畢業(yè)設(shè)計(jì)----溫度監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著“信息時(shí)代”的到來，作為獲取信息的手段——傳感器技術(shù)得到了顯著的進(jìn)步，其應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣泛，對其要求越來越高，需求越來越迫切。傳感器技術(shù)已成為衡量一個(gè)國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原理及特性是非常重要的。</p><p>　　由于傳感器能將各種物理量、化

2、學(xué)量和生物量等信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，使得人們可以利用?jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測量、信息處理和自動(dòng)控制，但是它們都不同程度地存在溫漂和非線性等影響因素。傳感器主要用于測量和控制系統(tǒng)，它的性能好壞直接影響系統(tǒng)的性能。因此，不僅必須掌握各類傳感器的結(jié)構(gòu)、原理及其性能指標(biāo)，還必須懂得傳感器經(jīng)過適當(dāng)?shù)慕涌陔娐氛{(diào)整才能滿足信號的處理、顯示和控制的要求，而且只有通過對傳感器應(yīng)用實(shí)例的原理和智能傳感器實(shí)例的分析了解，才能將傳感器和信息通信和信息處理結(jié)合起來，適應(yīng)傳感

3、器的生產(chǎn)、研制、開發(fā)和應(yīng)用。另一方面，傳感器的被測信號來自于各個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時(shí)效，各自都在開發(fā)研制適合應(yīng)用的傳感器，于是種類繁多的新型傳感器及傳感器系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)。溫度傳感器是其中重要的一類傳感器。其發(fā)展速度之快，以及其應(yīng)用之廣，并且還有很大潛力。</p><p>　　為了提高對傳感器的認(rèn)識(shí)和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實(shí)用、廣泛和典型的原則而設(shè)計(jì)了本系

4、統(tǒng)。本文利用單片機(jī)結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計(jì)了這一溫度監(jiān)控系統(tǒng)。文中傳感器理論單片機(jī)實(shí)際應(yīng)用有機(jī)結(jié)合，詳細(xì)地講述了利用熱敏電阻作為熱敏傳感器探測環(huán)境溫度的過程，以及實(shí)現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過程。</p><p>　　本設(shè)計(jì)應(yīng)用性比較強(qiáng)，設(shè)計(jì)系統(tǒng)可以作為生物培養(yǎng)液溫度監(jiān)控系統(tǒng)，如果稍微改裝可以做熱水器溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)、實(shí)驗(yàn)室溫度監(jiān)控系統(tǒng)等等。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測，利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過計(jì)算機(jī)實(shí)施溫度監(jiān)控。設(shè)計(jì)后

5、的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　本設(shè)計(jì)系統(tǒng)包括溫度傳感器，A/D轉(zhuǎn)換模塊，輸出控制模塊，數(shù)據(jù)傳輸模塊，溫度顯示模塊和溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路六個(gè)部分。文中對每個(gè)部分功能、實(shí)現(xiàn)過程作了詳細(xì)介紹。整個(gè)系統(tǒng)的核心是進(jìn)行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。</p><p><b>　　1 設(shè)計(jì)要求</b></p><p><b>

6、;　　1.1 控制要求</b></p><p>　　（1）生物繁殖培養(yǎng)液的溫度要保證在適于細(xì)胞繁殖的溫度內(nèi)，這主要在控制程序設(shè)計(jì)中考慮。溫度控制范圍為15 ～25，升溫、降溫階段的溫度控制精度要求為0.5度，保溫階段溫度控制精度為 0.5度 。</p><p>　　圖1.1.1溫度控制曲線</p><p>　?。?）微機(jī)自動(dòng)調(diào)節(jié) 正常情況下，系統(tǒng)投入自

7、動(dòng)。</p><p>　?。?）模擬手動(dòng)操作 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動(dòng)操作。</p><p>　　（4）微機(jī)監(jiān)控功能 顯示當(dāng)前被控量的設(shè)定值、實(shí)際值，控制量的輸出。</p><p>　　1.2 受控對象的數(shù)學(xué)模型</p><p>　　生物繁殖的培養(yǎng)液主要用于生物的繁殖研究，而溫度是影響生物繁殖的重要因素。本系統(tǒng)要求長時(shí)間監(jiān)視培養(yǎng)液的溫度，

8、并對當(dāng)前的溫度進(jìn)行控制。本控制對象為生物繁殖用培養(yǎng)液，采用繼電器進(jìn)行控制。</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件配置</p><p>　　2.1 單片機(jī)和系統(tǒng)總線</p><p>　　單片機(jī)：PIC16F877A（PIC16F877A為美國MICORCHIP公司生產(chǎn)的帶A/D轉(zhuǎn)換的8位單片機(jī)）。</p><p>　　顯示系統(tǒng)：商用計(jì)算機(jī)。&l

9、t;/p><p>　　用戶內(nèi)存：256M RAM。</p><p>　　系統(tǒng)總線：RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）RS232 C有25條線，，分為5個(gè)功能組，包括4條數(shù)據(jù)線，11條控制線，3條定時(shí)線，7條備用線和未定義線。</p><p>　　操作系統(tǒng)：Windows 2000。</p><p>　　2.

10、2 硬件介紹 </p><p>　　計(jì)算機(jī)工作的外圍電路設(shè)備</p><p><b>　　（1）溫度傳感器</b></p><p>　　溫度傳感器采用補(bǔ)償型NTC熱敏電阻其主要性能如下：</p><p>　?、傺a(bǔ)償型NTC熱敏電阻 B值誤差范圍小，對于阻值誤差范圍在5％的產(chǎn)品，其一致性、互換性良好。適合于一般精度的溫

11、度測量和計(jì)量設(shè)備。</p><p><b>　?、谕庑徒Y(jié)構(gòu)和尺寸：</b></p><p>　　圖2.2.1 溫度傳感器結(jié)構(gòu)尺寸圖</p><p><b>　?、壑饕夹g(shù)參數(shù)：</b></p><p>　　時(shí)間常數(shù)≤30S　　</p><p>　　測量功率≤0.1mW<

12、/p><p>　　使用溫度范圍-55～+125℃</p><p>　　耗散系數(shù)≥6mW/℃</p><p>　　額定功率0.5W　　</p><p><b>　　④降功耗曲線：</b></p><p>　　圖2.2.2溫度傳感器功耗曲線圖</p><p>　?。?）核心處理單元

13、MicroChip PIC16F877A單片機(jī)</p><p>　　MicroChip PCI16F877A單片機(jī)主要性能：</p><p>　　具有高性能RISC CPU</p><p>　　僅有35條單字指令。</p><p>　　除程序指令為兩個(gè)周期外，其余的均為單周期指令。</p><p>　　運(yùn)行速度：DC-

14、20M時(shí)鐘輸入。</p><p>　　DC-200ns指令周期。</p><p>　　8K*14個(gè)FLASH程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　368*8個(gè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM）字節(jié)。</p><p>　　引腳輸出和PIC16C73B/74B/76/77兼容。</p><p>　　中斷能力（達(dá)到14個(gè)中斷源）。</p

15、><p>　　8級深度的硬件堆棧。</p><p>　　直接，間接和相對尋址方式。</p><p>　　上電復(fù)位（POR）。</p><p>　　上電定時(shí)器(PWRT)和震動(dòng)啟動(dòng)定時(shí)器。</p><p>　　監(jiān)視定時(shí)器（WDT），它帶有片內(nèi)可靠運(yùn)行的RC振蕩器。</p><p><b>　

16、　可編程的代碼保護(hù)。</b></p><p><b>　　低功耗睡眠方式。</b></p><p><b>　　可選擇的振蕩器。</b></p><p>　　低功耗，高速CMOS FLASH/EEPROM工藝。</p><p><b>　　全靜態(tài)設(shè)計(jì)。</b><

17、;/p><p>　　在線串行編程(ICSP)。</p><p>　　單獨(dú)5v的內(nèi)部電路串行編程(ICSP)能力。</p><p>　　處理機(jī)讀/寫訪問程序存儲(chǔ)器。</p><p>　　運(yùn)行電壓范圍2.0v到5v。</p><p>　　高輸入/輸出電流25mA。</p><p>　　商用，工業(yè)用溫度范

18、圍。</p><p><b>　　低功耗：</b></p><p>　　在5v,4MHz時(shí)典型值小于2mA。</p><p>　　在3v,32KHz時(shí)典型值小于20uA。</p><p>　　典型的靜態(tài)電流值小于1uA。</p><p><b>　　外圍特征：</b><

19、/p><p>　　Timer 0 ：帶有預(yù)分頻的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。</p><p>　　Timer 1 ：帶有預(yù)分頻的16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，在使用外部晶體時(shí)鐘時(shí)在</p><p>　　SLEEP期間仍能工作。</p><p>　　Timer 2 ：帶有8位周期寄存器，預(yù)分頻和后分頻器的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器</p><p>

20、　　2個(gè)捕捉器，比較器和PWM模塊。</p><p>　　其中 ：捕捉器是16位的，最大分辨率為12.5nS。</p><p>　　比較器是16位的，最大分辨率為200nS。</p><p>　　PWM最大分辨率為是10位。</p><p>　　10位多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　帶有SPI（主模式）和I2

21、C（主/從）模式的SSP。</p><p>　　帶有9位地址探測的通用同步異步接收/發(fā)送（USART/RCI）。</p><p>　　帶有RD,WR和CS控制（只40/44引腳）8位字寬的并行從端口。</p><p>　　帶有降壓的復(fù)位檢測電路。</p><p>　?。?）RS-232-C接口電路</p><p>　　

22、計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。 在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同 的設(shè)備可以方便地連接起來進(jìn)行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA RS-232-C）是目前最常用的一種串行通訊接口。它是在1970年由美國電子工業(yè)協(xié)會(huì)

23、（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標(biāo) 準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間 串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的 DB25連接器，對連接器的每個(gè)引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信 號的電平加以規(guī)定。</p><p>　?、俳涌诘男盘杻?nèi)容 實(shí)際上RS-2

24、32-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計(jì)算機(jī)通訊中一般只使用3-9條引線。RS-232-C最常用的9條引線的信號。</p><p>　?、诮涌诘碾姎馓匦?#160;在RS-232-C中任何一條信號線的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系。即：邏輯?！?”，-5~-15V；邏輯“0” +5~ +15V 。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識(shí)別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號

25、 作為邏輯“1” 。 ③ 接口的物理結(jié)構(gòu) RS-232-C接口連接器一般使用型號為DB-25的25芯插頭座,通常插頭在DCE端,插座在DTE端. 一些設(shè)備與PC機(jī)連接的RS-232-C接口,因?yàn)椴皇褂脤Ψ降膫魉涂刂菩盘?只需三條接口線,即“發(fā)送數(shù)據(jù)”、“接收數(shù)據(jù)”和“信號地”。所以采用DB-9的9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。</p><p>　　④傳輸電纜長度&

26、#160;由RS-232C標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定在碼元畸變小于4%的情況下，傳輸電纜長度應(yīng)為50英尺，其實(shí)這個(gè)4%的碼元畸變是很保守的，在實(shí)際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10~20%的范圍工作的，所以實(shí)際使用中最大距離會(huì)遠(yuǎn)超過50英尺。</p><p>　　圖2.3.1 Max232結(jié)構(gòu)圖</p><p><b>　?。?）繼電器</b></p><p&

27、gt;　　繼電器是具有隔離功能的自動(dòng)開關(guān)，廣泛用于遙控，遙測，通信，自動(dòng)控制，機(jī)電一體化及電力電子設(shè)備中，是最重要的控制元件之一。</p><p>　　繼電器是在自動(dòng)控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實(shí)際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓的自動(dòng)開關(guān)。在本系統(tǒng)中，繼電器控制的自動(dòng)溫度調(diào)節(jié)電路和PCI16F877A單片機(jī)中程序構(gòu)成溫度自動(dòng)監(jiān)測電路，實(shí)現(xiàn)對生物培養(yǎng)液溫度的監(jiān)測和自動(dòng)控制</p&

28、gt;<p>　?。?）半導(dǎo)體降溫片及電阻加熱絲</p><p>　?、侔雽?dǎo)體制冷器是根據(jù)熱電效應(yīng)技術(shù)的特點(diǎn)，采用特殊半導(dǎo)體材料熱電堆來制冷，能夠?qū)㈦娔苤苯愚D(zhuǎn)換為熱能，效率較高。其工作原理如圖2.5.1：</p><p>　　圖2.5.1半導(dǎo)體降溫片工作原理圖</p><p>　　半導(dǎo)體制冷片由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆?；ハ嗯帕卸桑鳱 P之間以一般

29、的導(dǎo)體相連接而成一完整線路，通常是銅、鋁或其他金屬導(dǎo)體，最後由兩片陶瓷片像夾心餅乾一樣夾起來，陶瓷片必須絕緣且導(dǎo)熱良好，通上電源之後，冷端的熱量被移到熱端，導(dǎo)致冷端溫度降低，熱端溫度升高。它的外觀如圖2.5.2所示。</p><p>　　2）本控制系統(tǒng)是對生物培養(yǎng)液進(jìn)行溫度監(jiān)控，故太快的溫度變化對生物繁殖顯</p><p>　　圖2.5.2半導(dǎo)體降溫片外觀圖</p><

30、p>　?、诒究刂葡到y(tǒng)是對生物培養(yǎng)液進(jìn)行溫度監(jiān)控，過快的溫度變化對生物繁殖顯然是不利的，因此在本系統(tǒng)中采用的是高阻抗小功率加熱電阻絲進(jìn)行溫度的小范圍調(diào)節(jié)。</p><p>　　3 溫度控制系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　采用典型的反饋式溫度控制系統(tǒng)，組成部分見圖3.1。其中數(shù)字控制器的功能由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　圖3.1溫度控制系統(tǒng)的組成框圖&

31、lt;/p><p>　　培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為，其中τ1為電阻加熱的時(shí)間常數(shù)，為電阻加熱的純滯后時(shí)間，為采樣周期。</p><p>　　A/D轉(zhuǎn)換器可劃歸為零階保持器內(nèi)，所以廣義對象的傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　（3-1-1）</b></p><p>　　廣義對象的Z傳遞函數(shù)為 </p><p&g

32、t;　?。?-1-2） </p><p>　　所以系統(tǒng)的閉環(huán)Z傳遞函數(shù)為</p><p><b>　　(3-1-3)</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的數(shù)字控制器為</b></p><p>　　= （3-1-4）

33、 </p><p>　　寫成差分方程即為 </p><p>　?。?-1-5） </p><p><b>　　令 </b>&l

34、t;/p><p><b>　　,</b></p><p><b>　　,</b></p><p>　　得 （3-1-6）</p><p>　　式中 ——第次采樣時(shí)的偏差；</p><p>　　——第次采樣時(shí)的偏差；</p>&l

35、t;p>　　——第次采樣時(shí)的偏差；</p><p>　　4 溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖及總述</p><p>　　圖4.1溫度控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　圖4.1中溫度傳感器和Micro Chip PIC16F877A單片機(jī)中的A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成輸入通道，用于采集培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度信號。溫度傳感器輸出電壓經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量與培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度給定值數(shù)字化后進(jìn)行比

36、較，即可得到實(shí)際溫度和給定溫度的偏差。培養(yǎng)皿內(nèi)的溫度設(shè)定值由Micro Chip PIC16F877A單片機(jī)中程序設(shè)定。由Micro Chip PIC16F877A單片機(jī)構(gòu)成的數(shù)字控制器進(jìn)行比較運(yùn)算，經(jīng)過比較后輸出控制量控制由加熱和降溫電路構(gòu)成的溫度調(diào)節(jié)電路對培養(yǎng)皿中的培養(yǎng)液溫度進(jìn)行調(diào)節(jié)。同時(shí)通過電平轉(zhuǎn)換電路把當(dāng)前溫度傳輸?shù)缴逃糜?jì)算機(jī)的串口中，由計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)的顯示培養(yǎng)皿中的溫度，正常情況下溫度控制由Micro Chip PIC16F877

37、A單片機(jī)自動(dòng)控制。必要時(shí)，計(jì)算機(jī)也可以通過軟件來強(qiáng)制改變培養(yǎng)皿中溫度。</p><p>　　5 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　5.1 Microchip PIC16F877A單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖5.1.1所示。</p><p>　　圖5.1.1單片機(jī)溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.2 單片機(jī)控制流程圖

38、</p><p>　　圖5.2.1單片機(jī)控制流程圖</p><p>　　5.3 溫度變換程序模塊</p><p>　　溫度傳感器在12℃到60℃輸出2.52V—1.02V，溫度起點(diǎn)為12℃，滿量程為48℃。Micro Chip PIC16F877A單片機(jī)內(nèi)嵌的10位A/D轉(zhuǎn)換器對應(yīng)輸出的數(shù)字量為0000000000B~1111111111B（0~5V），應(yīng)用以下變換

39、公式進(jìn)行變換：</p><p>　　AX=A0+(AM-A0)(NX-N0)/(NM-N0)</p><p>　　式中，A0為一次測量儀表的下限。</p><p>　　AM為一次測量儀表的上限。</p><p><b>　　AX實(shí)際測量值。</b></p><p>　　N0儀表下限對應(yīng)的數(shù)字量。&

40、lt;/p><p>　　NM儀表上限對應(yīng)的數(shù)字量。</p><p>　　NX測量值對應(yīng)的數(shù)字量。</p><p>　　5.4 溫度非線性轉(zhuǎn)換程序模塊</p><p>　　采用折線擬合法進(jìn)行線性化處理</p><p>　　如圖5.4.1所示，分為以下幾段：</p><p>　　當(dāng)1.73V≤Ax<

41、;2.52V時(shí)，T℃=0.06*WN+12</p><p>　　當(dāng)1.40V≤WN<1.73V時(shí)，T℃=0.03*WN+25</p><p>　　當(dāng)1.24V≤WN<1.40V時(shí)，T℃=0.016*WN+40</p><p>　　當(dāng)1.06V≤WN<1.24V時(shí)，T℃=0.018WN+50</p><p>　　表5.4.1

42、溫度曲線實(shí)際測量數(shù)據(jù)</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　圖5.4.1 溫度分段線限等效圖</p><p>　　6 通信協(xié)議的設(shè)計(jì)</p><p>　　由于溫度采集和實(shí)施控制是通過單片機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，而微機(jī)完成溫度監(jiān)控，所以需要采用單片機(jī)和微機(jī)之間的通信協(xié)議。本設(shè)計(jì)應(yīng)用條件為傳輸距離不超過

43、15米的短距離數(shù)據(jù)傳輸，且傳輸數(shù)據(jù)量較小，所以采用在控制領(lǐng)域里應(yīng)用較廣泛RS232C串行通信方式。</p><p>　　針對近程小批量的數(shù)據(jù)通信，設(shè)計(jì)時(shí)采用3 線制（RXD ，TXD ，GND）軟握手的零MODEM方式。即：將PC機(jī)和單片機(jī)的“發(fā)送數(shù)據(jù)線（TXD）”與“接收數(shù)據(jù)（RXD）”交叉連接，二者的地線（GND）直接相連而其它信號線如握手信號線均不用，而采用軟件握手。這樣即可以實(shí)現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)，又可以簡化電路

44、設(shè)計(jì)節(jié)約了成本。</p><p>　　由于RS232C是早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而制定的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平與TTL， MOS 邏輯電平不同。邏輯0 電平規(guī)定為+5~+15V之間，邏輯1是電平為-5 ~-15V 之間。因此在將PC機(jī)和單片機(jī)的RXD和TXD交叉連接時(shí)，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。</p><p>　　下圖即為通信時(shí)的硬件連接圖，其中器件MAX232完成邏輯電平轉(zhuǎn)換的任務(wù)。<

45、;/p><p>　　圖6.1 電平轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　注：在PC機(jī)中9針RS232接口中：2線：RXD， 3線：TXD， 5線：GND</p><p>　　而在25針的RS232接口中：3線：RXD， 2線：TXD， 7線：GND</p><p><b>　　6.1 軟件設(shè)計(jì)</b></p><

46、;p>　　在進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計(jì)時(shí)，必須解決好兩個(gè)方面的問題：一是可靠性，二是速度。而這兩方面的問題，可靠性是第一位的,速度只能是在可靠的基礎(chǔ)上的速度?？煽靠焖俎D(zhuǎn)輸?shù)膶?shí)現(xiàn)，需要PC-單片機(jī)軟件以及通信協(xié)議等各個(gè)環(huán)節(jié)的可靠和其間的相互配合。</p><p>　　6.1.1 通信協(xié)議概述</p><p>　　在設(shè)計(jì)PC-單片機(jī)通信協(xié)議時(shí)，需說明一點(diǎn)：在本系統(tǒng)的實(shí)際通信中，PC機(jī)是主控者

47、單片機(jī)只是被動(dòng)接收者。采用這種通信協(xié)議較雙方互為主控者時(shí)簡單。</p><p>　　本通信協(xié)議的設(shè)計(jì)思想是基于幀傳輸方式。即在向RS232串口發(fā)送命令信號，應(yīng)答信號及數(shù)據(jù)信號時(shí)，是一幀一幀地發(fā)送的。為了使數(shù)據(jù)快速可靠地傳輸，將每一幀數(shù)據(jù)唯一對應(yīng)一命令幀。此時(shí)傳輸數(shù)據(jù)即執(zhí)行命令具體如下：</p><p>　　(1) 在PC讀數(shù)據(jù)時(shí)，遵循“讀命令-等數(shù)據(jù)-報(bào)告”，即PC下達(dá)一命令，等待接收數(shù)據(jù)

48、，根據(jù)所接收數(shù)據(jù)的正誤向應(yīng)用程序報(bào)告此命令的執(zhí)行情況。</p><p>　　(2) 在PC寫數(shù)據(jù)時(shí)，遵循“寫命令-等回應(yīng)-報(bào)告”，即PC下達(dá)一寫命令（此時(shí)所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中），等待單片機(jī)發(fā)來的“已正確接收”的回應(yīng)信號，并向應(yīng)用程序報(bào)告此命令執(zhí)行完畢。</p><p>　　(3) 如果在轉(zhuǎn)輸過程中，其間PC或MCU所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯(cuò)誤時(shí)，均會(huì)向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號的請求。如果連續(xù)

49、三次轉(zhuǎn)輸失敗，則退出通信并向應(yīng)用程序報(bào)告。</p><p>　　6.2 通信協(xié)議說明</p><p>　　6.2.1信號幀分類</p><p>　　(1) 讀命令幀：當(dāng)PC讀數(shù)據(jù)時(shí)，PC向PIC16F877A發(fā)送的命令信號。</p><p>　　(2) 寫命令幀：當(dāng)PC寫數(shù)據(jù)時(shí)，PC向PIC16F877A發(fā)送的命令信號(內(nèi)含所要寫的數(shù)據(jù))。&

50、lt;/p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)幀：當(dāng)PC讀數(shù)據(jù)時(shí)，PIC16F877A向PC發(fā)送的內(nèi)含數(shù)據(jù)信息的信號。</p><p>　　(4) 正回應(yīng)幀：當(dāng)PC寫數(shù)據(jù)時(shí)，PIC16F877A向PC報(bào)告數(shù)據(jù)已正確接收的信號。</p><p>　　(5) 重發(fā)命令幀：當(dāng)PC讀/寫數(shù)據(jù)時(shí)，PIC16F877A所接收的信號幀(讀/寫命令幀)有誤時(shí)向PC發(fā)出的請求重發(fā)信號。</p

51、><p>　　(6) 放棄命令幀：當(dāng)PC讀/寫數(shù)據(jù)時(shí)出現(xiàn)了使程序無法正常執(zhí)行時(shí)PC或PIC16F877A向?qū)Ψ桨l(fā)出的退出通信的通知信號。</p><p>　　6.2.2信號幀格式</p><p>　　(1) 讀命令幀格式</p><p>　　幀頭標(biāo)志(1 Bit): 表示此數(shù)據(jù)包屬于本串口通信協(xié)議,并為是否接收此包數(shù)據(jù)的標(biāo)志。</p>

52、<p>　　幀類型(1 Bit): 所用信號幀的識(shí)別標(biāo)志,即1.2.1 信號幀分類中的各類型信號的標(biāo)志字節(jié)。</p><p>　　器件地址(1Byte): PC所要訪問的外部器件的地址即是哪一個(gè)外部器件。</p><p>　　起始地址(2Byte): PC所要訪問的器件的存貯器起始地址。</p><p>　　長度(1Byte): 一次命令所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)長

53、度。</p><p>　　校驗(yàn)和(1Byte): 此幀信號的校驗(yàn)字節(jié),為異或校驗(yàn)。</p><p>　　幀尾標(biāo)志(1Byte): 此幀信號的結(jié)束標(biāo)志。</p><p><b>　　(2) 寫命令幀</b></p><p>　　數(shù)據(jù)區(qū):所要寫的數(shù)據(jù)信息。其它分析同上。</p><p><b&g

54、t;　　(3) 數(shù)據(jù)幀</b></p><p>　　長度:所轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)的長度。</p><p>　　數(shù)據(jù)區(qū):所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)信息。其它分析同上。</p><p><b>　　(4) 正響應(yīng)幀</b></p><p>　　空無意義:為了PIC16F877A編程的方便而加入。其它分析同上。</p><

55、;p><b>　　(5) 重發(fā)幀</b></p><p><b>　　其它分析同上。</b></p><p><b>　　(6) 放棄幀</b></p><p><b>　　錯(cuò)誤碼:</b></p><p>　　00H 執(zhí)行PC命令發(fā)放棄幀回應(yīng)被

56、動(dòng)退出通訊。</p><p>　　01H PIC16F877A 單片機(jī)方寫入芯片發(fā)生錯(cuò)誤主動(dòng)通知PC退出通訊。</p><p>　　6.2.3 通信協(xié)議處理流程</p><p>　　(1) 數(shù)據(jù)分幀與數(shù)據(jù)重組</p><p>　　圖6.2.1串口數(shù)據(jù)發(fā)送過程</p><p>　　圖6.2.2串口數(shù)據(jù)接受過程<

57、/p><p>　　將應(yīng)用程序發(fā)送過來的數(shù)據(jù)作為一個(gè)數(shù)據(jù)流放在發(fā)送緩沖區(qū)中，通過通信協(xié)議進(jìn)行分幀──切割──發(fā)送。在接收端，分幀的數(shù)據(jù)去掉幀頭重新組合到接收緩沖區(qū)中，交給應(yīng)用程序處理，發(fā)送過程的示意如圖6.2.1，接收過程的示意圖如圖6.2.2。</p><p>　　單片機(jī)串口通信軟件設(shè)計(jì)流程圖</p><p>　　圖6.2.3單片機(jī)串口通信軟件流程圖</p>

58、<p>　　PC接收數(shù)據(jù)軟件設(shè)計(jì)流程</p><p>　　N N</p><p>　　Y Y</p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b&

59、gt;</p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　Y</b></p><p><b>　　N</b></p><p>　　圖6.2.4 PC串口通信軟件設(shè)計(jì)流程圖 </p><p>　　6.3 PC 上位機(jī)的軟件設(shè)計(jì)</p

60、><p>　　6.3.1 PC軟件設(shè)計(jì)方法的選擇</p><p>　　在開發(fā)PC上位機(jī)的通信程序中,人們常用的編程語言可分為3類:(1) 直接面向底層硬件的匯編語言。(2) DOS環(huán)境下的高級編程語言,如: C語言等。(3) Windows環(huán)境下的高級編程語言，如：VC++等。而在這3種方式中Windows環(huán)境下的串口編程以其設(shè)備無關(guān)性，可移植性以及界面友好等特征而得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)在Wind

61、ows操作系統(tǒng)已經(jīng)占據(jù)統(tǒng)治地位的情況下，欲開發(fā)良好的通信程序，利用Windows環(huán)境下的高級語言已漸成為必然的選擇。</p><p>　　開發(fā)Windows環(huán)境下的串口通信程序主要有以下2種方法：</p><p>　　(1) 利用Windows API（Application Program Interface）用戶程序接口函數(shù)；</p><p>　　(2) 利用A

62、ctiveX控件；</p><p>　　后者的主要特點(diǎn)是簡單易學(xué)，但前者的功能更為強(qiáng)大控制手段更為靈活。</p><p>　　6.3.2 PC軟件通信方式的選擇</p><p>　　在Win32環(huán)境下串行通信有兩種：主要方式即同步方式，異步方式兩種方式有各自的特點(diǎn)。在軟件設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的方式。</p><p><b>

63、　?。?）同步方式</b></p><p>　　在同步方式中,讀串口的函數(shù)試圖在串口的接收緩沖區(qū)中讀取規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù),直到規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)全部被讀出或設(shè)定的超時(shí)時(shí)間已到時(shí)才返回。例如：（以C++ Builder編程語言為例下同）</p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　…………………

64、…</b></p><p>　　COMMTIMEOUTS cto;</p><p>　　int timeConstant, timeMutiplier;</p><p>　　cto.ReadTotalTimeoutConstant = timeConstant; //設(shè)置總超時(shí)常數(shù)</p><p>　　cto.ReadTotalT

65、imeoutMultiplier = timeMutiplier; //設(shè)置總超時(shí)系數(shù)</p><p>　　SetCommTimeouts(m_hFile,&cto); //超時(shí)設(shè)置</p><p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　ReadFile (hComport,inBuf

66、fer,nWantRead,&nRealRead,NULL);//讀串口</p><p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)用于設(shè)置超時(shí),指定讀寫函數(shù)的等待時(shí)間</p><p>　　在ReadFile 函數(shù)中hComport 為待讀串口句柄;inBuff

67、er 為輸入緩沖區(qū)大小;nWantRead 為每次調(diào)用ReadFile 時(shí),函數(shù)試圖讀出的字節(jié)數(shù);nRealRead 為實(shí)際讀出的字節(jié)數(shù);最后一個(gè)參數(shù)值NULL 代表ReadFile將采用同步文件讀寫方式。</p><p><b>　　（2）異步方式</b></p><p>　　異步方式中,利用Win32 的多線程結(jié)構(gòu),可以讓串口的讀寫操作在后臺(tái)進(jìn)行,而應(yīng)用程序的其它

68、部分在前臺(tái)執(zhí)行例如:</p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　CreateFile(lpszPort, //打開串口</p>

69、<p>　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,</p><p><b>　　0,</b></p><p><b>　　0,</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………&l

70、t;/b></p><p>　　OPEN_EXISTING,</p><p>　　FILE_FLAG_OVERLAPPED, //允許異步操作</p><p><b>　　0);</b></p><p>　　OVERLAPPED lpOverlapped;</p><p>　　COMMTIM

71、EOUTS cto;</p><p>　　int timeConstant, timeMutiplier;</p><p>　　cto.ReadTotalTimeoutConstant = timeConstant; //設(shè)置總超時(shí)常數(shù)</p><p>　　cto.ReadTotalTimeoutMultiplier = timeMutiplier; //設(shè)置總超時(shí)

72、系數(shù)</p><p>　　SetCommTimeouts(m_hFile,&cto); //超時(shí)設(shè)置</p><p>　　lpOverlapped.hEvent=CreateEvent (NULL.TRUE,FALSE,NULL);</p><p><b>　　……………………</b></p><p><b

73、>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　ReadFile (hComport,inBuffer,nWantRead,&nRealRead,&lp Overlapped); //讀串口</p><p><b>　　……………………<

74、/b></p><p>　　lpOverlapped 是1個(gè)OVERLAPPED 結(jié)構(gòu)變量,OVERLAPPED 結(jié)構(gòu)用于指出讀寫操作與其它操作的重疊為了實(shí)現(xiàn)線程間同步與通信,上面的代碼中用CreateEvent 函數(shù)產(chǎn)生1 個(gè)人工復(fù)位事件,并將其句柄賦予lpOverlapped的hEvent成員這樣,在異步讀寫完成時(shí),Windows95發(fā)送該事件信號。</p><p>　?。?）兩

75、種方式的比較</p><p>　　異步方式利用多線程結(jié)構(gòu)來監(jiān)視通信設(shè)備，其最大優(yōu)點(diǎn)是程序?qū)邮諗?shù)據(jù)具有自主覺察能力。一旦通信線程查詢到數(shù)據(jù)已發(fā)送到串口上，線程自動(dòng)向應(yīng)用程序發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)接收到的消息，應(yīng)用程序可用該消息來讀取通信設(shè)備傳來的數(shù)據(jù)。并且使用通信線程還不占用CPU時(shí)間，這樣系統(tǒng)實(shí)際上具有了同時(shí)控制多個(gè)通信設(shè)備（如MODEM）的能力。因此在對系統(tǒng)強(qiáng)壯性要求較高的場合下應(yīng)采用異步方式。</p>

76、<p>　　異步方式的優(yōu)點(diǎn)也恰是同步方式的缺點(diǎn)。使用同步方式時(shí)容易發(fā)生線程阻塞，從而使系統(tǒng)性能下降。但在某些場合下，該缺點(diǎn)可以通過一些措施盡可能地減小，而其簡單易用的優(yōu)點(diǎn)卻是很好地體現(xiàn)出來。如果不考慮Win95的進(jìn)程和線程的問題，僅在串口有數(shù)據(jù)時(shí)，去讀串口緩沖區(qū)就可以了。此時(shí)確定串口讀取的時(shí)機(jī)，握手協(xié)議及軟件糾錯(cuò)的實(shí)現(xiàn)是程序員應(yīng)考慮的主要問題，也是減小線程阻塞所帶來的負(fù)面影響的主要措施。</p><p>

77、;　　可以采用同步轉(zhuǎn)輸方式的場合有如下一些特點(diǎn)：</p><p>　?、?何時(shí)轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)由PC機(jī)來決定，下位機(jī)只是被動(dòng)接收并執(zhí)行命令。</p><p>　?、?有限時(shí)間內(nèi)，PC機(jī)命令可以執(zhí)行完畢并返回結(jié)果。而不會(huì)使PC機(jī)處于長時(shí)間等待。</p><p>　?、?每次所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)的長度是已知的，所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)量是有限且比較小。</p><p>　　

78、我們在開發(fā)串行通信程序時(shí)，分別應(yīng)用這兩種方式開發(fā)都獲得了成功。鑒于應(yīng)用異步方式的安全性和普遍性</p><p>　　6.3.3具體實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　下面以C++ Builder為例，敘述PC機(jī)通信軟件的實(shí)現(xiàn)過程：</p><p><b>　　(1)打開串口</b></p><p>　　在Win32中，串口和其

79、他通信設(shè)備是作為文件處理的。串口的打開并閉讀取以及寫入所用的函數(shù)與操作文件的函數(shù)相同。</p><p>　　通信會(huì)話由調(diào)用CreateFile 函數(shù)打開串口開始，CreateFile 以讀訪問權(quán)限，寫訪問權(quán)限或讀寫訪問權(quán)限“打開串口”并設(shè)定了對其是異步操作方式。還是同步操作方式調(diào)用該函數(shù)打開串口進(jìn)行讀寫操作的例子如下：</p><p>　　mHandle = CreateFile(lpsz

80、Port, //串口名</p><p>　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允許讀/寫</p><p>　　0, //獨(dú)占方式串口不能共享</p><p>　　NULL, //安全性屬性一般設(shè)為0</p><p>　　OPEN_EXISTING, //串口是已存在的不能建新端口</p><p&g

81、t;　　lpOverlapped, //異步方式</p><p>　　0 //串口無模板文件應(yīng)設(shè)為0</p><p><b>　　);</b></p><p>　　如果調(diào)用成功函數(shù)返回串口的句柄賦給Handle，如果調(diào)用失敗則函數(shù)返回INVALID_HANDLE_VALUE。</p><p><b>　　(2)

82、初始化串口</b></p><p>　　對串口的初始化工作包括對波特率，數(shù)據(jù)位，停止位，奇偶校驗(yàn)位I/O 緩沖大小以及超時(shí)等參數(shù)的設(shè)置。在調(diào)用API 函數(shù)進(jìn)行串口初始化時(shí)，波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗(yàn)停止位的信息包含于一個(gè)DCB結(jié)構(gòu)中，而超時(shí)方面的信息則包含于COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)中，</p><p>　　一般在用CreateFile 打開串行口后，可以調(diào)用GetCommSt

83、ate 函數(shù)來獲取串行口的初始配置。要修改串行口的配置應(yīng)該先修改DCB結(jié)構(gòu)，然后再調(diào)用SetCommState函數(shù)用指定的DCB結(jié)構(gòu)來設(shè)置串行口。例如：</p><p><b>　　DCB dcb;</b></p><p>　　GetCommState(mHandle, &dcb) //讀取DCB結(jié)構(gòu)</p><p><b>

84、　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　dcb.BaudRate=9600 // 設(shè)置波特率為9600b/s</p><p>　　dcb.ByteSize=8; // 每個(gè)字符有8位</p><p>　　dcb.Parity=NOPARITY;

85、// 無校驗(yàn)</p><p>　　dcb.StopBits=ONESTOPBIT; // 一個(gè)停止位</p><p>　　SetCommState(hCom, &dcb) // 保存至DCB結(jié)構(gòu)使設(shè)置值生效</p><p>　　調(diào)用SetupComm 函數(shù)可以設(shè)置串行口的輸入和輸出緩沖區(qū)的大小。如果通信的速率較高則應(yīng)該設(shè)置較大的緩沖區(qū)。例如：</p&g

86、t;<p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　SetupComm( mHandle , 1024*2, 1024*2 ) //輸入輸出緩沖區(qū)的大小均為2K</p><p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p&g

87、t;　　在用ReadFile 和WriteFile 讀寫串行口時(shí)，需要考慮超時(shí)問題。如果在指定的時(shí)間內(nèi)沒有讀出或?qū)懭胫付〝?shù)量的字符，那么ReadFile 或WriteFile 的操作就會(huì)結(jié)束。要查詢當(dāng)前的超時(shí)設(shè)置應(yīng)調(diào)用GetCommTimeouts 函數(shù)。該函數(shù)會(huì)填充一個(gè)COMMTIMEOUTS 結(jié)構(gòu)調(diào)用SetCommTimeouts 可以用某一個(gè)COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的內(nèi)容來設(shè)置超時(shí)。</p><p>　

88、　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　TimeOuts. ReadIntervalTimeout=0 //讀間隔超時(shí)</p><p>　　TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=10 //讀時(shí)間系數(shù)</p><p>　　TimeOuts.ReadTotalTime

89、outConstant=100 //讀時(shí)間常量</p><p>　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=10 //寫時(shí)間系數(shù)</p><p>　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=100 //寫時(shí)間常數(shù)</p><p>　　SetCommTimeouts(hCom, &TimeOuts

90、); // 保存設(shè)置值生效</p><p>　　………………………………</p><p>　　………………………………</p><p>　　………………………………</p><p>　　COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的成員都以毫秒為單位?？偝瑫r(shí)的計(jì)算公式是：</p><p>　　總超時(shí)=時(shí)間系數(shù)×要求讀/寫的字

91、符數(shù)+ 時(shí)間常數(shù)</p><p>　　異步方式讀寫串行口時(shí)雖然ReadFile()和WriteFile() 在完成操作以前就可能返回但超時(shí)仍然是起作用的。這種情況下，超時(shí)規(guī)定的是操作的完成時(shí)間而不是ReadFile()和WriteFile()的返回時(shí)間。</p><p><b>　　(3)讀寫串口</b></p><p>　　初始化工作完成以后

92、便可以根據(jù)通信協(xié)議合理安排讀/寫函數(shù)ReadFile()和WriteFile()以讀寫各種握手信息和數(shù)據(jù)信息等。其中何時(shí)讀取單片機(jī)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息及應(yīng)答信息是重要的。此時(shí)采取的是事件驅(qū)動(dòng)法，即：設(shè)置通信資源上的事件掩碼為EV_RXCHAR 。當(dāng)接收到一個(gè)字符并放入緩沖區(qū)后即通知應(yīng)用程序例。</p><p>　　//PC發(fā)送一組命令至單片機(jī)</p><p>　　WriteFile(mHan

93、dle, //串口句柄</p><p>　　pDataBuff, //存放數(shù)據(jù)緩種區(qū)</p><p>　　iLen, //所寫數(shù)據(jù)的長度</p><p>　　pdwWritten, //已寫長度操作前應(yīng)置為0</p><p>　　lpOverlapped) //異步方式</p><p>　　//設(shè)置通信事件掩碼<

94、/p><p>　　DWORD dwMask=EV_RXCHAR;</p><p>　　SetCommMask(m_hFile,dwMask)) //設(shè)置通信事件掩碼</p><p>　　//等待通信事件的發(fā)生</p><p>　　OVERLAPPED os ;</p><p>　　memset( &os, 0, s

95、izeof( OVERLAPPED ) ) ;</p><p>　　os.hEvent=CreateEvent(NULL TRUE FALSE NULL)</p><p>　　if(!WaitCommEvent(m_hFile, &dwEvtMask, &os)) // 重疊操作</p><p>　　if(GetLastError()==ERROR_

96、IO_PENDING)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　// 無限等待重疊操作結(jié)果</p><p>　　GetOverlappedResult(mHandle, &os, &dwTrans, true);</p><p>　　//事件已發(fā)生安排讀操作</p>&l

97、t;p>　　ReadFile(mHandle, //串口句柄</p><p>　　pDataBuff, //存放數(shù)據(jù)緩種區(qū)</p><p>　　iLen, //所讀數(shù)據(jù)的長度</p><p>　　pdwRead, //實(shí)際所讀長度</p><p>　　lpOverlapped) //異步方式</p><p>&l

98、t;b>　　}</b></p><p>　　在上例中，我們無限等待通信事件的發(fā)生。如果通信事件一直沒有發(fā)生則系統(tǒng)將不會(huì)繼續(xù)執(zhí)行。在實(shí)際程序設(shè)計(jì)中我們可以設(shè)置一時(shí)限，超過此時(shí)限通信事件未到則執(zhí)行相應(yīng)錯(cuò)誤處理此時(shí)，只需將GetOverlappedResult函數(shù)替換為WaitForSingleObject函數(shù)此函數(shù)的聲明形式如下：</p><p>　　WaitForSingl

99、eObject(</p><p>　　HANDLE hEvent, //事件句柄</p><p>　　unsigned long mTimeOuts //超時(shí)設(shè)置</p><p><b>　　)</b></p><p><b>　　(4) 關(guān)閉串口</b></p><p>　

100、　通信完畢調(diào)用CloseHandle() 函數(shù)關(guān)閉串口例如</p><p>　　CloseHandle(mHandle); //關(guān)閉mHandle為打開串口時(shí)返回的句柄</p><p>　　6.4 單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　我們知道影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸產(chǎn)生錯(cuò)誤的因素有：轉(zhuǎn)輸線分布參數(shù)上下位機(jī)間的波特率誤差現(xiàn)場干擾等。而針對近程小批量數(shù)據(jù)的通信，下位機(jī)的波特率誤差性

101、是影響可靠通信的最主要因素。所以在單片機(jī)軟件的設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)重點(diǎn)考慮并設(shè)置好波特率。</p><p><b>　　6.4.1波特率</b></p><p>　?。?）波特率誤差來源分析</p><p>　?、賳纹瑱C(jī)的振蕩電路是由晶體及電容C1 和C2 構(gòu)成。晶振頻率主要由晶體的因有頻率決定，同時(shí)也與電容C1、C2及外界溫度有一定的關(guān)系。另外，晶體頻率

102、的標(biāo)稱值與實(shí)際值也不可能完全一致。</p><p>　　②波特率最大允許誤差分析</p><p>　　在異步串行通信方式1中單片機(jī)以16倍波特率的采樣速率對接收數(shù)據(jù)（RXD）不斷采樣，一旦檢測到由1到0的負(fù)跳變，16分頻計(jì)數(shù)器立刻復(fù)位，使之滿度翻轉(zhuǎn)的時(shí)刻恰好與輸入位的邊沿對準(zhǔn)。16分頻計(jì)數(shù)器把每個(gè)接收位的時(shí)間分為16 份，在中間三位即7 ，8 ，9 ，狀態(tài)時(shí)位檢測器對RXD 端的值采樣，并

103、以3取2的表決方式確定所接收的數(shù)據(jù)位。由此可見，當(dāng)波特率的誤差使得在接收某位數(shù)據(jù)位時(shí)，采樣點(diǎn)離該位的中點(diǎn)半位間隔時(shí)將會(huì)對該位采樣兩次。即：欲使接收的第N位為正確位時(shí)，須滿足下式成立：</p><p>　　所允許的波特率誤差N > 0.54</p><p>　　故當(dāng)所傳輸?shù)囊粠瑪?shù)據(jù)為10 位時(shí)，所允許的最大的波特率允許誤差為5 %對于其它常用的8位，9位，11位，一幀的串行傳輸，其最大

104、的波特率允許誤差分別為6.25%，5.56%， 和4.5%。</p><p>　?、蹨p小波特率誤差的措施</p><p>　　我們知道使用離散度小的晶振是減小波特率誤差的關(guān)鍵。如果，晶振的離散度已超過所允許的范圍，此時(shí)不宜用其標(biāo)稱值，可以采用測量其波特率的方法來得出實(shí)際的晶振波特率值。</p><p>　?。?）單片機(jī)軟件的實(shí)現(xiàn)</p><p&g

105、t;　?、僭O(shè)置通信方式和波特率的值例</p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　MOV SCON,#50H 初始化串口設(shè)為方式1</

106、p><p>　　MOV TMOD,#20H 利用定時(shí)器1為波特率發(fā)生器并設(shè)為模式2</p><p>　　MOV PCON,#XXH 設(shè)置SMOD值</p><p>　　MOV TH1,#XXH 設(shè)置定時(shí)器初始值</p><p>　　SETB TR1 啟動(dòng)定時(shí)器1</p><p>　　…………………………</p>

107、<p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　②等待接收PC機(jī)發(fā)來的信號幀并按通信協(xié)議作出相應(yīng)響應(yīng)。</p><p>　　6.5 通信協(xié)議設(shè)計(jì)結(jié)論</p><p>　　6.5.1通信可靠性分析</p><p>　　通信的可靠性主要體現(xiàn)在所使用通信協(xié)議的可靠

108、性上，本通信協(xié)議的可靠性主要有兩點(diǎn)理論基礎(chǔ)：</p><p>　　(1)通過判斷幀頭起始字符來決定一幀的開始，這樣就避免了部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)入到內(nèi)部數(shù)據(jù)處理之中。這個(gè)可能性在1/256， 通過停止位的判斷可將這個(gè)可能性再降低1/256。 另外通過幀類型字節(jié)的判斷可使之進(jìn)一步降低。</p><p>　　(2)校驗(yàn)字將整幀信號進(jìn)行異或校驗(yàn)則使誤收的可能很小。如果將此異或校驗(yàn)改為CRC校驗(yàn)則出錯(cuò)的可能性

109、更是微乎其微了。本通信所用協(xié)議具有糾錯(cuò)功能，這體現(xiàn)在當(dāng)PC 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時(shí)，當(dāng)所接收的應(yīng)答信號出現(xiàn)失誤時(shí)，將重新發(fā)送或接收此幀數(shù)據(jù)，直至接收到了正確的應(yīng)答，具體在程序中最多允許連續(xù)出錯(cuò)三次，超過后則放棄通信。在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)用本通信時(shí)傳輸距離只有幾米以內(nèi)而且環(huán)境干擾比較小，從而從外部因素上進(jìn)一步保證了通信的可靠性。</p><p>　　6.5.2通信速度分析</p><p>　　如果在不

110、考慮錯(cuò)誤發(fā)生的情況下，PC 機(jī)每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時(shí)需要附加12 個(gè)字節(jié)，其中8 個(gè)字節(jié)用于發(fā)送4 個(gè)字節(jié)用于應(yīng)答PC 機(jī)。每接收一幀數(shù)據(jù)時(shí)，需要附加13 個(gè)字節(jié)其中5 個(gè)字節(jié)用于接收8 個(gè)字節(jié)用于應(yīng)答。如：按每幀傳送32個(gè)字節(jié)計(jì)算的話，其發(fā)送和接收的效率為為忽略PC和PIC16F877A單片機(jī)的處理時(shí)間計(jì)算。發(fā)送數(shù)據(jù)速率、接收數(shù)據(jù)速率計(jì)算公式如下：</p><p>　　發(fā)送數(shù)據(jù)速率：9600*32/44=6981bi

111、t/s</p><p>　　接收數(shù)據(jù)速率：9600*32/45=6826bit/s</p><p>　　這是理論上的速率，實(shí)際中還應(yīng)包含PC和PIC16F877A單片機(jī)的處理信號幀，等待信號幀的時(shí)間。在本通信協(xié)議中，不會(huì)出現(xiàn)某信號幀已到達(dá)但PC或PIC16F877A單片機(jī)還未開始準(zhǔn)備接收的現(xiàn)象。在實(shí)際應(yīng)用中，因具體應(yīng)用環(huán)境不同PC和PIC16F877A單片機(jī)處理信號幀的時(shí)間會(huì)有不同，所以具

112、體速率值依具體應(yīng)用而變化。</p><p>　　7 Protel99設(shè)計(jì)原理圖</p><p>　?。?）使用Protel進(jìn)行電路板設(shè)計(jì)的第一步便是設(shè)計(jì)原理圖，原理圖決定了整個(gè)電路的基本功能，也是接下來生成網(wǎng)絡(luò)表和設(shè)計(jì)印刷電路板的基礎(chǔ)。</p><p>　?、?在Protel 99的初始界面下新建一個(gè)設(shè)計(jì)庫，該數(shù)據(jù)庫用來管理項(xiàng)目。 </p&g

113、t;<p>　　File-New-改文件名－改保存路徑－OK </p><p>　?、?進(jìn)入設(shè)計(jì)庫文件中的文件夾Document。</p><p>　?、?在Document 文件夾中新建原理圖文件和印制板文件。</p><p>　　File-New-Schematic Document-Ok-改文件名</p><p>　　

114、File-New-PCB Document-Ok-改文件名</p><p>　　④ 打開原理圖文件。</p><p>　?、?添加原理圖文件庫。</p><p>　　Design-Add/Remove Library- 瀏覽所需零件庫－Add-Ok</p><p>　?、?放置電路所需的各種元件，圖件，網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號等元器件。</p>

115、;<p>　　Design-Add/Remove Library- 瀏覽所需零件庫－Add-Ok</p><p>　　從零件庫中調(diào)出元件 Place-part</p><p>　　⑦ 對原圖元件進(jìn)行布局，布線，構(gòu)成一個(gè)完整的原理圖。</p><p>　　Place-part</p><p>　　⑧ 編輯和調(diào)整。然后進(jìn)

116、行輸出存檔。</p><p>　　右鍵－Properies….Designation-Part-Footrint Save</p><p>　?、?打印或建立報(bào)表。</p><p>　　圖7.1.1 protel設(shè)計(jì)的流程圖</p><p>　?。?）用PCB系統(tǒng)設(shè)計(jì)PCB板分以下7個(gè)步驟：</p><p>　?、?有

117、關(guān)參數(shù)的設(shè)置。這一步主要設(shè)定自動(dòng)布參數(shù)、自動(dòng)布線參數(shù)、板面參數(shù)等。</p><p>　　② PCB板尺寸設(shè)計(jì)。在禁止布線層上，沿設(shè)計(jì)的PCB邊畫邊框線，即指定自動(dòng)布局的范圍。這一步為自動(dòng)布局打基礎(chǔ)。同時(shí)，在上層板面（即元器件面）沿禁止布線層的邊框圖線放置銅線，這是PCB板最后成型所必須的。</p><p>　　③ 布局就是根據(jù)原理圖上元器件之間的連接關(guān)系，并考慮電磁兼容性以及元器件的安裝空

118、間和散熱等，總是將元器件放置在PCB電路板上適當(dāng)?shù)奈恢谩２季值暮脡闹苯佑绊慞CB板的電氣性能和布局的功能，是PCB板設(shè)計(jì)過程中最費(fèi)時(shí)、最繁瑣的。布局工作需要耐心、細(xì)致。盡管系統(tǒng)提供了自動(dòng)布局的功能，但是一般而言都需要手工調(diào)整。</p><p>　　手工布局，首先載入SCH生成的網(wǎng)絡(luò)表，通過手工移動(dòng)元器件PCB板上的排列位置實(shí)現(xiàn)布局。移動(dòng)元器件是最好打開網(wǎng)絡(luò)連接顯示，這樣就能觀察到相鄰元器件連線的疏 密。&

119、lt;/p><p>　　自動(dòng)布局，PCB系統(tǒng)環(huán)境提供自動(dòng)布局功能完成元器件放置，但在細(xì)節(jié)處最好使用手工調(diào)整。布局時(shí)要求相互間連線多的元器件應(yīng)該就近放置；相互間可能造成干擾的元器件應(yīng)遠(yuǎn)離：功率器件應(yīng)考慮散熱空間。</p><p>　　④ 自動(dòng)布線。布線就是在元器件引腳之間放置覆銅連線的過程，這一過程可以通過手工完成，也可以自動(dòng)進(jìn)行。但是Protel99的PCB系統(tǒng)提供了強(qiáng)大的自動(dòng)布線功能，建議使

120、用該功能自動(dòng)布線。在進(jìn)行自動(dòng)布線之前，設(shè)計(jì)人員必須先設(shè)計(jì)好布線參數(shù)，定義布線規(guī)則。如果不適當(dāng)，可能會(huì)導(dǎo)致自動(dòng)布線失敗，即布線的成功率不高，所以這一 步要特別注意</p><p>　　⑤ 啟動(dòng)設(shè)計(jì)規(guī)則檢查DRC，這一步利用PCB提供的DRC功能對完成布線的PCB板進(jìn)行檢查，這一步由軟件自動(dòng)完成。檢查的結(jié)果輸出在報(bào)告文件*.rep中，PCB軟件將出錯(cuò)處在PCB圖上顯示出來，為檢查、修改提供方便。</p>