前端機由帶RS -422接口的8031單片機系統組成，分別放在控制現場附近。通信控制器是插在IBM - PC/XT擴展槽上的帶8031單片機的接口板，為主機和前端機間的通信提供一個智能化通道。用戶只須通過主機向控制器發一條簡單的命令而無須知道通信的細節，就可以使前端機執行相應的動作。控制器每次發送或接收的數據是可變的，但不超過255字節。每次通信都要進行差錯檢測和差錯處理，以保證數據傳輸的準確性。主機IBM - PC／XT是命令的發起者和系統運行的控制者。

1．前端機

圖1- 27是前端機的結構框圖。它是一個帶RS - 422串行接口的51系列單片機系統。其輸入／輸出和A/D轉換的通道數是根據實際應用控制系統（如汽車自動檢測線）的需要而配置的，與通信無關。圖1- 28給出了串行接口原理圖。每個前端機和通信控制器的接口均用MC3486和MC3487作差分驅動和接收。串行總線由一對雙絞線DATA+和DATA-組成。雙絞線的末端有提升電阻，使線路在空閑時處于邏輯1狀態。當發送邏輯o（TxD=O）時，線路處于0狀態。這種差分驅動和接收總線在電氣特性上符合RS - 422標準，比起RS - 232，這樣的單端驅動總線具有抗干擾能力強，數據傳輸率高，距離遠等優點。

2．通信控制器

控制器的結構框圖如圖1- 29所示，8031通過串行接口和并行接口分別和各前端機以及主機交換數據。并行接口的原理圖見圖1- 30，控制器和IBM - PC/XT間的數據交換是以查詢的方式實現的。8255A工作于A口方式2（雙向總線I/O），控制器向IBM - PC／XT輸出數據時，首先WR信號有效將數據寫到A口，這使得PC7（ OBFA）一O（初始狀態OBFA =1）；IBM - PC/XT通過讀8212Ⅲ的狀態得知OBFA=O后，再讀8212 I即可將A口數據讀入；與此同時，8212 I的INT信號使OBFA恢復到初始狀態。IBM - PC/XT向控制器送數據時，用輸出命令將數據寫入8212Ⅱ；同時8212Ⅱ的INT信號有效，使PC4（ STBA）產生一個選通信號；該信號將PC5（IBFA）置為有效（即IBFA =1，初始狀態IBFA=0），8031讀8255A的C口狀態得知IBFA =1．再讀A口即可將數據讀入控制器。并行口地址采用部分譯碼，8212 I和8212Ⅱ的地址是02EOH；8212Ⅲ的地址是02EIH。

通信協議

1．幀格式

幀是一次發送或接收的數據。本系統有從控制器發送到前端機的命令幀和前端機發送到控制器的命令響應幀。它們的格式如下：

命令幀：前端機地址，前端機地址，數據長度，數據長度，命令字段，數據，……，數據，校驗字1，校驗字2。

響應幀：狀態字段，數據，……，數據，校驗字1，校驗字2。

其中前端機地址（或稱站地址）是前端機的唯一標識符；命令字段是要求前端機執行的操作；狀態字段指示命令的執行情況；數據長度用一字節（B）表示，因此幀的長度不能大于255 B。

2．差錯檢測

對命令幀，前端機地址和數據長度各自重復發送兩字節。前端機根據兩字節是否一致，判斷地址和數據長度字節在傳輸過程中是否出錯。命令字和所有數據字節用CRC - 16多項式檢錯法檢錯。前端機通過計算得出兩字節的校驗字，并與命令幀最后兩字節校驗字相比較，判斷數據傳輸是否有錯。命令響應幀也采用同樣的CRC - 16多項式檢驗法檢錯。實踐證明，這種檢錯法既可以有效地檢查出傳輸差錯，又可以保證較低的數據冗余度。由于單片機缺少CRC檢錯的硬件，所以采用軟件算法，所得的兩字節校驗字作為幀的最后兩字節發送。

3．差錯處理

可能有兩種差錯：幀受到損傷；或者完全丟失。系統規定，控制器每發送一幀，前端機僅當數據被正確接收時，才會發送一個響應幀。如果一個受損幀到達前端機，就會被丟棄，過一段時間后．控制器會因為超時而把原幀重發一次，直到該幀最終完好無損地到達為止。幀在從控制器到前端機的過程中丟失，也會因為收不到響應幀而超時，使原幀重發。

一種特殊情況是：

①控制器發一幀報文到前端機，該報文被前端機正確地接收并回送一響應幀。

②該響應幀在從前端機到控制器的過程中完全丟失或受損。

③控制器最終超時，由于沒有收到正確的響應幀，它就會不正確地假定：發出的報文已經丟失或受損，并把該幀重發一次。

④該重復幀也完好無損地到達前端機，于是前端機收到重復的兩幀。如果該幀要求前端機產生一個動作，則它會動作兩次，這顯然是不允許的。

為了避免這種情況的發生，命令字段的最高位設成序列編號。控制器每發一幀都加一個序列編號。新幀的序列編號總和前一幀的序列編號不同，重復幀的序列編號和前一幀的序列編號相同。前端機利用該編號判斷是新幀，還是要丟棄的重復幀。當一個重復幀到達時，前端機拒絕接受，但重發上一次的響應幀。

本系統超時時間的長短是動態的。它與幀長度成正比，和傳輸速度成反比。這種方法比超時時間固定的方法具有更高的通信效率。

4．遠程存取控制

遠程存取控制（ RAC）是一組高層命令，IBM - PC/XT可以根據這組高層命令的格式，在內存中組織一段報文送到控制器。控制器根據報文向前端機發送一個命令幀，然后根據響應幀將命令的執行情況報告IBM - PC/XT。

軟件設計

1．通信控制器程序

通信控制器的程序流程圖如圖1- 31所示。其中初始化包括：①設定不高于100 kb的波特率；②設定超時計算用的To中斷為最高級中斷；③設定SP堆棧寄存器的值為30H；④初始化8255A使A口工作于方式2。從IBM接收一幀報文，將前端機不能通信的信息報告IBM．將前端機序列編號出錯信息報告IBM及向IBM發響應報文，均是以查詢方式與IBM - PC/XT交換數據的程序模塊；發送子程序和接收響應幀子程序為滿足通信協議的通信程序模塊。限于篇幅，不再詳述。程序的長度約2.4 KB。

2．前端機通信子程序

該程序是長為1.1 KB的串行口中斷子程序，包括接收命令、執行命令、發響應幀三個滿足通信協議的程序模塊。限于篇幅，其詳細的程序流程圖在此從略。命令送到前端機后何時開始執行命令，取決于主程序對串行口中斷級別的設定和主程序當時正在執行什么操作。若把串行口中斷設為高級中斷而其他中斷設為低級中斷，則收到命令后立即執行命令。通信子程序占用的資源包括串行中斷口、2 KB RAM中開始的300個存儲單元、128個內存字節中地址從30H～3FH的存儲單元和定時器Tl。

3．IBM - PC/XT遠程存取控制命令的組織和調用

IBM - PC/XT要前端機執行一條如表1- 14所列的命令只須向控制器發一段報文。報文的格式是：命令長度，前端機地址，命令值（見表1-14），數據，……，數據。例如復位1號前端機的報文是02H，OIH，OOH;讀2號前端機外存8000H單元值的報文是04H，02H，18H，80H，OOH。

發送完報文后，根據IBM - PC/XT接收控制器發來的響應報文（包括狀態字段、命令執行結果），即可得知命令的執行情況。

本系統已應用于汽車性能自動檢測等集散式控制系統中。理論和實踐都證明，在1 km范圍內數據傳輸率可達100 kb/s，而且可靠性很好。應用于一般工業控制系統，其性能價格比是較高的；但由于缺乏總線裁決和碰撞檢測等軟件與硬件，前端機不能主動向主機或其他前端機發起通信。增加這些軟硬件，便可構成實時性更強的分布式控制系統。