数控系统中PC与单片机通信的设计与实现

赵光磊

摘要：随着通信技术的快速发展，PC与单片机通信系统被广泛应用在数控领域，为切实提升实际生产质量及效率奠定了坚实技术基础。为充分发挥出数控系统中，PC与单片机设备应用期间的积极作用，需相关工作人员做好PC与单片机通信的设计工作，结合实际生产需求，对信号差错控制系统的结构进行不断优化，更好保障数控通信系统的运行稳定性与可靠性。

关键词：数控系统;PC;单片机;设计与实现

在数控系统PC与单片机通信设计期间，需建立起数控系统试验装置，借助PC机，将原代码转变为二进制通信数据，使数据能够准确传送到下位机。下位机内部主控芯片可精准接收二进制通信数据，以便更好实现数控系统通信高效稳定的运行目标。

1、数控系统PC与单片机通信设计的方案

数控系统PC与单片机通信主机运行需首先读取NC源代码，对代码修改后的文件进行监测，转变程序生成发送文件。从串口控制程序内发送的文件中读取数据，经过编码后，依照特定控制方式将数据发送到下位机。PC与下位机之间通过特定接口实现通信，从而到达简化系统结构，提升系统运行效率的目标。PC与单片机系统的运程程序主要分为以下三种：第一，自动运行程序。程序读取发送文件与下位机之间进行自动交互式通信[1];第二，单步运行程序。程序读取文件内数据，由用户手动发送数据，确保数据传输的精准性;第三，手动控制程序。用户直接通过按钮的方式触发特殊控制装置，以便更好控制电动机运行的特定方向。

PC与单片从机串口通信运行流程主要为：下位机经由串口装置对信息数据进行读取与数据校正，经过调用解释数据程序，将数据程内的串口数据依照相关协议装置翻译，存储到数据缓冲区的存储装置内部。待数控系统运行数据采集完毕后，对比数据的校验结果与被发送数据的内容是否存在偏差[2]。如数据内容相同的情况下，则表明传输的数据信息准确，允许程序向PC与单片机装置发送校验成功信息;如发现数据内容出现不一致的情况，则说明校验过程失败，数据采集或存储期间出现错误，需将数据特定程序重新更新到前缓冲区内，以便在缓冲区对备份数据进行最后校验。

由此可见，在数控系统PC与单片机通信设计过程中，上位机与下位机的配合密切，通信装置的运行形成一个严密的控制系统，使得PC与单片机数据传输质量与效率更高。

2、数控系统PC与单片机通信差错控制

2.1差错控制以及数据检验流程的优化

在原有PC与单片机差错控制中，主要采用前向纠错控制方式、反馈重发纠错控方式、混合纠错控制方式等。如数控系统PC与单片机通信装置采用自动控制或单步控制模式，应使用混合纠错方式;如数控系统PC与单片机通信装置采用手动控制模式，应使用前向纠错控制方式。

现阶段常见数据校验方式为奇偶监督码、行列监督码、循环监督码。针对PC与单片机通信系统设计与实现要求，需采用循环监督码，基于行业内部查询标准，对PC与单片机通信系统进行不断完善与优化。

2.2PC与单片通信系统下位机的校验

在数控系统PC与单片机设计期间，下位机运行效率可直接影响到数控系统通信装置的综合运行效益，需相关工作人员对下位机运行情况进行校验。具体而言，下位机运行荷载量较大，需在实际设计过程中以控制其内部运行负荷量为主，对下位机进行循环冗余校验[3]。具体来说，循环冗余校验主要就是对网络数据包或计算机文件产生的固定位数校验码的信道编码技术，肩负起检验数据传输或保存后可能出现的错误。将此种校验方式应用在下位机运行期间，需在程度存储区内建立一个数表，在数表内依次存储相应的校验值。在串口读入数据后，数表位置发生整体移动，以便将新接收的数据与循环冗余生成表中的指针相互对照，及时发现数据内部存在问题。待下位机数据发送完毕后，循环冗余系统的校验工作流程结束。在数表内会显示循环冗余校验工作的成功与否，在校验工作失败后，相关工作人员需要对下位机数据进行重新输入与分析，确保校验流程有效。

2.3PC与单片机通信系统上位机校验

在数据系统PC与单片机通信上位机设计过程中，相关工作人员也需注重上位机的循环冗余校验，结合相关查表法，提升校验结果的真实性与有效性。在上位机中使用循环冗余校验法，可以依照下位机的流程[4]。在上位机校验结束后，注重对校验结果的细致分析与判断，找寻出造成上位机校验不合格的问题与问题成因，对上位机结构、运行流程等进行不断优化与完善，确保所设计出的PC与单片机通信装置能够在保障数控系统平稳通信过程中发挥出重要作用。

3、数控系统PC与单片机串口通信设计

在数控系统PC与单片机串口通信运行过程中，需首先结合数控系统实际运行特征与运行需求，设计出一个科学有效的握手协议。在PC与单片机串口通信装置启动后，下位机向上位机发送相关就绪信号，上位机处于等待状态;在上位机受到下位机准备就绪的信号后，返回下位机进行确认，待下位机确认回复，才可打开PC与单片机串口通信装置，做出中断上位机管理指令。在上位机没有收到下位机发送的就绪信号时，不可向下位机发送任何数据;下位机没有受到确认信号的情况下，则需一直向设备发送就绪信号。此时串口中断没有被打开，上位机的命令无法被响应。

在PC与单片机串口通信被正常接通的情况下，上位机需依据此时运行的状态，及时预报系统实际情况，下位机针对接收到的数据判断数控系统通信状态以及需要触发的事件。因PC与单片机串口通信中下位机主要受到上位机的控制，在PC与单片机初始化串口通信设备的同时，需不停发送下位机就绪状态，确保得到上位機的回应。在上位机返回就绪信号后，下位机才可打开串口通信装置，进入准备运行的状态。

为确保所设计出的PC与单片机串口通信装置的运行质量、效益与预期目标相符，在设计完成之后，还需对串口通信装置进行测试，检测串口通信装置能否实现正常运行，运行的稳定性等。在串口通信测试中，主要经历主机串口测试、主、从机串口通信测试等流程。

4、总结

总而言之，在数控系统PC与单片机通信设计与实现过程中，需利用更加先进的NC代码串口通信模式，借助信道编码理论，构建高性能信道差别控制系统，实现PC与单片机串口稳定通信，使得单片机数据源得到充分的数控插补，数控系统生产质量与生产效率稳步提升。

参考文献：

[1]张文霞，张文清. 变电站线路事故跳闸远程报警装置的设计应用[J]. 农村电工，2019（10）：45-46.

[2]陈星旭. 基于云计算的汽车运行状态监测与故障预警系统的硬件开发平台[D].重庆交通大学，2018.

[3]王燕东. 基于嵌入式实时系统的步进电机协同运动控制系统设计与实现[D].河北工业大学，2016.

[4]干腾飞. 基于ARM的数控系统嵌入式运动控制器设计与开发[D].天津大学，2018.

（作者单位：河北远东通信系统工程有限公司）