冯  平  蒋静坪

1  引言
目前，大多数测量仪器已趋向数字化，采用微机或单片机控制，甚至一些数字化集成传感器也应用单片机作为其控制核心。微机控制数字化仪器具有体积小，多功能，高精度等特点，尤其是具备了灵活适应各种不同应用场合的能力。当仪器的应用环境或使用要求改变时，例如更换不同型号或校正系数不同的传感器，或要求仪器改变输出信号的类型等等，由于微机控制的灵活性，通常无需改动仪器的硬件及控制程序，仅对其系统配置设定及某些工作参数作相应的修改，就能使仪器很好地满足要求。在这种情况下，为了实现配置重设定，显然要求仪器配备键盘及显示器等人－机对话部件。但对数字化集成传感器和某些小型仪器来说，由于受到体积和成本限制，并且考虑到仪器的配置修改仅在其应用场合改变时才需进行，所以在设计硬件时往往不设置这些部件。这样就使仪器的配置重设定较为困难，多数情况下只能由开发人员修改其控制程序才能实现，用户无法自行修改仪器的配置，从而微机控制的灵活性未能得到充分体现。
为了改善这种状况，我们设计了一种可方便地对上述这类不带人－机对话部件的数字化集成传感器和小型数字化仪器进行配置的计算机重设定系统。在该系统中，不增加仪器硬件就可实现对其配置重设定，修改仪器的系统配置时无需改动其控制程序，且允许用户自行对仪器按需要进行重配置。
2  系统简介
在进行配置重设定时，使用PC机作为仪器的扩展人－机对话装置以进行数据的输入、修改及显示等。PC机和仪器之间通过串行通讯交换数据。配置值修改完成后，去除PC机与仪器的连接，仪器便可按修改后的系统配置及参数值正确地运行于新的工作环境。
2.1  硬件
PC机与仪器的连接如图1所示。PC机的串行口与仪器的串行口之间用一条串行通讯总线相连。图中的电平变换器用于PC机串行口的RS－232C 信号电平与仪器内单片机串行口的TTL信号电平之间的变换。该变换器也可置于仪器内部。
本系统对PC机的硬件无特殊要求，任何型号的PC机只要具备串行通讯口均可使用。但对仪器来说，则要求其硬件具备：① 一个能和PC机通讯的异步串行通讯口；② 配备有非挥发并可电擦写的内存储器，如EEPROM或Flash等，以用来保存系统配置及参数设定值。
 

图1  系统连接框图

2.2  配置重设定过程
当按图1把PC机与仪器连接后，就可在PC机上运行本系统的专用程序，然后使仪器复位以启动配置重设定。整个配置重设定过程可分为如下一些阶段：① 建立PC机与仪器间的通讯联系。② PC机命令仪器发送其原有参数设置值。仪器响应后，PC机接收发来的数据并进行校验。③ 所有这些原设置值在PC机上显示并可对其修改。④ 修改完成后，PC机命令仪器接收并保存修改后的新设置值。⑤ 当仪器接收无误并作保存后，PC机命令仪器退出通讯。⑥ 其后，仪器将按新的系统配置及参数设置值工作。
由上可见，整个过程由PC机控制。在此，PC机是主机，仪器作为从机，PC机通过向仪器发命令来控制其完成相应的操作。
在阶段①，PC机首先不断地向仪器发送“呼叫”信号，并接收仪器发来的“申请”信号。与此同时，仪器也不断地向PC机发送申请信号和接收PC机的呼叫信号。一旦仪器收到PC机的呼叫信号，将发送“响应”信号给PC机。当PC机收到这响应信号后，双方的通讯联系就此建立。
在建立通讯的初期，双方这样不断地向对方发送信号及接收对方的信号，不仅有利于尽快地建立通讯，而且还实现了“自动搜索通讯串口”和“无需配置重设定选择开关”的特点。在PC机一方，先设其COM1为通讯口，如从该口接收到仪器的申请信号或响应信号，表明该口为正使用的通讯口，否则，如经几次尝试后仍未收到仪器的信号，就改设COM2为通讯口尝试，如再未收到则再换下一串口，如此在其所有可用的串口之间轮流尝试，直到接收到仪器的信号为止。这样就实现了PC机通讯串口的自动定位，避免了选择串口的麻烦，使用更为方便。在仪器一方，当复位后进行初始化并作自诊断的同时，不断地尝试与PC机通讯，如在这段时间内接收到PC机的呼叫信号，它就发送响应信号给PC机并转入配置重设定子程序准备进行系统配置的修改，否则，如在自诊断完成后仍未收到PC机的信号，则将停止与PC机的通讯，不再理会PC机以后发来的信号。把与PC机建立通讯的过程安排在仪器的初始化及自诊断期间有如下一些优点：① 无需仪器增加硬件以指示是否要进行配置重设定；② 无需额外的时间开销来建立与PC机的通讯；③ 具有较强的抗干扰性。
在阶段②，PC机先是不断地向仪器发送“发原设置值”命令，直到收到仪器发来特定的数据包头部标志为止，然后它将接收整个数据包并作校验。如果校验通过，配置重设定进程转入阶段③，PC机向仪器发送“读数据正确”信号直到阶段③结束，以确保仪器收到此信息。否则，进程将仍停留在此阶段，PC机重复发送“发原设置值”命令和接收数据包直到校验通过。由于应用了这样的通讯及进程控制，有效地克服了误码和双方进程的失步，大大提高了抗干扰能力。在阶段④和阶段⑤中也应用了类似的控制时序。
在阶段③，所有设置值被显示在PC机上，并可方便地对其反复修改。此时虽无数据传送，但PC机与仪器间仍保持通讯联系，以防进程失步。
2.3  通讯
由于在修改仪器配置时，相应数据需在PC机和仪器间传送，所以通讯是基础，其可靠性直接影响配置重设定的正确进行。为保证通讯的正确可靠，首先必须为双方定义一个相互一致的通讯协议，其中包括诸如通讯波特率、数据结构、命令、校验信息等的定义。其次，必须使要传送的数据包带有其特定的头部标志、长度以及校验信息，并且在每次数据传送完成后都对收到的数据进行严格的校验。此外，为提高抗干扰能力，确保仪器的系统配置及参数设定值修改无误，并克服通讯失步现象而进一步应用了进程控制：将整个配置重设定过程分为几个阶段，只有当前一阶段的通讯正确无误地完成后，双方的进程才会转入下一阶段，否则双方将不断重复本阶段的通讯。

 2.4  软件
设计了二个程序用于仪器的系统配置重设定。一个是为PC机编制的专用程序，另一个是为仪器编制的配置修改子程序。它们的程序流程图如图2及图3所示。

图2  PC机专用程序流程图       

      
图3  仪器的配置重设定子程序流程图

PC机专用程序主要用于和仪器的通讯，修改系统配置及参数设置值以及控制进程。它具有如下一些特点：① 自动搜索串口，如前所述。② 人－机界面友好，在运行过程中可给出多种提示信息：a显示通讯及进程状态。b在修改设置值时，对每一选中的参数项显示其可选值及意义，以帮助正确输入。参数值输入后，即对其进行校验，如为非法值则提示需重输。已修改的参数项可按要求被恢复为原值。此外，对那些未作修改的参数项也给出参数值未变的提示信息，以帮助了解参数修改情况。

图4  仪器控制程序流程图

    仪器的配置修改子程序主要用于和PC机通讯，发送与接收系统配置及参数设置值和更新存储器中相应内容。它被安排在仪器复位后进行系统自诊断的同时，由主程序调用，其流程如图4所示。
 3  结束语
随着微机技术的发展和对仪器测量精度及功能要求的不断提高，仪器采用微机控制并数字化，微型化是其发展方向。本方案为不带人―机对话部件的小型数字化仪器提供了一种进行系统配置重设定的简便方法，扩展了仪器的适用范围，使用更为灵活。
该系统已应用于对一种数字化集成传感器的配置重设定。经反复使用，其结果表明，它具有可靠性高、成本低及易于使用等特点。并且它虽是为小型数字化测量仪器设计，但也可在其他领域的此类小型微机控制设备中得到应用。