【软件开发】上位机 & 下位机概念

上位机 & 下位机

"上位机"和"下位机"是嵌入式系统和工业控制系统中常见的一组术语,用于描述系统中控制层级关系通信模式


上位机(Host / PC / Master)

定义

上位机通常指运行在 PC、工控机或服务器上的应用程序,用于控制、监视、配置或管理下位机。

典型特征

  • 一般计算能力强(如 Windows/Linux 系统)
  • UI 友好,常有图形界面(如 Qt、C#、Python 开发)
  • 负责下发控制命令、参数设置,采集数据
  • 与多个下位机通信(串口、USB、CAN、Modbus、Ethernet 等)

常见开发语言/平台

  • C#/WPF
  • Python(PyQt、Tkinter)
  • C++(Qt)
  • LabVIEW、MATLAB

下位机(Slave / Device / MCU)

定义

下位机通常指运行在嵌入式芯片(如 STM32、ESP32、51 单片机等)上的程序,主要负责执行上位机的控制命令,采集传感器数据等。

典型特征

  • 资源受限(如 Flash、RAM 小)
  • 实时性强(使用 RTOS 或裸机)
  • 通常没有复杂 UI
  • 通过串口、CAN、SPI、I2C 等与上位机通信

常见开发平台

  • STM32CubeIDE / Keil / IAR
  • FreeRTOS / bare-metal
  • Arduino / ESP-IDF / Zephyr

上位机与下位机通信方式

方式 特点说明
串口(UART) 最常见,简单、低成本,点对点通信
USB 上位机作为 Host,下位机作为 Device
CAN 总线 适合多机通信,抗干扰能力强
Modbus 协议 工业控制常用协议(串口/以太网)
Ethernet/TCP 高速通信,适合传输大量数据
SPI/I2C 多用于芯片间短距离通信(主从结构)

举例

比如开发一个智能温控系统:

  • 下位机:STM32 单片机 + 传感器模块,定时采集温度数据,通过串口发送给上位机。
  • 上位机:PC 上运行的 C#/Qt 程序,读取数据、显示曲线图,设置目标温度阈值,通过串口发送控制命令给下位机。

常见使用场景

  • 工业自动化(PLC+上位机 SCADA)
  • 医疗设备(监控仪表、数据采集系统)
  • 智能硬件(物联网终端 + 配套上位机)
  • 机器人控制(控制台软件 + 嵌入式控制板)
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