【導(dǎo)讀】力的體現(xiàn)，是社會文明進步的標志，是國家綜合實力的重要方面。隨著中華人民共和。身體健康狀況已經(jīng)成為當務(wù)之急。術(shù)溶為一體，技術(shù)含量高。在研究參考國內(nèi)外現(xiàn)有立定跳遠測距儀的基礎(chǔ)上，充分利用。起跳點，性能穩(wěn)定，精度較高。系統(tǒng)實用、緩沖性能和附著地面性能優(yōu)良。本文所論述的立定跳遠測距系統(tǒng)是以單片機AT89C51為核心部件的工作系統(tǒng)。者所跳距離的處理、運算，從而實現(xiàn)測量。同時，本文對單片機AT89C51與PC機之間進。行通訊、實施PC機控制的工作做了一定的研究和探討。

　　

【正文】 點對點通訊的研究。 所謂標準接口，就是明確定義 若干信號線，使接口電路標準化、通用化，借助串行通訊標準接口，不同類型的數(shù)據(jù)通信設(shè)備可以很容易實現(xiàn)它們之間的串行通訊連接。采用標準接口后，能很方便的把各種計算機、外部設(shè)備、測量儀器等有機的連接在一起，進行串行通訊。 目前最常用的串行通訊總線接口是美國電氣工業(yè)協(xié)會 (EIA)推薦的 RS232C和RS485/422/449/423標準總線接口，二者各具特點。 RS232C標準總線接口 [27] RS232C標準總線接口全稱是“使用二進制進行交換的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換設(shè)備和數(shù)據(jù)通信設(shè)備 (DEC)之間的接口”，它是 EIA于 1969年修訂的標準。 RS(Remended Standard是英文“推薦標準”的縮寫， 232為標準編號， C表示修改次數(shù)。 RS232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備 DTE與數(shù)據(jù)通信設(shè)備 DCE之間的物理接口標準。接口標準包括機械特性、功能特性和電氣特性等方面內(nèi)容。 (1)機械特性 RS232C總線標準規(guī)定使用 25針連接器，連接器的尺寸及每個插針的排列位置都有明確的定義。實際應(yīng)用中常使用 9針連接器替代 25針連接器。 (2)功能特性 RS232C接口的主要信號線的功能定義如表 。 (3)電氣特性 RS232C采用負邏輯電平，規(guī)定 DC(3V～ 15V)為邏輯“ 1”， DC(+3V～ +15V)為邏輯“ 0”， 3V～ +3V為過渡區(qū)，不做定義。 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 26 頁 共 51 頁 RS232C的邏輯電平與通常的 TTL和礬 DS電平不兼容，為了實現(xiàn)與 TTL或 MOS電路的連接，要外加電平轉(zhuǎn)換電路。 RS232C發(fā)送方和接收方之間的信號線采用多芯信號線，要求多芯信號線的總負載電容不能超過 2500pF。 通常 RS232C的傳輸距離為幾十米，傳輸速率小于 20Kbps。 表 RS232C標準接口主要引腳定義 [28] 插針序號 信號名稱 功能 信號方 向 1 PGND 保護接地 2（ 3） TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)（串行輸出） DTE→ DCE 3（ 2） RXD 接收數(shù)據(jù)（串行輸入） DTE← DCE 4（ 7） RTS 請求發(fā)送 DTE→ DCE 5（ 8） CTS 允許發(fā)送 DTE← DCE 6（ 6） DSR DCE就緒（數(shù)據(jù)建立就緒） DTE→ DCE 7（ 5） SGND 信號接地 8（ 1） DCD 載波檢測 DTE← DCE 20（ 4） DTR DTE就緒（數(shù)據(jù)終端準備就緒） DTE→ DCE 22（ 9） RI 振鈴指示 DTE← DCE (4)過 程特性 如果通信雙方均具備 RS232C接口，則二者可以直接連接，不必考慮電平轉(zhuǎn)換問題。 但是對于單片機與計算機通過 RS232C的連接，必須考慮電平轉(zhuǎn)換問題，因為89C51單片機不是標準 RS232C接口。 近程通信時 (通信距離≤ 15m)，可以不使用調(diào)制解調(diào)器。 RS一 232C接口適用于點對點通信方式的，主要特點 [10]： ①數(shù)據(jù)傳輸速率不超過 20Kbps； ②傳輸距離最好少于 15米； ③每個信號只有一根導(dǎo)線，兩個傳輸方向僅有一個信號地線； ④接口使用不平衡的發(fā)送器和接收器； 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 27 頁 共 51 頁 ⑤只適用于點對點通信，無法用 最少的信號線完成多點對多點的通信任務(wù)。 ⑥電氣上， RS232C的邏輯電平與 TTL電平及 MOS電平不兼容，因此與 TTL電路接口時必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換電路。 RS485標準總線接口 RS485用于半雙工的接口標準，其串行接口總線克服了 RS232C總線數(shù)據(jù)傳輸速率慢和傳送距離短的缺點。 RS485是一種多發(fā)送器標準，在通信線路上可以使用32對差分驅(qū)動器 /接受器。 RS485的信號傳輸采用兩線間的電壓來表示邏輯 1和邏輯 0。由于發(fā)送方需要兩根傳輸線，接收方也需要兩根傳輸線。傳輸線采用差動信道，所以它的干擾抑 鋁 4性極好，又因為它的阻抗低，無接地問題，所以傳輸距離可以達到 1200m，傳輸速率可達 1Mbps。 RS485是一點對多點的通信接口，一般采用雙絞線結(jié)構(gòu)。普通的 PC機一般不帶RS485接口，因此要使用 RS232C/RS485轉(zhuǎn)換器。對于單片機可以通過芯片 MAX485來完成 TTL/RS485的電平轉(zhuǎn)換。 RS485接口標準的主要特點： ①傳輸速率可達 1Mbps； ②傳輸速率為 9600bps時傳輸距離可達 1． 2km以上； ③采用差分電路實施傳輸，抗干擾能力強，傳送距離遠； ④只用普通雙絞線即可，同一 對雙絞線上可以掛接多至 256個以上的終端。 ⑤電氣上， RS485方式采用差分信號，與 5l系列單片機的串行口 TTL電平方式無法直接相連，中間須通過轉(zhuǎn)換電路實現(xiàn)。 該立定跳遠測距系統(tǒng)實際情況 ①現(xiàn)場通訊距離很短； ②通訊速率無需很高； ③點對點通訊； ④現(xiàn)場室內(nèi)環(huán)境優(yōu)良，干擾很少； ⑤ PC機的串行口為 RS232C標準，可以直接與標準 RS一 232C串行線連接；若采用 RS485總線，則需要增加 485/232轉(zhuǎn)換器，這樣就增加了成本。 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 28 頁 共 51 頁 比較 RS232C和 RS485的優(yōu)缺點，及結(jié)合立定跳遠測距系統(tǒng)實際，本論文 采用RS232C標準接口。 RS232C 電平與 TTL 電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動電路及 MAX232 芯片 89C51單片機串行口與 PC機的 RS232C接口不能直接對接，必須進行電平轉(zhuǎn)換。常見的 TTL到 RS232C的電平轉(zhuǎn)換器有 MCl48 MCl489和 MAX232等芯片。 MCl488輸入為 TTL電平，輸出為 RS232C電平； MCl489輸入為 RS232C電平，輸出為 TTL電平。MCl488的供電電壓為177。 12V， MCl489的供電電壓為 +5V[29]。 現(xiàn)在出現(xiàn)了許多的自升壓電平轉(zhuǎn)換電路。其芯片體積更 小，連接簡便，而且抗靜電能力強。其原理類似，并可替代。其主要功能是在 +5V電源下，有 TTL信號輸入到 RS232C輸出的功能，也有 RS232C信號輸入到 TTL輸出的功能。如 RS232C雙工發(fā)送器 /接收器接口電路 MAX232，它能滿足 RS232C的電氣規(guī)范。 MAX232芯片是 MAXIM公司生產(chǎn)的、片內(nèi)有兩個發(fā)送器和兩個接收器，適于各種232通信接口。 MAX232芯片內(nèi)部有一個電源電壓變換器，可以把輸入的 +5V電源變換成為 RS232輸出電平所需的177。 lOV電壓。該芯片與 TTL/CMOS電平兼容。所以，采 用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需單一的 +5V電源就可以了。對于沒有177。 12V電源的場合，其適應(yīng)性更強。加之其價格適中，硬件接口簡單，所以被廣泛采用。 圖 串口通信接口電路 其電路原理如圖 ，在與單片機連接時接線非常簡單 (RXD和 TXD分別接單片機的 RXD和 TXD)。電容 C1+、 C2+、 C C2及 V+、 V是電源變換部分。在實際應(yīng)用中，器件對電源噪聲很敏感。因此， VCC須對地加去耦電容， C C7其值為 。清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 29 頁 共 51 頁 電容 C C C C8都選用電解電容， C C8電容值為 ， 可以提高抗干擾能力。連接時電容必須盡量靠近器件，注意極性。其它引腳為發(fā)送和接收部分。 根據(jù)實際需要，在立定跳遠測距系統(tǒng)的設(shè)計中，電路板上特意留出了與 PC機通訊的傳輸接口插座。立定跳遠測距系統(tǒng)測得的數(shù)值數(shù)字量從單片機串行口，通過RS232總線標準接口和標準串行通訊線傳輸?shù)?PC機，通過 PC機來顯示；同時， PC機也可以通過這個傳輸過程把控制信號送到立定跳遠測距系統(tǒng)的單片機中，由更加智能化、可視化的 PC機來控制立定跳遠測距系統(tǒng)的工作。單片機與 PC機的簡易通訊框圖如 。 圖 PC與單片機串口通信 線路 通過上述工作，極大的提高了控制器的智能化，升級了產(chǎn)品控制水平，具有更強的商業(yè)適應(yīng)性。 本章小結(jié) 本章是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心部分，整個電路以單片機為核心，主要包括紅外線發(fā)射電路和紅外線接收電路兩部分。發(fā)射部分主要使用了 38譯碼器 138芯片來實現(xiàn)單片機對發(fā)光二極管的控制，接收電路主要使用 4051八路選擇開關(guān)實現(xiàn)單片機對光敏二極管的控制。另外，還進行了信號處理電路、電源電路、看門狗電路、串口通信接口電路的設(shè)計。 清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 30 頁 共 51 頁 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計 硬件電路設(shè)計完成之后，系統(tǒng)的主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件來實 現(xiàn)。系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ?，除了硬件的合理設(shè)計外，與功能完善的軟件設(shè)計是分不開的。本章將詳細闡述立定跳遠測距儀系統(tǒng)所需實現(xiàn)的功能、主要軟件功能及算法的實現(xiàn)、監(jiān)控軟件的設(shè)計方案及具體實現(xiàn)方法。 軟件設(shè)計概述 硬件電路設(shè)計完成后，系統(tǒng)的主要功能將依賴于系統(tǒng)軟件來實現(xiàn)。系統(tǒng)能否正?？煽康毓ぷ鳎詣踊潭鹊母叩?，智能實施控制的能力大小，除了硬件的合理設(shè)計外，很大程度上取決于功能完善、算法先進的軟件設(shè)計。程序的編制過程需要不斷地修改、調(diào)試、完善，因此結(jié)構(gòu)化好，可讀性強的編程風格，有助于縮短開發(fā)周期，同時便于日 后的維護和改進。作為程序設(shè)計人員，要對軟件的編制特點有深刻的理解。單片機的程序設(shè)計有其自身的特點。首先，單片機系統(tǒng)的系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序密不可分，系統(tǒng)程序與應(yīng)用程序必須綜合考慮；其次在單片機系統(tǒng)中，硬件與軟件緊密結(jié)合，軟件直接操作硬件，硬件電路的設(shè)計不具有通用性，必須根據(jù)具體的硬件設(shè)計對應(yīng)的軟件。硬件設(shè)計的優(yōu)劣直接影響到軟件設(shè)計的難易和質(zhì)量，軟件設(shè)計的水平又直接影響硬件功能的發(fā)揮。同時，很多時候軟件可以替代硬件的功能，當然，需要付出額外占用 CPU時間的代價。原則上，只要軟件能做到的，就不用硬件。硬件多了，不但 增加成本，而且使系統(tǒng)出故障的機會也增加了。單片機的內(nèi)存不像 PC機內(nèi)存那樣大，可以任由程序員發(fā)揮自己的能力。單片機的內(nèi)存很小，其中每一字節(jié)，甚至每一位都必須合理安排。這樣，對一個算法的實現(xiàn)，要求程序更緊湊，更精致 [30]。 在程序設(shè)計時，往往存在著時間與空間的矛盾體。在一些程序編譯器中，有著時間優(yōu)化和空間優(yōu)化的選項，但時間優(yōu)化與空間優(yōu)化不能同時存在。這些編譯器在處理這些優(yōu)化時實際是在采用時間換取空間或者空間換取時間的策略。在設(shè)計程序時，可以采取這樣的策略提高系統(tǒng)的性能。比如，目前程序存儲器的容量已不是設(shè)計的關(guān) 鍵因素，可以利用存儲器的空間實現(xiàn)程序響應(yīng)速度的加快。 單片機的應(yīng)用一般都是在工業(yè)現(xiàn)場，其環(huán)境多惡劣。因此，除了在硬件上提高清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 31 頁 共 51 頁 抗干擾能力外，軟件的抗干擾能力，容錯能力也必須強。 除了以上所述單片機編程的一些特點外，也同樣有一般軟件的共同特點。首先，應(yīng)采用合理、正確的算法，以合理的資源耗費實現(xiàn)預(yù)定的功能；其次，軟件應(yīng)有較好的模塊化，可讀性強，可維護性好 [31]。 軟件設(shè)計可按如下步驟進行： ①分析問題，明確所要解決問題的具體要求，編寫任務(wù)說明書； ②根據(jù)具體要求，確定軟件應(yīng)實現(xiàn)的功能； ③根據(jù)各功能，確定功能模塊 ，并為每一模塊進行接口定義，即輸入，輸出定義。同時規(guī)劃監(jiān)控程序，確定監(jiān)控程序與各功能模塊之間的關(guān)系； ④確定算法，根據(jù)不同的功能，選擇或設(shè)計不同的算法。算法正確與否，直接決定了程序的正確性和能否達到預(yù)期的目標； ⑤確定數(shù)據(jù)類型、規(guī)劃數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)； ⑥分配內(nèi)配資源。列出 RAM資源的詳細分配清單，作為編程依據(jù)； ⑦編程及調(diào)試。編制程序時，要根據(jù)算法，首先繪制出流程框圖，有時甚至需要繪制出多級框圖，逐步細化。編制完了還需要對程序進行調(diào)試。對單片機來說，沒有自開發(fā)功能，需要使用仿真器； ⑧程序優(yōu)化。程序優(yōu)化就是通過對源 代碼進行調(diào)整，達到縮短程序的長度，加快運算速度和節(jié)省數(shù)據(jù)存儲單元的目的。而有時，上述目標是相互矛盾的，只能以主要目標為主。在程序設(shè)計中經(jīng)常使用循環(huán)程序和函數(shù)或子程序的形式來縮短程序(但這樣會降低程序運行速度 )，通過改進算法來節(jié)省工作單元和減少程序執(zhí)行時間； ⑨燒入程序，現(xiàn)場試運行。仿真運行正確的程序就可以燒入 ROM，去現(xiàn)場試運行了。并不是可仿真運行的程序在現(xiàn)場都能運行或完全正確運行。出現(xiàn)錯誤，不僅要考慮軟件，同時還要檢查硬件，充分考慮現(xiàn)場的具體環(huán)境和干擾情況，以期最終解決問題； ⑩根據(jù)現(xiàn)場運行狀況，修改硬件 和軟件，使系統(tǒng)更完善，更可靠。 編程語言的選用 隨著單片機的普及應(yīng)用，單片機控制系統(tǒng)軟件開發(fā)語言也在不斷地發(fā)展更新。清華 大學 20xx 屆畢業(yè)設(shè)計說明書 第 32 頁 共 51 頁