基于状态机的串口通信协议的研究设计

3 协议实现

下位机采用ATMEL公司的AVR系列单片机ATmega168作为其核心控制单元；上位机软件采用Delphi 7．0编写，Delphi 7．0是Borland公司开发的基于Windows平台的面向对象的快速应用程序开发工具。本协议上位机程序采用Delphi开发，主要考虑到Delphi易于实现多线程编程。另外，Delphi开发程序的简单、高效，也是上位机软件选择其作为开发工具的重要原因。

串口通信协议包括发送与接收两部分。在本系统中，下位机负责发送数据，上位机负责接收数据，而另一种情况：下位机接收、上位机发送，其处理方法与前面一种相似。因此，这里仅介绍下位机发送数据、上位机负责接收数据的实现。

下位机串口通信发送程序由于不考虑状态机，实现较为简单，其示例代码如下：

上位机软件中，当接收到数据时，串口控件会触发一个事件，在事件处理代码中应及时将收到的数据存入接收冲区，同时不应该把串口通信协议接收部分的代码放置在此事件中，否则后面到来的数据可能因为前面先到的数据没有及时处理完毕而被冲掉，导致数据丢失。因此，在上位机软件运行时，应该启动一个Windows线程，用于不断检测接收缓冲区是否为空，不为空时则对缓冲中的数据进行处理，创建一个名为TBufferThread的线程类：


线程类创建好后，应具体编写TBufferThread线程类成员函数Execute的处理过程，其算法流程图如图3所示。

依据流程图，编写代码如下：

数据包的接收进度依据于状态指示变量sp。当数据接收顺利时，sp的变化将会引导完成一个数据包的接收过程，这样处理可以简化编程的模型，使协议易于实现；数据包接收过程中，一旦发现数据传输出错，立即将sp置为0(空闲状态)，也就是状态复位，使系统进入准备接收下一个数据包的状态，这样可提高通信过程的可靠性及容错能力。

为检验测试串通信协议的合理性及可靠性，将其应用到某称重仪表的上位机通信中，其上位机程序主界面如图4所示。程序主界面的点阵字体显示的是由下位机传送的质量数据，而正中间显示的是由下位机上传的A／D数据形成的曲线，最下方显示的是对接收的数据处理的状态指示。经过大量测试表明，本串口通信协议设计合理，可靠性较高。


4 结论

文中主要介绍串口通信协议的设计与实现，其中包括数据包格式的定义、通信状态机的设计以及协议的实现，并将此协议应用到某称重仪表的上位机通信中。串口通信中引入状态机方法，便于解决帧同步问题，使协议易于实现，同时增加了系统的稳定性与可靠性。因此，可广泛用于各类仪器仪表、工业控制领域中，具有一定的实用价值。