【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与通信模式。

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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

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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

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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）

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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。

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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）