PC機與單片機之間串行通信的系統(tǒng)研究與實現(xiàn)
李建霞
摘要：本文介紹了采用CCll00收發(fā)器通過串口來實現(xiàn)PC機與單片機之間的雙工無線通信，并從軟、硬件兩個方面的設(shè)計。
關(guān)鍵詞：串行通信 單片機 PC機 CCll00收發(fā)器
引言
隨著計算機技術(shù)尤其是單片機技術(shù)的發(fā)展，人們已越來越多地采用單片機來對一些工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、濕度等參數(shù)進行檢測和控制。PC機具有強大的監(jiān)控和管理功能，而單片機則具有快速及靈活的控制特點，通過PC機的RS 232串行接口與外部設(shè)備進行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。因此如何實現(xiàn)PC機與單片機之間的通信具有非常重要的現(xiàn)實意義。針對一些遠距離控制或者是危險性比較高的數(shù)據(jù)采集和控制的應用情況，本文主要介紹一種用雙工方式實現(xiàn)PC機與單片機之間的串行通信。
1.單片機串行通信原理與實現(xiàn)方法
串行通信是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序傳送。串行通信通過串行口來實現(xiàn)。在全雙工的串行通信中，僅需要一根發(fā)送線和一根接收線，串行通信可大大節(jié)省傳送線路的成本，但數(shù)據(jù)傳送速度慢。因此，串行通信適合于遠距離通信。
目前，在許多單片機應用系統(tǒng)中，上、下位機分工明確，作為下位機核心器件的單片機往往只負責數(shù)據(jù)的采集和通信，而上位機通常以基于圖形界面的Windows系統(tǒng)為操作平臺，為便于查詢和保存數(shù)據(jù)，還需要數(shù)據(jù)庫的支持，如在測控系統(tǒng)中使用SQL Server數(shù)據(jù)庫。
1．1 設(shè)計方案
　　為了通過串口實現(xiàn)PC機與單片機間的雙工通信，可有如下設(shè)計方案。
　　(1)設(shè)計方案一：有線傳輸
　　此方案是指PC機與單片機之間通過電纜線傳輸數(shù)據(jù)。有線傳輸?shù)膬?yōu)勢是性能比較穩(wěn)定，調(diào)試簡單，而不足之處在于它的應用范圍不夠廣、性能不夠好，而且傳輸距離受限，這樣就大大影響了系統(tǒng)的應用范圍。
　　(2)設(shè)計方案二：無線傳輸
　　此方案是指PC機與單片機通過無線信道傳輸數(shù)據(jù)。無線傳輸?shù)淖畲髢?yōu)勢是應用范圍廣，受距離約束較小，在一定范圍內(nèi)可以不用考慮距離問題，還可以應用在一些高溫、危險的場合。
　　CCll00是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應用而設(shè)計。CCll00構(gòu)建高性能射頻無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)方案應用無線通訊模塊采用透明模式進行通訊，即所收即所發(fā)，具有通訊距離遠、低功耗、接口靈活等優(yōu)點，使用者無需編碼和控制。CCll00通信距離(視距)大于300 m，而且能隔墻遙控，操作方便。
　　綜合上述分析，本文介紹的是采用CCll00收發(fā)器通過串口來實現(xiàn)PC機與單片機之間的雙工無線通信。
　　2硬件設(shè)計
　　2．1 總體框圖
　　此雙工無線通信系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。由于此系統(tǒng)可實現(xiàn)雙工通信，因此它可分為兩個通信過程：PC機(上位機)通過上位機程序界面發(fā)送數(shù)據(jù)給單片機，并送給液晶屏顯示相應的數(shù)據(jù)；鍵盤輸入數(shù)據(jù)傳給單片機，接著發(fā)送給PC機，并在PC機上位機程序界面上顯示出來。
 

　　(1)電平轉(zhuǎn)換電路
　　PC機的串行口采用的是標準的RS 232接口，單片機的串行口電平是TTL電平，而TTL電平特性與RS 232的電氣特性不匹配，因此為了使單片機的串行口能與RS 232接口通信，必須將串行口的輸入／輸出電平進行轉(zhuǎn)換。通常用MAX232芯片來完成電平轉(zhuǎn)換。
　　(2)單片機部分
　　單片機部分包括單片機、復位電路和時鐘電路。它將串口送過來的數(shù)據(jù)傳輸給CC1100收發(fā)器，或者將CCll00收發(fā)器傳送過來的數(shù)據(jù)通過串口給PC機。單片機的復位電路和時鐘電路是單片機工作所必需的。
　　(3)無線收發(fā)部分
　　無線收發(fā)部分由CC1100收發(fā)器組成，它將接收到的數(shù)據(jù)通過天線發(fā)射出去或從天線接收發(fā)送過來的數(shù)據(jù)。
　　(4)液晶顯示模塊
　　此處選用LCDl602液晶模塊，其內(nèi)部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。
　　(5)鍵盤輸入模塊
　　在鍵盤中按鍵數(shù)量較多時，為了減少I／O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。這樣，一個端口(如P1口)就可以構(gòu)成4×4=16個按鍵，比之直接將端口用于鍵盤多出了一倍。由此可見，在需要的鍵數(shù)比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是比較好的。矩陣式鍵盤的按鍵識別方法為行掃描法。此處選用4×4的矩陣鍵盤來輸入O～9的數(shù)字和a～f的字母。
　　3 軟件設(shè)計
　　本系統(tǒng)的軟件設(shè)計方面包括上位機程序和單片機程序的設(shè)計。上位機程序要實現(xiàn)的功能是在電腦上顯示一個操作界面，它可代替串口調(diào)試工具。
　　3．1 上位機程序
　　上位機程序可以用VB，VC++等語言來編程，但本方案采用比較方便的C#來編程實現(xiàn)，其流程圖如圖3所示。
 

 

 

　5 結(jié)語
　　采用CCll00收發(fā)器通過串口實現(xiàn)了PC機與單片機之間的雙工無線通信。此系統(tǒng)可應用到一些遠距離控制或者是危險性比較高的數(shù)據(jù)采集和控制的場合，用于采集溫度、濕度等參數(shù)，還可擴展到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，實現(xiàn)諸如無線抄表、智能家居等系統(tǒng)。
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