【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 74LS154行驅(qū)動(dòng)模塊第四章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)代化的生產(chǎn)對(duì)智能化的要求越來(lái)越高，如何迅速獲取現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)以便及時(shí)對(duì)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行調(diào)控，是其關(guān)鍵所在。現(xiàn)在大量的智能儀器或數(shù)據(jù)采集模塊都采用了RS—232或485通訊接口，通過(guò)相應(yīng)的通訊協(xié)議，將測(cè)試、采集的數(shù)據(jù)傳輸給上位機(jī)，以滿足各種形式的數(shù)據(jù)處理的要。VisualBasic6．0(以下簡(jiǎn)VB)是許多工程技術(shù)人員熟悉和常用的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)軟件，VB以其簡(jiǎn)單易學(xué)、32位面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)等特點(diǎn)，倍受廣大計(jì)算機(jī)開(kāi)發(fā)者的青睞，已廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域；如何用VB編寫(xiě)數(shù)據(jù)通訊程序，并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，意義重大。 用VB開(kāi)發(fā)串口通訊一般有兩種方法：一是采用VB自身的標(biāo)準(zhǔn)控件MSComm來(lái)實(shí)現(xiàn)；另一種是利用windows的通訊API函數(shù)。在單片機(jī)系統(tǒng)中，硬件是系統(tǒng)的基礎(chǔ)，軟件則是在硬件的基礎(chǔ)上對(duì)其合理的調(diào)配和使用，從而完成應(yīng)用系統(tǒng)所要完成的任務(wù)。軟件的設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)的應(yīng)用程序。其任務(wù)是在總體設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，確定程序結(jié)構(gòu)，分配內(nèi)RAM資源，劃分功能模塊，然后進(jìn)行主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)，最后連接起來(lái)成為一個(gè)完整的應(yīng)用程序。在進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，曾經(jīng)規(guī)劃過(guò)軟件結(jié)構(gòu)，但由于硬件系統(tǒng)尚未仔細(xì)確定，軟件結(jié)構(gòu)框圖十分粗糙，當(dāng)硬件設(shè)計(jì)接口擴(kuò)展及各功能模塊與CPU連接關(guān)系確定后，就能夠具體明確對(duì)軟件設(shè)計(jì)的要求。本設(shè)計(jì)的LED顯示屏軟件的主要功能是向屏體提供顯示數(shù)據(jù)，并產(chǎn)生各種控制信號(hào)，使屏幕按設(shè)計(jì)的要求顯示。根據(jù)軟件分層次設(shè)計(jì)的原理，可把顯示屏的軟件系統(tǒng)分成兩大層：第一層是底層的顯示驅(qū)動(dòng)程序，第二層是上層的系統(tǒng)應(yīng)用程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序負(fù)責(zé)向屏體送顯示數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)產(chǎn)生行掃描信號(hào)和其它控制信號(hào)，配合完成LED顯示屏的掃描顯示工作。顯示驅(qū)動(dòng)程序由定時(shí)器T0中斷程序?qū)崿F(xiàn)。系統(tǒng)應(yīng)用程序完成系統(tǒng)環(huán)境設(shè)置（初始化）、顯示效果處理等工作，由主程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。從有利于實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言的直觀，易于記憶和檢查，可讀性較好和使語(yǔ)言程序占用較少的單片機(jī)存儲(chǔ)空間，實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)可以快速的執(zhí)行指令的角度考慮，本設(shè)計(jì)中顯示屏程序采用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)。 使用C 語(yǔ)言肯定要使用到C 編譯器，以便把寫(xiě)好的C 程序編譯為機(jī)器碼，這樣單片機(jī)才能執(zhí)行編寫(xiě)好的程序。 KEIL uVISION3 是眾多單片機(jī)應(yīng)用開(kāi)發(fā)軟件中優(yōu)秀的軟件之一，它支持眾多不同公司的MCS51 架構(gòu)的芯片，它集編輯，編譯，仿真等于一體，同時(shí)還支持， PLM，匯編和C 語(yǔ)言的程序設(shè)計(jì)，它的界面和常用的微軟VC++的界面相似，界面友好，易學(xué)易用，在調(diào)試程序，軟件仿真方面也有很強(qiáng)大的功能。 軟件的選擇 方案一：采用匯編語(yǔ)言編程，由于匯編語(yǔ)言是比較低層的開(kāi)發(fā)語(yǔ)言，它要求開(kāi)發(fā)者非常熟悉單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu)，存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)等等。加上匯編語(yǔ)言可讀性差，一般人是很難看懂的。還有也是比較致命的一點(diǎn)，可移植性比較差，所以使用匯編語(yǔ)言編程將需要大量的時(shí)間用于軟件的編寫(xiě)和調(diào)試。 方案二：采用C語(yǔ)言編程，它不要求開(kāi)發(fā)者深入了解單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)，編譯器自動(dòng)完成變量的存儲(chǔ)單元的分配，可讀性比較好，可移植性強(qiáng)，這是C語(yǔ)言最大的優(yōu)勢(shì)。而且現(xiàn)在很多編譯器都能很好的支持C語(yǔ)言的編譯和調(diào)試?；谝陨戏治觯覀儧Q定采用方案二。 方案一：采用網(wǎng)上下載的上位機(jī)控制傳輸軟件，由于他人制作的上位機(jī)軟件具有局限性，功能也達(dá)不到自己的要求，用起來(lái)也不方便。不能很好的體現(xiàn)系統(tǒng)的功能。 方案二：采用自己編寫(xiě)的上位機(jī)軟件，不僅功能上可以滿足系統(tǒng)控制需要，并且通信協(xié)議可以自己給定，能更好的完成信息的交換。 基于以上分析，我們決定采用方案二。系統(tǒng)主程序的總體結(jié)構(gòu)如圖41所示。系統(tǒng)的主程序開(kāi)始以后，首先是對(duì)系統(tǒng)環(huán)境初始化，包括設(shè)置串口、定時(shí)器、中斷和端口；然后LED顯示屏進(jìn)入開(kāi)機(jī)狀態(tài)，轉(zhuǎn)入正常的顯示。首先是向上滾動(dòng)顯示“單片機(jī)是工業(yè)中最基本的應(yīng)用方式”15個(gè)漢字，；接著再向上滾動(dòng)顯示“我愛(ài)單片機(jī)”這5個(gè)漢字。由于單片機(jī)沒(méi)有停機(jī)指令，所以可以設(shè)置系統(tǒng)程序不斷地循環(huán)執(zhí)行上述顯示效果。系統(tǒng)程序結(jié)構(gòu)屬中斷方式，絕大多數(shù)功能在中斷服務(wù)子程序中完成。根據(jù)總體結(jié)構(gòu)，可將程序劃分為幾個(gè)功能化模塊：串行口中斷服務(wù)程序、多字滾動(dòng)顯示子程序、單字顯示子程序、掃描程序。各個(gè)模塊可進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)、調(diào)試和查錯(cuò)，最終再連接成一個(gè)整體。這樣可方便程序調(diào)用，程序整體層次清晰，結(jié)構(gòu)一目了然，方便閱讀。圖42為顯示驅(qū)動(dòng)程序（顯示屏掃描函數(shù)）流程圖。根據(jù)流程圖可以編寫(xiě)出相應(yīng)的顯示程序。顯示驅(qū)動(dòng)程序在進(jìn)入中斷后首先要對(duì)定時(shí)器T0重新賦初值，以保證顯示屏刷新率的穩(wěn)定，1/16掃描顯示屏的刷新率（幀頻）計(jì)算公式如下：刷新率（幀頻）=T0溢出率 =其中f為晶振頻率，t為定時(shí)器T0初值（工作在16位定時(shí)器模式）。T0初值=2－其中N與工作方式有關(guān)，本設(shè)計(jì)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式1，如圖43所示，方式1構(gòu)成一個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器，即N=16。方式1最大計(jì)數(shù)值為216=65536 ，若fosc=12MHz，則定時(shí)時(shí)間范圍為1～65536μs。機(jī)周時(shí)間與主振頻率有關(guān)，機(jī)器周期是時(shí)鐘周期的12倍，因此，機(jī)周時(shí)間=12/ fosc。當(dāng)fosc=12MHz時(shí)，1機(jī)周=1μs。 圖43 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0工作方式1邏輯電路結(jié)構(gòu)圖 然后顯示驅(qū)動(dòng)程序查詢當(dāng)前燃亮的行號(hào)，從顯示緩存區(qū)內(nèi)讀取下一行的顯示數(shù)據(jù)，并通過(guò)串口發(fā)送給移位寄存器。為消除在切換行顯示數(shù)據(jù)的時(shí)候產(chǎn)生拖尾現(xiàn)象，驅(qū)動(dòng)程序先要關(guān)閉顯示屏，即消隱，等顯示數(shù)據(jù)打入輸出鎖存器并鎖存，然后再輸出新的行號(hào)，重新打開(kāi)顯示。顯示程序給出了各控制信號(hào)和顯示數(shù)據(jù)，其作用及相互配合關(guān)系均已在硬件部分作過(guò)介紹，相應(yīng)的程序部分在清單的注釋區(qū)內(nèi)分別進(jìn)行了說(shuō)明，在此不再一一詳述。1串口的定義串口是計(jì)算機(jī)上一種非常通用設(shè)備通信的協(xié)議。大多數(shù)計(jì)算機(jī)包含兩個(gè)基于RS232的串口。串口同時(shí)也是儀器儀表設(shè)備通用的通信協(xié)議；很多GPIB兼容的設(shè)備也帶有RS—232口。同時(shí)，串口通信協(xié)議可以用于獲取遠(yuǎn)程采集設(shè)備的數(shù)據(jù)。 串口通信（Serial Communications）的概念非常簡(jiǎn)單，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)。它很簡(jiǎn)單并且能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。比如IEEE488定義并行通行狀態(tài)時(shí)，規(guī)定設(shè)備線總長(zhǎng)不得超過(guò)20米，并且任意兩個(gè)設(shè)備間的長(zhǎng)度不得超過(guò)2米；而對(duì)于串口而言，長(zhǎng)度可達(dá)1200米。典型地，串口用于ASCII碼字符的傳輸。通信使用3根線完成：①地線，②發(fā)送，③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)。其他線用于握手，但不是必須的。串口通信最重要的參數(shù)是波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。對(duì)于兩個(gè)進(jìn)行通信的端口，這些參數(shù)必須匹配。 a波特率：這是一個(gè)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)。例如300波特表示每秒鐘發(fā)送300個(gè)bit。當(dāng)我們提到時(shí)鐘周期時(shí)，我們就是指波特率例如如果協(xié)議需要4800波特率，那么時(shí)鐘是4800Hz。這意味著串口通信在數(shù)據(jù)線上的采樣率為4800Hz。通常電話線的波特率為14400，28800和36600。波特率可以遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于這些值，但是波特率和距離成反比。高波特率常常用于放置的很近的儀器間的通信，典型的例子就是GPIB設(shè)備的通信。 b數(shù)據(jù)位：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。如何設(shè)置取決于你想傳送的信息。比如，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(kāi)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，術(shù)語(yǔ)“包”指任何通信的情況。 c停止位：用于表示單個(gè)包的最后一位。典型的值為1。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)。適用于停止位的位數(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。 d奇偶校驗(yàn)位：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(méi)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)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位為1，這樣就有3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。RS232（ANSI/EIA232標(biāo)準(zhǔn)）是IBMPC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem，同時(shí)也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動(dòng)和連線的改進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用中RS232的傳輸長(zhǎng)度或者速度常常超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的值。RS232只限于PC串口和設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS232串口通信最遠(yuǎn)距離是50英尺。 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(méi)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)有偶個(gè)或者奇?zhèn)€邏輯高位。例如，如果數(shù)據(jù)是011，那么對(duì)于偶校驗(yàn)，校驗(yàn)位為0，保證邏輯高的位數(shù)是偶數(shù)個(gè)。如果是奇校驗(yàn)，校驗(yàn)位位1，這樣就有3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。 RS232（ANSI/EIA232標(biāo)準(zhǔn)）是IBMPC及其兼容機(jī)上的串行連接標(biāo)準(zhǔn)?？捎糜谠S多用途，比如連接鼠標(biāo)、打印機(jī)或者M(jìn)odem，同時(shí)也可以接工業(yè)儀器儀表。用于驅(qū)動(dòng)和連線的改進(jìn)，實(shí)際應(yīng)用中RS232的傳輸長(zhǎng)度或者速度常常超過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的值。RS232只限于PC串口和設(shè)備間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信。RS232串口通信最遠(yuǎn)距離是50英尺。 主要任務(wù)是負(fù)責(zé)接收上位機(jī)控制命令和數(shù)據(jù)，同時(shí)也負(fù)責(zé)對(duì)單片機(jī)信息采集通過(guò)串口返回給上位機(jī)。本系統(tǒng)采用了MAX232電平轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)了上位機(jī)的通信難題，MAX232具有短距離傳輸穩(wěn)定行好的功能。MAX232是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口RS232電平是10V +10V，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0 +5V，MAX232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2個(gè)驅(qū)動(dòng)器、2個(gè)接收器和一個(gè)電壓發(fā)生電路提供TIA/EIA232F電平。在多數(shù)情況下主要使用主通道，對(duì)于一般雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，如一條發(fā)送線、一條接收線及一條地線。 MAX232是標(biāo)準(zhǔn)的串口通信接口，對(duì)于一般的雙向通訊，只需要使用串行輸入口RXD(第12腳)、串行輸出TXD(第11腳)和地線（第10腳）。 串行通訊的方式有異步通訊和同步通訊方式，這里簡(jiǎn)單介紹異步通信方式：異步通訊用一個(gè)起始位表示字符的開(kāi)始，用停止位表示字符的結(jié)束。其每幀的格式如下： 在一幀格式中，先是一個(gè)起始位0，然后是8個(gè)數(shù)據(jù)位，規(guī)定低位在前，高位在后，接下來(lái)是奇偶校驗(yàn)位（可以省略），最后是停止位1。用這種格式表示字符，則字符可以一個(gè)接一個(gè)地傳送。一、上位機(jī)對(duì)單片機(jī)的通信協(xié)議上位機(jī)與主機(jī)的通信采用標(biāo)準(zhǔn)的RS232通信，我們?cè)O(shè)置波特率為9600b/s，一位停止位，一位起始位，無(wú)校驗(yàn)位等作為RS232協(xié)議。上位機(jī)通信數(shù)據(jù)幀格式，上位機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)之間先發(fā)送命令字，如“設(shè)置時(shí)間”就會(huì)在時(shí)間前加上命令“ST”，在6位時(shí)間數(shù)據(jù)后面加上‘\n’，表示一幀數(shù)據(jù)信息發(fā)送結(jié)束, 命令和數(shù)據(jù)之間有空格，這在命令解析中很重要。單片機(jī)收到上位機(jī)發(fā)過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，首先存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，直到收到‘\n’，將處理收到的數(shù)據(jù)，然后解析命令字，根據(jù)命令字調(diào)用相關(guān)處理函數(shù)。其他命令的處理基本類似，只是各命令都有自己獨(dú)立的處理函數(shù)和不同的命令字。 圖410 單片機(jī)接收命令流程圖 圖411 上位機(jī)接收信息流程圖二、單片機(jī)對(duì)上位機(jī)的通信協(xié)議單片機(jī)對(duì)上位機(jī)的通信主要是要發(fā)送實(shí)時(shí)時(shí)間，日期，星期，溫度等，以完成在上位機(jī)相應(yīng)的顯示。單片機(jī)對(duì)上位機(jī)通信協(xié)議，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前會(huì)添加標(biāo)示符，如時(shí)間數(shù)據(jù)的話用‘T’做標(biāo)示符，在數(shù)據(jù)后加上‘\n’,表示數(shù)據(jù)信息