。
通过本实施例可看出,本发明可以在一对多标准串行通信中实时地对从机状态进行监测、判断是否存在无识别地址的从机并对其分配地址的装置,从而实现对从机地址进行动态分配和管理,进而实现从机的即插即拔。
Claims (4)
1.一种一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置,其特征在于:该装置包括数据分配器、数据选择器以及具有两个以上标准串口的协处理器;协处理器其中一个串口的发送数据端与数据分配器的输入端连接,该串口的接收数据端与数据选择器的输出端连接,协处理器的I/O端口的N个引脚与数据选择器的N个地址输入端引脚一一对应连接,并且也与数据分配器的N个地址输入端引脚一一对应连接,其中数据选择器和数据分配器的地址端具有同样多的引脚数,且都为N,N为大于1的整数;使用时,所述装置与主机、从机按照如下方式连接:该装置中协处理器的剩余的一个串口的发送数据端与串口数据总线的RX线连接,该串口的接收数据端与串口数据总线的TX线连接,该串口的信号地端与数据总线的GND线连接;第i个从机的串口的发送数据端与所述数据选择器的第i个输入端连接,第i个从机的串口的接收数据端与所述数据分配器的第i个输出端连接,i=1、2……M,其中M为从机总台数,且M<2N+1,N为该装置中数据选择器和数据分配器的地址端引脚数;所有从机的串口的信号地端均与数据总线的GND线连接;
并通过自定义的6种信息指令实现通信时从机地址的动态分配,所述6种信息指令分别为:主机对从机的查询令,从机对主机的报到令,主机对协处理器的启动分配令,协处理器对主机的分配结束令,协处理器对从机的地址分配令和从机对协处理器和主机的分配应答令;并根据定义的6种信息指令的情况,分别制定主机、从机、及所述装置中协处理器的执行伪代码;具体按照以下步骤执行:
步骤a、主机和从机正常轮询通信,经过k次轮询后,主机向从机发送查询令并等待一段时间t1,其中k为大于1的整数;
步骤b、各从机自行判断是否存已分配地址,如是,则等待;如否,则该从机向主机发送报到令;主机如在时间t1内收到数据,则继续执行步骤c;如否,则转至步骤a;
步骤c、主机向协处理器发送启动分配令;
步骤d、协处理器按照一定顺序遍历I/O所有可能连接新的从机的I/O配置,在每种配置中,协处理器向从机发送地址分配令并等待时间t2,如果该配置连接的位置存在从机,则从机向协处理器和主机发送分配应答令;如否,则协处理器在等待时间t2结束后遍历下一配置,直至所有可能配置遍历结束后,转至步骤e;
步骤e、协处理器向主机发送分配结束令后,转至步骤a。
2.一种如权利要求1所述一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置的使用方法,其特征在于:
●所述装置与主机、从机按照如下方式连接:
该装置中协处理器的剩余的一个串口的发送数据端与串口数据总线的RX线连接,该串口的接收数据端与串口数据总线的TX线连接,该串口的信号地端与数据总线的GND线连接;第i个从机的串口的发送数据端与所述数据选择器的第i个输入端连接,第i个从机的串口的接收数据端与所述数据分配器的第i个输出端连接,i=1、2……M,其中M为从机总台数,且M<2N+1,N为该装置中数据选择器和数据分配器的地址端引脚数;所有从机的串口的信号地端均与数据总线的GND线连接;
●通过自定义的6种信息指令实现通信时从机地址的动态分配,所述6种信息指令分别为:主机对从机的查询令,从机对主机的报到令,主机对协处理器的启动分配令,协处理器对主机的分配结束令,协处理器对从机的地址分配令和从机对协处理器和主机的分配应答令;并根据定义的6种信息指令的情况,分别制定主机、从机、及所述装置中协处理器的执行伪代码;具体按照以下步骤执行:
步骤a、主机和从机正常轮询通信,经过k次轮询后,主机向从机发送查询令并等待一段时间t1,其中k为大于1的整数;
步骤b、各从机自行判断是否存已分配地址,如是,则等待;如否,则该从机向主机发送报到令;主机如在时间t1内收到数据,则继续执行步骤c;如否,则转至步骤a;
步骤c、主机向协处理器发送启动分配令;
步骤d、协处理器按照一定顺序遍历I/O所有可能连接新的从机的I/O配置,在每种配置中,协处理器向从机发送地址分配令并等待时间t2,如果该配置连接的位置存在从机,则从机向协处理器和主机发送分配应答令;如否,则协处理器在等待时间t2结束后遍历下一配置,直至所有可能配置遍历结束后,转至步骤e;
步骤e、协处理器向主机发送分配结束令后,转至步骤a。
3.如权利要求2所述一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置的使用方法,其特征在于:所述自定义的6种信息指令按照以下方式定义:
查询令:帧头、FF、帧尾;
报到令:帧头、00、帧尾;
启动分配令:帧头、地址、控制字、数据、帧尾;
分配结束令:帧头、地址、控制字、帧尾;
地址分配令:帧头、地址、帧尾;
分配应答令:帧头、地址、标识、帧尾。
4.如权利要求2所述一对多标准串口通信中动态分配从机地址装置的使用方法,其特征在于:所述主机、从机及协处理器分别按照以下步骤制定执行伪代码:
●主机:
(1)如果主机地址分配表为空转步骤(4),否则根据主机保存的地址分配表,轮询各个从机,当轮询到某从机,等待时间t1后没有反应,在地址分配表删除该从机的地址信息,并且将从机地址增加到地址删除表;
(2)发送查询令;
(3)等待时间t1,如果等待期间没有收到报到令或其他数据,就转步骤(1),否则转步骤(4);
(4)发送启动分配令,清空地址删除表;
(5)监听从机的分配应答令,并更新主机的地址分配表,在得到协处理器的分配结束令之后转步骤(1);
●从机:
(1)如果还没有获得地址,转步骤(4);否则转步骤(2);
(2)等待主机给自己发送正常通信令,如果等待的过程中发现自己的地址在主机轮询时被跳过时,删除地址,转步骤(4);
(3)和主机通信,转步骤(2);
(4)等待主机发送查询令;
(5)发送报到令;
(6)等待协处理器的地址分配令;
(7)发送分配应答令;
(8)转步骤(2);
●协处理器:
(1)等待主机的启动分配令;
(2)按照一定顺序遍历没有连接从机的I/O脚配置;
(3)发送分配结束令,转步骤(1);
其中步骤(2)中每种I/O脚的情况的伪代码设计如下:
(2-1)设置第一个或下一个I/O脚情况;
(2-2)发送地址分配令;
(2-3)等待时间t2,如果等待期间收到分配应答令,更新I/O表后转步骤(2-1),否则直接转步骤(2-1)。
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
C17 | Cessation of patent right | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120829 Termination date: 20130420 |