数据帧如何实现单片机间的多机通信技术详解

单片机多机通信除了采用SM2和RB8组合的方式来实现多机通信外，在实际的使用中，还经常利用数据帧中包含地址信息来区分不同从机的方法实现单片机间的多机通信。主机发送的数据帧中包含地址信息，主机发送后，所有的从机都能接收到，每个从机将自身的地址与接收的数据帧中包含的地址相比较，如果与自身的地址相同，则进行对应的处理。否则将这帧数据丢弃，串行口继续等待接收数据。当然也可以根据实际功能需要，部分从机也可以根据数据帧的地址信息来决定是否接收数据帧，实现主机向部分从机“广播”的功能。

由于此种通信方式采用在数据帧中包含有地址字节信息来区分各从机，因此只与软件有关，硬件接口与多机通信方法一完全一样。

主机、从机一次发送数据为多个数据组成的一个数据帧，数据帧中包含起始、结束标志、地址、应答信息等，主机或从机接收完一数据帧后，根据数据帧中的标志和地址决定是否保存。接收保存后的数据，由数据帧的功能字节来说明数据字节的意义或者下一步的操作等。

单片机间多机通信方法一中，主机、从机的地位区分明显，主机从机的任务不同，而本节介绍的这种方法，主机从机的界限并不是很明显，只要数据帧中标志和地址字节变化，就可以向指定地址的主机或者从机发送数据帧，接收到数据的从机可根据需要决定是否保存这帧数据。

根据本节介绍的多机通信的原理，对图10-12中数据帧的各字节定义如下。

·数据帧以8位字节为基本数据单位，采用十六进制。

·起始字节：0XAA。

·主从标志：为0X0F表明这是主机发送的数据帧；为0XF0说明这是从机发送的数据帧。实际上也可以以地址来区分是从机还是主机发送的数据帧。

·功能：数据字节的功能作用，若无数据字节，功能字节就为0x00，采用压缩BCD数据格式。

·校验和：包括起始字节和结束字节在内的本数据帧的校验和，不包括校验字节本身。

·采用的校验算法：将不包括校验和在内的一帧数据相加，丢弃进位，将计算得到的值作为校验字节。

·帧长度：数据字节的长度。

·地址：如果是主机发送到从机，此字节是要接收数据的从机地址。如果是从机发送到主机，此字节是发送数据的从机的地址，一般采用十六进制。

·结束字节：0XDD。

例如主机向地址为Oxl0的从机发送数据0x12，0x34，功能字节为0x55，则发送的一帧数据如下图所示。

以下是采用此种数据帧格式的从机单片机程序，发送、接收均采用中断方式。设单片机的晶振频率为11.059 2MHz，通信的波特率为9 600bit/s，主机、从机的串行口均采用方式1。

在程序发送部分，首先按照通信协议准备数据帧头，然后加入要发送的数据，计算校验和，最后发送整个数据帧，流程图如下图所示。

程序中串行口接收部分较复杂，流程图如下图所示。

程序中从串行口接收数据时使用了状态机，用来区分是接收数据还是接收数据帧头。接收时，当接收到起始字节和帧长度后，如果有数据字节存在，程序将转变为接收数据字节的状态，接收完指定的数据长度后，再转化为接收结束字节的状态。

主要程序及代码如下：

1．串行中断服务子程序voidseri_isr（）

串行中断服务子程序serijsr（）函数完成接收制定格式的数据。程序中根据接收数据的状态来区分接收的是数据帧头还是数据帧中的数据，接收完一帧数据后，计算校验和并判断校验数据是否正确。程序代码如下：

2．主程序voiDMAin（）

主程序中完成串行口初始化，取得从机地址后，发送4字节的数据“test”，如果主机响应并且本机接收到的数据帧正确，则执行下一步操作，程序代码如下：

3．计算校验和子程序ucharcalc_chksum（）

计算校验和子程序calc_chksum（）对除校验字节外的整个数据帧的数据计算得到校验和，然后添加到数据帧中校验字节部分，程序代码如下：

4．串行口发送子程序void seri_send（）

串行口发送子程序seri_send（）按照数据帧的格式将数据添加到sendbuf发送缓冲中。程序首先准备数据帧头，将p指针开始长度为data_len的数据加入到sendbuf数发送缓冲中，然后计算数据校验和，将校验和也加入到发送数据缓冲中，将发送缓冲中的数据发送出去，程序代码如下：

5．串口初始化子程序voidseri_init（）

串口初始化子程序seri_init（）初始化串口工作在方式l，波特率为9600bit/s，接收状态和接收缓冲初始化等，程序代码如下：

6．读取数据子程序voidget_client_addr（）

由于每个从机的地址不同，get_client_addr（）函数从P0口读取的数据作为从机地址，保存在全局变量client_addr变量中，程序代码如下：

主机的发送接收程序与此类似，根据协议在数据帧中的标志和地址中加入不同的数据表明这是主机发送的数据，然后在数据字节中添加上数据即可。

本方法构成的多机通信，单片机串口一般工作在方式1即可，由于有专门的校验和，因此，第9位的校验位已经没有必要了。

通信时发送数据包需要一定的次序和规则，若主机正在发送数据的同时，从机也发送数据，或者多个从机同时发送数据，都会造成数据冲突，导致通信错误，因此通信时主机和从机不仅要发送协议规定格式的数据帧，还要根据不同的状态来决定何时发送数据。如果采用RS-485通信方式，由于该方式是半双工的，主从双方的数据交换—般采用应答式的，因此不会出现冲突的现象。

各从机地址的生成，也可不用二进制拨动开关，而是通过现场系统的调试临时生成，并将该地址信息存入非易失性的存储器中。