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

1、<p><b>　　溫度監(jiān)控系統(tǒng)</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著“信息時代”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)已成為衡量一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展水平的重要標志之一。因此，了解并掌握各類傳感器的基本結(jié)構(gòu)、工作原

2、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?，使得人們可以利用計算機實現(xiàn)自動測量、信息處理和自動控制，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，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

3、感器應(yīng)用實例的原理和智能傳感器實例的分析了解，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應(yīng)用領(lǐng)域，每個領(lǐng)域都為了改革生產(chǎn)力、提高工效和時效，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

4、認識和了解，尤其是對溫度傳感器的深入研究以及其用法與用途，基于實用、廣泛和典型的原則而設(shè)計了本系統(tǒng)。本文利用單片機結(jié)合傳感器技術(shù)而開發(fā)設(shè)計了這一溫度監(jiān)控系統(tǒng)。文中傳感器理論單片機實際應(yīng)用有機結(jié)合，詳細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，以及實現(xiàn)熱電轉(zhuǎn)換的原理過程。</p><p>　　本設(shè)計應(yīng)用性比較強，設(shè)計系統(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)、實驗室溫度監(jiān)控

5、系統(tǒng)等等。課題主要任務(wù)是完成環(huán)境溫度檢測，利用單片機實現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)并通過計算機實施溫度監(jiān)控。設(shè)計后的系統(tǒng)具有操作方便，控制靈活等優(yōu)點。</p><p>　　本設(shè)計系統(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)動電路六個部分。文中對每個部分功能、實現(xiàn)過程作了詳細介紹。整個系統(tǒng)的核心是進行溫度監(jiān)控，完成了課題所有要求。</p><p><b>

6、　　1 設(shè)計要求</b></p><p><b>　　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胞繁殖的溫度內(nèi)，這主要在控制程序設(shè)計中考慮。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

7、制曲線</p><p>　?。?）微機自動調(diào)節(jié) 正常情況下，系統(tǒng)投入自動。</p><p>　?。?）模擬手動操作 當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生異常，投入手動操作。</p><p>　?。?）微機監(jiān)控功能 顯示當(dāng)前被控量的設(shè)定值、實際值，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

8、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)要求長時間監(jiān)視培養(yǎng)液的溫度，并對當(dāng)前的溫度進行控制。本控制對象為生物繁殖用培養(yǎng)液，采用繼電器進行控制。</p><p>　　2 系統(tǒng)的硬件配置</p><p>　　2.1 單片機和系統(tǒng)總線</p><p>　　單片機：PIC16F877A（PIC16F877A為美國MICORCHIP公司生產(chǎn)的帶A

9、/D轉(zhuǎn)換的8位單片機）。</p><p>　　顯示系統(tǒng)：商用計算機。</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個功能組，包括4條數(shù)據(jù)線，11條控制線，3條定時線，7條備用線和未定義線。</p><p&

10、gt;　　操作系統(tǒng)：Windows 2000。</p><p>　　2.2 硬件介紹 </p><p>　　計算機工作的外圍電路設(shè)備</p><p><b>　?。?）溫度傳感器</b></p><p>　　溫度傳感器采用補償型NTC熱敏電阻其主要性能如下：</p><p>　?、傺a償型NTC

11、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度測量和計量設(shè)備。</p><p><b>　　②外型結(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>　

12、　時間常數(shù)≤30S　　</p><p>　　測量功率≤0.1mW</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>　　

13、圖2.2.2溫度傳感器功耗曲線圖</p><p>　　（2）核心處理單元MicroChip PIC16F877A單片機</p><p>　　MicroChip PCI16F877A單片機主要性能：</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

14、兩個周期外，其余的均為單周期指令。</p><p>　　運行速度：DC-20M時鐘輸入。</p><p>　　DC-200ns指令周期。</p><p>　　8K*14個FLASH程序存儲器。</p><p>　　368*8個數(shù)據(jù)存儲器（RAM）字節(jié)。</p><p>　　引腳輸出和PIC16C73B/74B/76/7

15、7兼容。</p><p>　　中斷能力（達到14個中斷源）。</p><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>　　上電定時器(PWRT)和震動啟動定時器。</p><p>　　監(jiān)視定時器（WDT）

16、，它帶有片內(nèi)可靠運行的RC振蕩器。</p><p><b>　　可編程的代碼保護。</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。<

17、;/p><p><b>　　全靜態(tài)設(shè)計。</b></p><p>　　在線串行編程(ICSP)。</p><p>　　單獨5v的內(nèi)部電路串行編程(ICSP)能力。</p><p>　　處理機讀/寫訪問程序存儲器。</p><p>　　運行電壓范圍2.0v到5v。</p><p>

18、;　　高輸入/輸出電流25mA。</p><p>　　商用，工業(yè)用溫度范圍。</p><p><b>　　低功耗：</b></p><p>　　在5v,4MHz時典型值小于2mA。</p><p>　　在3v,32KHz時典型值小于20uA。</p><p>　　典型的靜態(tài)電流值小于1uA。<

19、;/p><p><b>　　外圍特征：</b></p><p>　　Timer 0 ：帶有預(yù)分頻的8位定時器/計數(shù)器。</p><p>　　Timer 1 ：帶有預(yù)分頻的16位定時器/計數(shù)器，在使用外部晶體時鐘時在</p><p>　　SLEEP期間仍能工作。</p><p>　　Timer 2 ：帶

20、有8位周期寄存器，預(yù)分頻和后分頻器的8位定時器/計數(shù)器</p><p>　　2個捕捉器，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>　　1

21、0位多通道模/數(shù)轉(zhuǎn)換器。</p><p>　　帶有SPI（主模式）和I2C（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>&

22、lt;p>　　（3）RS-232-C接口電路</p><p>　　計算機與計算機或計算機與終端之間的數(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，特別是在遠程傳輸時，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，要求通訊雙方都采用一個標準接口，使不同 的設(shè)備可以方便地連接起來進行通訊。 RS-232-C接口（又稱 EIA

23、 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（EIA）聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、 調(diào)制解調(diào)器廠家及計算機終端生產(chǎn)廠家共同制定的用于串行通訊的標 準。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 串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”該標準規(guī)定采用一個25個腳的 DB25連接器，對連接器的每個引腳的信號內(nèi)容加以規(guī)定，還對各種信 號的電平加

24、以規(guī)定。</p><p>　?、俳涌诘男盘杻?nèi)容 實際上RS-232-C的25條引線中有許多是很少使用的，在計算機通訊中一般只使用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邏輯關(guān)系。即：邏輯?！?”，-5~-15V；邏輯“0” +5~ +15V 

25、。噪聲容限為2V。即 要求接收器能識別低至+3V的信號作為邏輯“0”，高到-3V的信號 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機連接的RS-232-C接口,因為不使用對方的傳送控制信號,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

26、9芯插頭座，傳輸線采用屏蔽雙絞線。</p><p>　?、軅鬏旊娎|長度 由RS-232C標準規(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，其實這個4%的碼元畸變是很保守的，在實際應(yīng)用中，約有99%的用戶是按碼元畸變10~20%的范圍工作的，所以實際使用中最大距離會遠超過50英尺。</p><p>　　圖2.3.1 Max232結(jié)構(gòu)圖</p><p&

27、gt;<b>　?。?）繼電器</b></p><p>　　繼電器是具有隔離功能的自動開關(guān)，廣泛用于遙控，遙測，通信，自動控制，機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>　　繼電器是在自動控制電路中起控制與隔離作用的執(zhí)行部件，它實際上是一種可以用低電壓、小電流來控制大電流、高電壓的自動開關(guān)。在本系統(tǒng)中，繼電器控制的自動溫度調(diào)節(jié)電路和PCI1

28、6F877A單片機中程序構(gòu)成溫度自動監(jiān)測電路，實現(xiàn)對生物培養(yǎng)液溫度的監(jiān)測和自動控制</p><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，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>

29、<p>　　半導(dǎo)體制冷片由許多N型和P型半導(dǎo)體之顆粒互相排列而成，而N P之間以一般的導(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)液進行溫度監(jiān)控，故太快的溫度變化對生物繁殖顯</p

30、><p>　　圖2.5.2半導(dǎo)體降溫片外觀圖</p><p>　?、诒究刂葡到y(tǒng)是對生物培養(yǎng)液進行溫度監(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

31、功能由單片機實現(xiàn)。</p><p>　　圖3.1溫度控制系統(tǒng)的組成框圖</p><p>　　培養(yǎng)皿的傳遞函數(shù)為，其中τ1為電阻加熱的時間常數(shù)，為電阻加熱的純滯后時間，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>　?。?-1-1）</b></p

32、><p>　　廣義對象的Z傳遞函數(shù)為 </p><p>　?。?-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>

33、　　= （3-1-4） </p><p>　　寫成差分方程即為 </p><p>　?。?-1-5）

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

35、</p><p>　　——第次采樣時的偏差；</p><p>　　——第次采樣時的偏差；</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單片機中的A/D轉(zhuǎn)換器構(gòu)成輸入通道，用于采集培

36、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)字化后進行比較，即可得到實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單片機中程序設(shè)定。由Micro Chip PIC16F877A單片機構(gòu)成的數(shù)字控制器進行比較運算，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)液溫度進行調(diào)節(jié)。同時通過電平轉(zhuǎn)換電路把當(dāng)前溫度傳輸?shù)缴逃糜嬎銠C的串口中

37、，由計算機動態(tài)的顯示培養(yǎng)皿中的溫度，正常情況下溫度控制由Micro Chip PIC16F877A單片機自動控制。必要時，計算機也可以通過軟件來強制改變培養(yǎng)皿中溫度。</p><p>　　5 溫度控制系統(tǒng)軟件設(shè)計</p><p>　　5.1 Microchip PIC16F877A單片機溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖如圖5.1.1所示。</p><p>　　圖5.1.1單

38、片機溫度控制系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　5.2 單片機控制流程圖</p><p>　　圖5.2.1單片機控制流程圖</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，溫度起點為12℃，滿量程為48℃。Micro Chip PIC16F877A單片機內(nèi)嵌的10位A/D

39、轉(zhuǎn)換器對應(yīng)輸出的數(shù)字量為0000000000B~1111111111B（0~5V），應(yīng)用以下變換公式進行變換：</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實際測量值

40、。</b></p><p>　　N0儀表下限對應(yīng)的數(shù)字量。</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>　　采用折線擬合法進行線性化處理</p><p>　　如圖5.

41、4.1所示，分為以下幾段：</p><p>　　當(dāng)1.73V≤Ax<2.52V時，T℃=0.06*WN+12</p><p>　　當(dāng)1.40V≤WN<1.73V時，T℃=0.03*WN+25</p><p>　　當(dāng)1.24V≤WN<1.40V時，T℃=0.016*WN+40</p><p>　　當(dāng)1.06V≤WN<1.

42、24V時，T℃=0.018WN+50</p><p>　　表5.4.1 溫度曲線實際測量數(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</p><p>　　由于溫度采集和實施控制是通過單片機控制系統(tǒng)

43、實現(xiàn)，而微機完成溫度監(jiān)控，所以需要采用單片機和微機之間的通信協(xié)議。本設(shè)計應(yīng)用條件為傳輸距離不超過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)計時采用3 線制（RXD ，TXD ，GND）軟握手的零MODEM方式。即：將PC機和單片機的“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）

44、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。這樣即可以實現(xiàn)預(yù)定的任務(wù)，又可以簡化電路設(shè)計節(jié)約了成本。</p><p>　　由于RS232C是早期為促進公用電話網(wǎng)絡(luò)進行數(shù)據(jù)通信而制定的標準，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機和單片機的RXD和TXD交叉連接時，必須進行電平轉(zhuǎn)換。</p>&l

45、t;p>　　下圖即為通信時的硬件連接圖，其中器件MAX232完成邏輯電平轉(zhuǎn)換的任務(wù)。</p><p>　　圖6.1 電平轉(zhuǎn)換電路圖</p><p>　　注：在PC機中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

46、><b>　　6.1 軟件設(shè)計</b></p><p>　　在進行數(shù)據(jù)通信的軟件設(shè)計時，必須解決好兩個方面的問題：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。可靠快速轉(zhuǎn)輸?shù)膶崿F(xiàn)，需要PC-單片機軟件以及通信協(xié)議等各個環(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>&l

47、t;p>　　在設(shè)計PC-單片機通信協(xié)議時，需說明一點：在本系統(tǒng)的實際通信中，PC機是主控者單片機只是被動接收者。采用這種通信協(xié)議較雙方互為主控者時簡單。</p><p>　　本通信協(xié)議的設(shè)計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，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。此時傳輸數(shù)據(jù)即執(zhí)行命令具體如下：</p><p

48、>　　(1) 在PC讀數(shù)據(jù)時，遵循“讀命令-等數(shù)據(jù)-報告”，即PC下達一命令，等待接收數(shù)據(jù)，根據(jù)所接收數(shù)據(jù)的正誤向應(yīng)用程序報告此命令的執(zhí)行情況。</p><p>　　(2) 在PC寫數(shù)據(jù)時，遵循“寫命令-等回應(yīng)-報告”，即PC下達一寫命令（此時所要寫的數(shù)據(jù)含于此命令中），等待單片機發(fā)來的“已正確接收”的回應(yīng)信號，并向應(yīng)用程序報告此命令執(zhí)行完畢。</p><p>　　(3) 如果在轉(zhuǎn)輸

49、過程中，其間PC或MCU所接收任何一幀信號出現(xiàn)錯誤時，均會向?qū)Ψ桨l(fā)送重發(fā)此幀信號的請求。如果連續(xù)三次轉(zhuǎn)輸失敗，則退出通信并向應(yīng)用程序報告。</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，PC向PIC16F877A發(fā)送的命令信號。</p><p>　　(

50、2) 寫命令幀：當(dāng)PC寫數(shù)據(jù)時，PC向PIC16F877A發(fā)送的命令信號(內(nèi)含所要寫的數(shù)據(jù))。</p><p>　　(3) 數(shù)據(jù)幀：當(dāng)PC讀數(shù)據(jù)時，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，PIC16F877A向PC報告數(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

51、，PIC16F877A所接收的信號幀(讀/寫命令幀)有誤時向PC發(fā)出的請求重發(fā)信號。</p><p>　　(6) 放棄命令幀：當(dāng)PC讀/寫數(shù)據(jù)時出現(xiàn)了使程序無法正常執(zhí)行時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>　　幀頭標志(

52、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)的標志。</p><p>　　幀類型(1 Bit): 所用信號幀的識別標志,即1.2.1 信號幀分類中的各類型信號的標志字節(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

53、地址。</p><p>　　長度(1Byte): 一次命令所轉(zhuǎn)輸?shù)臄?shù)據(jù)長度。</p><p>　　校驗和(1Byte): 此幀信號的校驗字節(jié),為異或校驗。</p><p>　　幀尾標志(1Byte): 此幀信號的結(jié)束標志。</p><p><b>　　(2) 寫命令幀</b></p><p>　　

54、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>　　(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>　　

55、空無意義:為了PIC16F877A編程的方便而加入。其它分析同上。</p><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>　　錯誤碼:<

56、/b></p><p>　　00H 執(zhí)行PC命令發(fā)放棄幀回應(yīng)被動退出通訊。</p><p>　　01H PIC16F877A 單片機方寫入芯片發(fā)生錯誤主動通知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

57、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</p><p>　　將應(yīng)用程序發(fā)送過來的數(shù)據(jù)作為一個數(shù)據(jù)流放在發(fā)送緩沖區(qū)中，通過通信協(xié)議進行分幀──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>　　單片機串口通信軟件設(shè)計流程圖<

58、;/p><p>　　圖6.2.3單片機串口通信軟件流程圖</p><p>　　PC接收數(shù)據(jù)軟件設(shè)計流程</p><p>　　N N</p><p>　　Y Y</p><p><b>　　Y&l

59、t;/b></p><p><b>　　Y</b></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

60、流程圖 </p><p>　　6.3 PC 上位機的軟件設(shè)計</p><p>　　6.3.1 PC軟件設(shè)計方法的選擇</p><p>　　在開發(fā)PC上位機的通信程序中,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Win

61、dows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。同時在Windows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 I

62、nterface）用戶程序接口函數(shù)；</p><p>　　(2) 利用ActiveX控件；</p><p>　　后者的主要特點是簡單易學(xué)，但前者的功能更為強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。在軟件

63、設(shè)計時應(yīng)根據(jù)實際情況選擇合適的方式。</p><p><b>　?。?）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)定的超時時間已到時才返回。例如：（以C++ Builder編程語言為例下同）</p><p><b>　　……………………&

64、lt;/b></p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　COMMTIMEOUTS cto;</p><p>　　int timeConstant, timeMutiplier;</p><p>　　cto.ReadTotalTimeoutConstant = timeConstant

65、; //設(shè)置總超時常數(shù)</p><p>　　cto.ReadTotalTimeoutMultiplier = timeMutiplier; //設(shè)置總超時系數(shù)</p><p>　　SetCommTimeouts(m_hFile,&cto); //超時設(shè)置</p><p>　　…………………………</p><p>　　………………………

66、…</p><p>　　ReadFile (hComport,inBuffer,nWantRead,&nRealRead,NULL);//讀串口</p><p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)用于設(shè)置超時,指定讀寫函數(shù)的等待時間</p>

67、<p>　　在ReadFile 函數(shù)中hComport 為待讀串口句柄;inBuffer 為輸入緩沖區(qū)大小;nWantRead 為每次調(diào)用ReadFile 時,函數(shù)試圖讀出的字節(jié)數(shù);nRealRead 為實際讀出的字節(jié)數(shù);最后一個參數(shù)值NULL 代表ReadFile將采用同步文件讀寫方式。</p><p><b>　?。?）異步方式</b></p><p>

68、;　　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進行,而應(yīng)用程序的其它部分在前臺執(zhí)行例如:</p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p>

69、<p>　　CreateFile(lpszPort, //打開串口</p><p>　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE,</p><p><b>　　0,</b></p><p><b>　　0,</b></p><p><b>　　……………………<

70、/b></p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　OPEN_EXISTING,</p><p>　　FILE_FLAG_OVERLAPPED, //允許異步操作</p><p><b>　　0);</b></p><p>　　OVERLA

71、PPED lpOverlapped;</p><p>　　COMMTIMEOUTS cto;</p><p>　　int timeConstant, timeMutiplier;</p><p>　　cto.ReadTotalTimeoutConstant = timeConstant; //設(shè)置總超時常數(shù)</p><p>　　cto.Rea

72、dTotalTimeoutMultiplier = timeMutiplier; //設(shè)置總超時系數(shù)</p><p>　　SetCommTimeouts(m_hFile,&cto); //超時設(shè)置</p><p>　　lpOverlapped.hEvent=CreateEvent (NULL.TRUE,FALSE,NULL);</p><p><b&g

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

74、/讀串口</p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　lpOverlapped 是1個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

75、完成時,Windows95發(fā)送該事件信號。</p><p>　?。?）兩種方式的比較</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，線程自動向應(yīng)用程序發(fā)送一個數(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時間，這樣系統(tǒng)實際上具有了同時控制多個通信設(shè)備（

76、如MODEM）的能力。因此在對系統(tǒng)強壯性要求較高的場合下應(yīng)采用異步方式。</p><p>　　異步方式的優(yōu)點也恰是同步方式的缺點。使用同步方式時容易發(fā)生線程阻塞，從而使系統(tǒng)性能下降。但在某些場合下，該缺點可以通過一些措施盡可能地減小，而其簡單易用的優(yōu)點卻是很好地體現(xiàn)出來。如果不考慮Win95的進程和線程的問題，僅在串口有數(shù)據(jù)時，去讀串口緩沖區(qū)就可以了。此時確定串口讀取的時機，握手協(xié)議及軟件糾錯的實現(xiàn)是程序員應(yīng)考慮

77、的主要問題，也是減小線程阻塞所帶來的負面影響的主要措施。</p><p>　　可以采用同步轉(zhuǎn)輸方式的場合有如下一些特點：</p><p>　?、?何時轉(zhuǎn)輸數(shù)據(jù)由PC機來決定，下位機只是被動接收并執(zhí)行命令。</p><p>　?、?有限時間內(nèi)，PC機命令可以執(zhí)行完畢并返回結(jié)果。而不會使PC機處于長時間等待。</p><p>　?、?每次所轉(zhuǎn)輸?shù)?/p>

78、數(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>　　我們在開發(fā)串行通信程序時，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具體實現(xiàn)方法</p><p>　　下面以C++ Builder為例，敘述PC機通信軟件的實現(xiàn)過程：</p><p><b>　　(1)打

79、開串口</b></p><p>　　在Win32中，串口和其他通信設(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)打開串口進行讀寫操作的例子如下：

80、</p><p>　　mHandle = CreateFile(lpszPort, //串口名</p><p>　　GENERIC_READ|GENERIC_WRITE, //允許讀/寫</p><p>　　0, //獨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>　　O

81、PEN_EXISTING, //串口是已存在的不能建新端口</p><p>　　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_

82、HANDLE_VALUE。</p><p><b>　　(2)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，奇偶校驗位I/O 緩沖大小以及超時等參數(shù)的設(shè)置。在調(diào)用API 函數(shù)進行串口初始化時，波特率，數(shù)據(jù)位，奇偶校驗停止位的信息包含于一個DCB結(jié)構(gòu)中，而超時方面的信息則包含于COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)中，</p>

83、<p>　　一般在用CreateFile 打開串行口后，可以調(diào)用GetCommState 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, &

84、amp;dcb) //讀取DCB結(jié)構(gòu)</p><p><b>　　……………………</b></p><p><b>　　……………………</b></p><p>　　dcb.BaudRate=9600 // 設(shè)置波特率為9600b/s</p><p>　　dcb.ByteSize=8; // 每個字

85、符有8位</p><p>　　dcb.Parity=NOPARITY; // 無校驗</p><p>　　dcb.StopBits=ONESTOPBIT; // 一個停止位</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

86、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><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>　　…………………………<

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

88、某一個COMMTIMEOUTS結(jié)構(gòu)的內(nèi)容來設(shè)置超時。</p><p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　TimeOuts. ReadIntervalTimeout=0 //讀間隔超時</p><p>　　TimeOuts.ReadTotalTimeoutMultiplier=10 //讀時

89、間系數(shù)</p><p>　　TimeOuts.ReadTotalTimeoutConstant=100 //讀時間常量</p><p>　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutMultiplier=10 //寫時間系數(shù)</p><p>　　TimeOuts.WriteTotalTimeoutConstant=100 //寫時間常數(shù)</p>

90、<p>　　SetCommTimeouts(hCom, &TimeOuts); // 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。總超時的計算

91、公式是：</p><p>　　總超時=時間系數(shù)×要求讀/寫的字符數(shù)+ 時間常數(shù)</p><p>　　異步方式讀寫串行口時雖然ReadFile()和WriteFile() 在完成操作以前就可能返回但超時仍然是起作用的。這種情況下，超時規(guī)定的是操作的完成時間而不是ReadFile()和WriteFile()的返回時間。</p><p><b>　　(

92、3)讀寫串口</b></p><p>　　初始化工作完成以后便可以根據(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。其中何時讀取單片機發(fā)送過來的數(shù)據(jù)信息及應(yīng)答信息是重要的。此時采取的是事件驅(qū)動法，即：設(shè)置通信資源上的事件掩碼為EV_RXCHAR 。當(dāng)接收到一個字符并放入緩沖區(qū)后即通知應(yīng)用程序例。</p><p>　　//P

93、C發(fā)送一組命令至單片機</p><p>　　WriteFile(mHandle, //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>　　lpOverlap

94、ped) //異步方式</p><p>　　//設(shè)置通信事件掩碼</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

95、os ;</p><p>　　memset( &os, 0, sizeof( OVERLAPPED ) ) ;</p><p>　　os.hEvent=CreateEvent(NULL TRUE FALSE NULL)</p><p>　　if(!WaitCommEvent(m_hFile, &dwEvtMask, &os)) // 重疊操作

96、</p><p>　　if(GetLastError()==ERROR_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);&

97、lt;/p><p>　　//事件已發(fā)生安排讀操作</p><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, //實際所讀長度</p><p&

98、gt;　　lpOverlapped) //異步方式</p><p><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)將不會繼續(xù)執(zhí)行。在實際程序設(shè)計中我們可以設(shè)置一時限，超過此時限通信事件未到則執(zhí)行相應(yīng)錯誤處理此時，只需將GetOverlappedResult函數(shù)替換為WaitForSingleObject

99、函數(shù)此函數(shù)的聲明形式如下：</p><p>　　WaitForSingleObject(</p><p>　　HANDLE hEvent, //事件句柄</p><p>　　unsigned long mTimeOuts //超時設(shè)置</p><p><b>　　)</b></p><p><

100、;b>　　(4) 關(guān)閉串口</b></p><p>　　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為打開串口時返回的句柄</p><p>　　6.4 單片機軟件設(shè)計</p><p>　　我們知道影響數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)輸產(chǎn)生錯誤的因素有：

101、轉(zhuǎn)輸線分布參數(shù)上下位機間的波特率誤差現(xiàn)場干擾等。而針對近程小批量數(shù)據(jù)的通信，下位機的波特率誤差性是影響可靠通信的最主要因素。所以在單片機軟件的設(shè)計時應(yīng)重點考慮并設(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的振蕩電路是由晶體及電容C1 和C2 構(gòu)成

102、。晶振頻率主要由晶體的因有頻率決定，同時也與電容C1、C2及外界溫度有一定的關(guān)系。另外，晶體頻率的標稱值與實際值也不可能完全一致。</p><p>　?、诓ㄌ芈首畲笤试S誤差分析</p><p>　　在異步串行通信方式1中單片機以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的負跳變，16分頻計數(shù)器立刻復(fù)位，使之滿度翻轉(zhuǎn)的時刻恰好與輸入位的邊沿對準。16分頻計數(shù)器把每

103、個接收位的時間分為16 份，在中間三位即7 ，8 ，9 ，狀態(tài)時位檢測器對RXD 端的值采樣，并以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，采樣點離該位的中點半位間隔時將會對該位采樣兩次。即：欲使接收的第N位為正確位時，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

104、時，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，此時不宜用其標稱值，可以采用測量其波特率的方法來得出實際的晶振波特率值。</

105、p><p>　?。?）單片機軟件的實現(xiàn)</p><p>　　①設(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><

106、/p><p>　　MOV SCON,#50H 初始化串口設(shè)為方式1</p><p>　　MOV TMOD,#20H 利用定時器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)置定時器初始值</p><p>　　SETB TR1 啟

107、動定時器1</p><p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　　…………………………</p><p>　?、诘却邮誔C機發(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)計結(jié)論</p><p>　　6.5.1通信可

108、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)議的可靠性上，本通信協(xié)議的可靠性主要有兩點理論基礎(chǔ)：</p><p>　　(1)通過判斷幀頭起始字符來決定一幀的開始，這樣就避免了部分數(shù)據(jù)進入到內(nèi)部數(shù)據(jù)處理之中。這個可能性在1/256， 通過停止位的判斷可將這個可能性再降低1/256。 另外通過幀類型字節(jié)的判斷可使之進一步降低。</p><p>　　(

109、2)校驗字將整幀信號進行異或校驗則使誤收的可能很小。如果將此異或校驗改為CRC校驗則出錯的可能性更是微乎其微了。本通信所用協(xié)議具有糾錯功能，這體現(xiàn)在當(dāng)PC 發(fā)送或接收數(shù)據(jù)時，當(dāng)所接收的應(yīng)答信號出現(xiàn)失誤時，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)出錯三次，超過后則放棄通信。在實際應(yīng)用中，應(yīng)用本通信時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一步保證了通信的可靠性。</p>&

110、lt;p>　　6.5.2通信速度分析</p><p>　　如果在不考慮錯誤發(fā)生的情況下，PC 機每發(fā)送一幀數(shù)據(jù)時需要附加12 個字節(jié)，其中8 個字節(jié)用于發(fā)送4 個字節(jié)用于應(yīng)答PC 機。每接收一幀數(shù)據(jù)時，需要附加13 個字節(jié)其中5 個字節(jié)用于接收8 個字節(jié)用于應(yīng)答。如：按每幀傳送32個字節(jié)計算的話，其發(fā)送和接收的效率為為忽略PC和PIC16F877A單片機的處理時間計算。發(fā)送數(shù)據(jù)速率、接收數(shù)據(jù)速率計算公式如下

111、：</p><p>　　發(fā)送數(shù)據(jù)速率：9600*32/44=6981bit/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，實際中還應(yīng)包含PC和PIC16F877A單片機的處理信號幀，等待信號幀的時間。在本通信協(xié)議中，不會出現(xiàn)某信號幀已到達但PC或PIC16F877A單片機還未開始準備接收的現(xiàn)象。

112、在實際應(yīng)用中，因具體應(yīng)用環(huán)境不同PC和PIC16F877A單片機處理信號幀的時間會有不同，所以具體速率值依具體應(yīng)用而變化。</p><p>　　7 Protel99設(shè)計原理圖</p><p>　?。?）使用Protel進行電路板設(shè)計的第一步便是設(shè)計原理圖，原理圖決定了整個電路的基本功能，也是接下來生成網(wǎng)絡(luò)表和設(shè)計印刷電路板的基礎(chǔ)。</p><p>　?、?在Pro

113、tel 99的初始界面下新建一個設(shè)計庫，該數(shù)據(jù)庫用來管理項目。 </p><p>　　File-New-改文件名－改保存路徑－OK </p><p>　?、?進入設(shè)計庫文件中的文件夾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-Sc

114、hematic Document-Ok-改文件名</p><p>　　File-New-PCB Document-Ok-改文件名</p><p>　?、?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>

115、<p>　?、?放置電路所需的各種元件，圖件，網(wǎng)絡(luò)標號等元器件。</p><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>　?、?對原圖元件進行布局，布線，構(gòu)成一個完整的原理圖。</p><p&g

116、t;　　Place-part</p><p>　?、?編輯和調(diào)整。然后進行輸出存檔。</p><p>　　右鍵－Properies….Designation-Part-Footrint Save</p><p>　?、?打印或建立報表。</p><p>　　圖7.1.1 protel設(shè)計的流程圖</p><p>　?。?/p>

117、2）用PCB系統(tǒng)設(shè)計PCB板分以下7個步驟：</p><p>　　① 有關(guān)參數(shù)的設(shè)置。這一步主要設(shè)定自動布參數(shù)、自動布線參數(shù)、板面參數(shù)等。</p><p>　?、?PCB板尺寸設(shè)計。在禁止布線層上，沿設(shè)計的PCB邊畫邊框線，即指定自動布局的范圍。這一步為自動布局打基礎(chǔ)。同時，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><

118、;p>　?、?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)計過程中最費時、最繁瑣的。布局工作需要耐心、細致。盡管系統(tǒng)提供了自動布局的功能，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，通過手工移動元器件PCB板上的排列

119、位置實現(xiàn)布局。移動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。</p><p>　　自動布局，PCB系統(tǒng)環(huán)境提供自動布局功能完成元器件放置，但在細節(jié)處最好使用手工調(diào)整。布局時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)遠離：功率器件應(yīng)考慮散熱空間。</p><p>　?、?自動布線。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

120、以通過手工完成，也可以自動進行。但是Protel99的PCB系統(tǒng)提供了強大的自動布線功能，建議使用該功能自動布線。在進行自動布線之前，設(shè)計人員必須先設(shè)計好布線參數(shù)，定義布線規(guī)則。如果不適當(dāng)，可能會導(dǎo)致自動布線失敗，即布線的成功率不高，所以這一 步要特別注意</p><p>　?、?啟動設(shè)計規(guī)則檢查DRC，這一步利用PCB提供的DRC功能對完成布線的PCB板進行檢查，這一步由軟件自動完成。檢查的結(jié)果輸出在報告文件