【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 上位機(jī)直接利用它的 RS232 串行口，為此，采用了 RS232 串行通信來(lái)接收或上傳數(shù)據(jù)和指令。但 RS232信號(hào)的電平和單片機(jī)串口信號(hào)的電平不一致，必須進(jìn)行二者之間的電平轉(zhuǎn)換。在此電路中，采用 MAX232 實(shí)現(xiàn) TTL邏輯電平和 RS232電平之間的相互轉(zhuǎn)換。 MAX232 由單一的 +5V電源供電，只需配接 5個(gè)高精度 10μF/50V的電容即可完成電平轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換后的串行信號(hào) TXD、 RXD直接與 PC 機(jī)的串行口 連接。如此設(shè)計(jì)，既可發(fā)揮出 PC機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算和顯示功能，又可以體現(xiàn)出單片機(jī)靈活的控制功能 ,有利于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)的實(shí)時(shí)采集、處理和監(jiān)控。 圖 9 藍(lán)牙軟件程序流程圖 圖 10 單片機(jī)與 PC 機(jī)通信原理框圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 7 頁(yè) 共 44 頁(yè) 軟件： VB 提供了串行端口控件 Msm 方便應(yīng)用程序?qū)崿F(xiàn)串行通訊，該控件屏蔽了通信過(guò)程中的底層操作，程序員應(yīng)用時(shí)只需設(shè)置、監(jiān)視 Msm 控件的屬性和事件即可完成對(duì)串行口的初始化和數(shù)據(jù)的輸入、輸出工作。匯編語(yǔ)言是一種執(zhí)行效率高、可讀性強(qiáng)的語(yǔ)言。為實(shí)現(xiàn)通訊正常， PC機(jī)與單片機(jī)約定如下 ： 波特率 ： 9600bps； 信息格式 ： 1 個(gè)起始位， 8 位數(shù)據(jù)位 ， 1 個(gè)停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)位 ； 串行口 操作模式 ： 標(biāo)準(zhǔn)異步串行通信 ， 串行口模式 1； 傳送方式 ： PC 機(jī)采用查詢方式接收數(shù)據(jù)，單片機(jī)采用中斷方式接收信息。 論證結(jié)果 無(wú)線藍(lán)牙： 優(yōu)點(diǎn)： 藍(lán)牙工作在全球開放的 ISM（即工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)）頻段 ； 使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，把頻帶分成若干個(gè)跳頻信道（ hop channel），在一次連接中，無(wú)線電收發(fā)器按一定的碼序列不斷地從一個(gè)信道 “ 跳 ” 到另一個(gè)信道 ； 一臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備可同時(shí)與其它七臺(tái)藍(lán)牙設(shè)備建立連接 ； 數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá) 1Mbit/s； 低功耗、通訊安全性好 ； 在有效范圍內(nèi)可越過(guò)障礙物進(jìn)行連接，沒有特別的 通訊視角和方向要求 ； 支持語(yǔ)音傳輸 ； 組網(wǎng)簡(jiǎn)單方便 ； 缺點(diǎn) ： 藍(lán)牙是一種還沒有完全成熟的技術(shù)，盡管前景誘人，但還有待于實(shí)際使用的嚴(yán)格檢驗(yàn) ，藍(lán)牙的通訊速率也不是很高，在當(dāng)今這個(gè)數(shù)據(jù)爆炸的時(shí)代，可能也會(huì)對(duì)它的發(fā)展有所影響 。 目前主流的軟件和硬件平臺(tái)均不提供對(duì)藍(lán)牙的支持，這使得藍(lán)牙的應(yīng)用成本升高，普及難度增大 ，再加上ISM 頻段是一個(gè)開放頻段，可能會(huì)受到諸如微波爐、無(wú)繩電話、科研儀器、工業(yè)或醫(yī)療設(shè)備的干擾 。串口通信： 優(yōu)點(diǎn)： 單片機(jī)具有體積小、價(jià)格低廉、可應(yīng)用于惡劣工業(yè)環(huán)境 ；系統(tǒng)硬件電路簡(jiǎn)單，通信協(xié)議容易掌握，易學(xué)實(shí)用； 缺 點(diǎn)：不適用于遠(yuǎn)距離傳輸，對(duì)電纜的損耗大，故而要對(duì)電纜進(jìn)行日常維護(hù)防止事故發(fā)生。 結(jié)論： 綜上所述，上位機(jī)下位機(jī)通信部分采用串口通信。 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)模塊圖 圖 11 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)模塊圖 系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介： 1. 接入電源，液晶屏顯示，第一行顯示“ JobID： ”，第二行顯示“ Sum： Time： ”； 2. 第一步的基礎(chǔ)上，按動(dòng)鍵盤“ *”鍵時(shí)： 液晶顯示屏第一行顯示“ JobID： _”，下?lián)Q線閃爍，提示可以輸入工號(hào)； 鍵盤電路顯示電路單片機(jī) MAX 232下位機(jī)上位機(jī)陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 8 頁(yè) 共 44 頁(yè) 3. 在第二步的基礎(chǔ)上，按動(dòng)鍵盤按鍵，輸入工號(hào)，工人工號(hào)隨機(jī)組 合，最后按“ ”鍵確認(rèn)，進(jìn)入計(jì)件環(huán)節(jié)。 4. 在第三步的基礎(chǔ)上，如果工人工號(hào)輸入錯(cuò)誤，可直接按“ *”鍵重新輸入，再確認(rèn)； 5. 在第四步的基礎(chǔ)上，輸入工號(hào)正確時(shí)： 液晶第一行顯示“ JobID： *********”，液晶第二行顯示“ Sum： 0000 Time： 00” ；此時(shí)開始計(jì)件； 6. 在第五步的基礎(chǔ)上，此后按動(dòng)代表計(jì)件的按鍵時(shí)： 液晶第二行“ Sum： 0000”的顯示內(nèi)容加 1； Sum增加值隨著按鍵次數(shù)增加，同時(shí)“ Time： 00”開始計(jì)算按鍵間隔時(shí)間； 7. 在第六步的基礎(chǔ)上，若此后沒有按鍵時(shí)： 液晶第二行“ Sum： ****”不再增 加，“ Time： 00”計(jì)數(shù)；若間斷時(shí)間超過(guò) 5s,蜂鳴器開始報(bào)警； 8. 在第七步的基礎(chǔ)上，若再次按動(dòng)計(jì)件按鍵時(shí) : 報(bào)警消除，同時(shí) Sum加 1；如果沒有按動(dòng)計(jì)件按鍵，報(bào)警持續(xù)，同時(shí) Time記錄報(bào)警時(shí)間； 9. 在第八步的基礎(chǔ)上，當(dāng)工人完成計(jì)件時(shí)： 再次按“ *”鍵，清除當(dāng)前數(shù)據(jù)，把數(shù)據(jù)傳到上位機(jī)顯示，下位工人可輸入工號(hào)，開始工作。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 9 頁(yè) 共 44 頁(yè) 3 單元電路工作原理 鍵盤掃描 本系統(tǒng)采用非編碼鍵盤， CPU必須對(duì)所有按鍵進(jìn)行監(jiān)視，一旦發(fā)現(xiàn)有鍵按下， CPU通過(guò)程序加以識(shí)別，并轉(zhuǎn)入相應(yīng)鍵的處理程序?qū)崿F(xiàn)該鍵被賦予的功 能。硬件結(jié)構(gòu)如圖 13所示： 1． 判斷是否有鍵按下 監(jiān)視鍵盤是否按下，就是 CPU 將 P1 口置“ 11111110”，如果第一行有鍵按下， P1 口高四位就不會(huì)再是原來(lái)的“ 1111”，此時(shí)只需檢測(cè) P1口高位四位的電平變化，就可完成第一行鍵盤掃描過(guò)程。因此，將“ 0xfe”、“ 0xfd”、“ 0xfb”、“ 0xf7”，賦給 P1口，在監(jiān)視 P1口高四位電平變化，就可完成鍵盤掃描過(guò)程。 2． 按鍵消抖 硬件消抖：使用鎖存器或者施密特觸發(fā)器整波。 軟件消抖：使用延時(shí)程序。 在按鍵時(shí)，被安鍵的簧片總會(huì)出現(xiàn)輕微抖動(dòng)的現(xiàn)象，此抖動(dòng)時(shí)間通常 會(huì)持續(xù) 10ms左右，因此 CPU 在按鍵抖動(dòng)期間，掃描鍵盤必然會(huì)得到錯(cuò)誤的行值和列值，最好的辦法是檢測(cè)有鍵按下時(shí)，延時(shí) 20ms 在進(jìn)行鍵值對(duì)比。 3． 讀取按鍵的行值和列值 若 CPU 發(fā)現(xiàn)有鍵按下，則需獲取按鍵的行值和列值。鍵值表如表 1 所示。 表 1 鍵值對(duì)照表（ 4*4 鍵盤） 行值 列值 按鍵 開關(guān)序號(hào) 行值 列值 按鍵 開關(guān)序號(hào) 0111 1110 7 S1 0111 1101 8 S5 0111 1011 9 S9 0111 0111 OFF S13 1011 1110 4 S2 0111 1101 5 S6 1011 1011 6 S10 1011 0111 WARN S14 1101 1110 1 S3 1101 1101 2 S7 1101 1011 3 S11 1101 0111 ＋ S15 1110 1110 ON/C S4 1110 1101 0 S8 1110 1011 S12 1110 0111 － S16 第一行鍵盤掃描程序流程如圖 14 所示，如果進(jìn)行全盤掃描，則需將“ 0xfe”、“ 0xfd”、“ 0xfb”、“ 0xf7”，賦給 P1口，在監(jiān) 視 P1口高四位電平變化；如果進(jìn)行部分掃描（有些行或者列按鍵不影響 液晶顯示）時(shí)，就可不必每行或者列都檢測(cè)，簡(jiǎn)化程序。 圖 13 鍵盤硬件電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 10 頁(yè) 共 44 頁(yè) 圖 14 第一行鍵盤掃描流程圖 液晶顯示 LCD1602 顯示原理：將液晶分子置于兩片導(dǎo)電玻璃之間，靠?jī)蓚€(gè)電極間電場(chǎng)驅(qū)動(dòng)，引起液晶分子扭曲向列的電場(chǎng)效應(yīng)，以控制光源透射或者遮蔽功能，在電源開關(guān)之間產(chǎn)生明暗而將影像顯示，如圖 15 所示。 圖 15 液晶顯示原理圖 本設(shè)計(jì)中只用液晶的寫操作，如圖 16所示，液晶寫數(shù)據(jù)（ rs=1）、寫命令（ rs=0）操作時(shí)序圖。 圖 16 液晶寫操作時(shí)序圖 寫命令指令用于液晶功能設(shè)置、清屏、顯示開關(guān)控制、輸入方式設(shè)置、數(shù)據(jù)寫入地址設(shè)置等。 開 始將 “ 0 x f e ” 送 P 1 口判 斷 P 1 口高 四 位 值 “ F ”返 回 主 程 序延 時(shí) 2 0 m s 消 抖判 斷 P 1 口高 四 位 值 “ F ”判 斷 鍵 值進(jìn) 入 鍵 處 理 程 序結(jié) 束YYNN陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 11 頁(yè) 共 44 頁(yè) 串口通信 本設(shè)計(jì)串口通信采用 RS232串口通信標(biāo)準(zhǔn)，不采用 TTL 邏輯電平，用以提高信號(hào)的抗干擾能力和增加傳輸距離。 串口按位（ bit）發(fā)送和接收字節(jié)。盡管比按字節(jié)（ byte）的并行通信慢，但是串口可以在使用一根線發(fā)送數(shù)據(jù)的同時(shí)用另一根線接收數(shù)據(jù)。 本設(shè)計(jì)采用 異步通信：串口通訊基本方式之一。 串口通信過(guò)程原理如圖 17 所示。 圖 17 串口發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)流程圖 串口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)：鍵碼值 按 ASCII 碼 進(jìn)入 SBUF 后，開始發(fā)送，將 SBUF 存入 左移移位寄存器 ，按照先發(fā)送低位再發(fā)送高位進(jìn)行順序傳送。 串口接收數(shù)據(jù)時(shí)：按照先接收低位后接收高位的順序進(jìn)入右移移位寄存器，一次接收完后之后，移位寄存器的值存入 SBUF，等待 CPU 使用。 典型地，串口用于 ASCII 碼字符的傳輸。通信使用 3 根線完成：地線，發(fā)送，接收。由于串口通信是異步的，端口能夠在一根線上發(fā)送數(shù)據(jù)同時(shí)在另一根線上接收數(shù)據(jù) ， 通信中兩個(gè)字符之間的時(shí)間間隔是不固定的，而在一個(gè)字符內(nèi)各位的時(shí)間間隔是固定的。 字符由起始位 (start bit)、數(shù)據(jù)位 (data bit)、奇偶校驗(yàn)位 (parity)和停止位 (stop bit)組成。 其他線用于握手，但是不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是 波特率 、 起始位、 數(shù)據(jù)位、停止位和 奇偶校驗(yàn) 。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通行的端口，這些參數(shù)必須匹配： ：對(duì)于數(shù)據(jù)傳輸，雙方 必須對(duì)數(shù)據(jù)定時(shí)采用使用相同的波特率 ，此為 衡量通信速度的參數(shù)。它表示每秒鐘傳送的 bit 的個(gè)數(shù)。我們提到 的 時(shí)鐘周期就是指波特率 ， 例如如果協(xié)議需要 9600 波特率，那么時(shí)鐘是 9600Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為9600Hz。波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置很近的儀器間的通信。 ： 由一位低電平表示一個(gè)字符的開始，接收方可用起始位使自己的接收時(shí)鐘與數(shù)據(jù)同步。 ：這是衡量通信中實(shí)際數(shù)據(jù)位的參數(shù)。當(dāng)計(jì)算機(jī)發(fā)送一個(gè)信息包，實(shí)際的數(shù)據(jù)不會(huì)是 8 位的，標(biāo)準(zhǔn)的值是 7 和 8 位。 例如 ，標(biāo)準(zhǔn)的 ASCII 碼是 0～ 127（ 7 位）。擴(kuò)展的ASCII 碼是 0～ 255（ 8 位）。如果數(shù)據(jù)使用簡(jiǎn)單的文本（標(biāo)準(zhǔn) ASCII 碼），那么每個(gè)數(shù)據(jù)包使用 7 位數(shù)據(jù)。每個(gè)包是指一個(gè)字節(jié)，包括開始 /停止位，數(shù)據(jù)位和奇偶校驗(yàn)位。由于實(shí)際數(shù)據(jù)位取決于通信協(xié)議的選取 （串口工作方式選擇） 。 ：用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為 1， 和 2 位。由于數(shù)據(jù)是在傳輸線上定時(shí)的，并且每一個(gè)設(shè)備有其自己的時(shí)鐘，很可能在通信中兩臺(tái)設(shè)備間出現(xiàn)了小小的不陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 12 頁(yè) 共 44 頁(yè) 同步。因此停止位不僅僅是表示傳輸?shù)慕Y(jié)束，并且提供計(jì)算機(jī)校正 時(shí)鐘同步 的機(jī)會(huì)。停止位的位數(shù)越多，不同時(shí)鐘同步的容忍程度越大，但是數(shù)據(jù)傳輸率同時(shí)也越慢。 ：在串口通信中一種簡(jiǎn)單的檢錯(cuò)方式。有四種檢錯(cuò)方式：偶、奇、高和低。當(dāng)然沒有校驗(yàn)位也是可以的。對(duì)于偶和奇校驗(yàn)的情況，串口會(huì)設(shè)置校驗(yàn)位（數(shù)據(jù)位后面的一位），用一個(gè)值確保傳輸?shù)臄?shù)據(jù)有偶 數(shù) 個(gè)或者奇 數(shù) 個(gè)邏輯高位。高位和低位不真正的檢查數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)單置位邏輯高或者邏輯低校驗(yàn)。這樣使得接收設(shè)備能夠知道一個(gè)位的狀態(tài)，有機(jī)會(huì) 判斷是否有噪聲干擾了通信或者是否傳輸和接收數(shù)據(jù)是否不同步。 串口工作方式有四種，本設(shè)計(jì)采用串口工作方式 1，一幀信息為 10 位。波特率設(shè)置 9600。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)論文 第 13 頁(yè) 共 44 頁(yè) 4 下位機(jī)電路實(shí)現(xiàn) 硬件仿真 18 所示： 軟件仿真硬件：用到了四行液晶顯示，操作相當(dāng)于兩個(gè) LCD1602，同時(shí)還用到了虛擬終端來(lái)觀測(cè)串口輸出數(shù)據(jù)是否正確， 4*4鍵盤中的等號(hào)相當(dāng)于井號(hào)輸入確認(rèn)鍵， 4*4 鍵盤中的除號(hào)相當(dāng)于關(guān)機(jī)鍵， 4*4 鍵盤中的乘號(hào)相當(dāng)于設(shè)備工作異常報(bào)警鍵。 多機(jī)串口通信過(guò)程：若要實(shí)現(xiàn)多機(jī)實(shí)時(shí)控制， PC 機(jī)向單片機(jī)發(fā)送地址， 各單片機(jī)檢查是否 PC機(jī)選擇的是自己，如果選擇自己，就將發(fā)送標(biāo)志位置“ 1”，匹配下位機(jī)發(fā)送完數(shù)據(jù)后，發(fā)送標(biāo)志位清零，這樣保證了一段時(shí)間間隔內(nèi) PC 機(jī)只與一個(gè)單片機(jī)進(jìn)行通信，可以防止接收到別的下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)造成數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤和混亂，而 PC 機(jī)需在短時(shí)間間隔內(nèi)，不停的循環(huán)發(fā)送所有下位機(jī)的地址，并為保證其 PC 機(jī)采樣過(guò)快，下位機(jī)還沒來(lái)