PC機與單片機串行通信設計方案

單片微型計算機簡(jiǎn)稱(chēng)單片機，它是將中央處理器(CPU)、存儲器(RAM，ROM)、定時(shí)/計數器和各種接口電路都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。隨著(zhù)計算機技術(shù)尤其是單片機技術(shù)的發(fā)展，人們已越來(lái)越多地采用單片機來(lái)對一些工業(yè)控制系統中如溫度、濕度等參數進(jìn)行檢測和控制。PC機具有強大的監控和管理功能，而單片機則具有快速及靈活的控制特點(diǎn)，通過(guò)PC機的RS 232串行接口與外部設備進(jìn)行通信，是許多測控系統中常用的一種通信解決方案。因此如何實(shí)現PC機與單片機之間的通信具有非常重要的現實(shí)意義。針對一些遠距離控制或者是危險性比較高的數據采集和控制的應用情況，本文主要介紹一種用雙工方式實(shí)現PC機與單片機之間的串行通信。

1 設計方案

為了通過(guò)串口實(shí)現PC機與單片機間的雙工通信，可有如下設計方案。

(1)設計方案一：有線(xiàn)傳輸

此方案是指PC機與單片機之間通過(guò)電纜線(xiàn)傳輸數據。有線(xiàn)傳輸的優(yōu)勢是性能比較穩定，調試簡(jiǎn)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的應用范圍。

(2)設計方案二：無(wú)線(xiàn)傳輸

此方案是指PC機與單片機通過(guò)無(wú)線(xiàn)信道傳輸數據。無(wú)線(xiàn)傳輸的最大優(yōu)勢是應用范圍廣，受距離約束較小，在一定范圍內可以不用考慮距離問(wèn)題，還可以應用在一些高溫、危險的場(chǎng)合。

因此，本文選用無(wú)線(xiàn)傳輸方案通過(guò)串口來(lái)實(shí)現PC機與單片機之間的雙工通信。無(wú)線(xiàn)傳輸可以用不同的方式來(lái)實(shí)現，常用的有紅外方式、藍牙方式，其他的還有射頻收發(fā)芯片如CC1100，PT2262/2272芯片等。

紅外通信是利用950 nm近紅外波段的紅外線(xiàn)作為傳遞信息的載體，通過(guò)紅外光在空中的傳播來(lái)傳遞信息，由紅外發(fā)射器和接收器實(shí)現。發(fā)射端將二進(jìn)制數字信號調制成某一頻率的脈沖序列，經(jīng)電光轉換電路，驅動(dòng)紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送到空中。接收端將接收到的光脈沖轉換成電信號，再經(jīng)解調和譯碼后恢復出原二進(jìn)制數字信號。其最大優(yōu)點(diǎn)是：不易被人發(fā)現和截獲，保密性強;幾乎不會(huì )受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強。此外，紅外線(xiàn)通信機體積小、重量輕、結構簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉。不足之處在于它必須在視距內通信，且傳播受天氣的影響。

CCll00是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無(wú)線(xiàn)應用而設計。CCll00構建高性能射頻無(wú)線(xiàn)數據傳輸技術(shù)方案應用無(wú)線(xiàn)通訊模塊采用透明模式進(jìn)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(diǎn)，使用者無(wú)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(guò)串口來(lái)實(shí)現PC機與單片機之間的雙工無(wú)線(xiàn)通信。

2 硬件設計

2.1 總體框圖

此雙工無(wú)線(xiàn)通信系統的總體框圖如圖1所示。由于此系統可實(shí)現雙工通信，因此它可分為兩個(gè)通信過(guò)程：PC機(上位機)通過(guò)上位機程序界面發(fā)送數據給單片機，并送給液晶屏顯示相應的數據;鍵盤(pán)輸入數據傳給單片機，接著(zhù)發(fā)送給PC機，并在PC機上位機程序界面上顯示出來(lái)。

2.2 實(shí)現電路圖

對應于上述框圖的電路實(shí)物圖如圖2所示。其左右兩個(gè)電路分別對應上述框圖中的左右兩個(gè)部分?？傮w來(lái)說(shuō)，它包括電平轉換電路、單片機處理部分、無(wú)線(xiàn)收發(fā)部分(CCll00收發(fā)器)、液晶顯示模塊和鍵盤(pán)輸入模塊五個(gè)部分。

(1)電平轉換電路

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FTL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(jìn)行轉換。通常用MAX232芯片來(lái)完成電平轉換。

(2)單片機部分

單片機部分包括單片機、復位電路和時(shí)鐘電路。它將串口送過(guò)來(lái)的數據傳輸給CC1100收發(fā)器，或者將CCll00收發(fā)器傳送過(guò)來(lái)的數據通過(guò)串口給PC機。單片機的復位電路和時(shí)鐘電路是單片機工作所必需的。

(3)無(wú)線(xiàn)收發(fā)部分

無(wú)線(xiàn)收發(fā)部分由CC1100收發(fā)器組成，它將接收到的數據通過(guò)天線(xiàn)發(fā)射出去或從天線(xiàn)接收發(fā)送過(guò)來(lái)的數據。

(4)液晶顯示模塊

此處選用LCDl602液晶模塊，其內部的字符發(fā)生存儲器已經(jīng)存儲了160個(gè)不同的點(diǎn)陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫(xiě)、常用的符號和日文假名等，每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼。

(5)鍵盤(pán)輸入模塊

在鍵盤(pán)中按鍵數量較多時(shí)，為了減少I(mǎi)/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤(pán)中，每條水平線(xiàn)和垂直線(xiàn)在交叉處不直接連通，而是通過(guò)一個(gè)按鍵加以連接。這樣，一個(gè)端口(如P1口)就可以構成4×4=16個(gè)按鍵，比之直接將端口用于鍵盤(pán)多出了一倍。由此可見(jiàn)，在需要的鍵數比較多時(shí)，采用矩陣法來(lái)做鍵盤(pán)是比較好的。矩陣式鍵盤(pán)的按鍵識別方法為行掃描法。此處選用4×4的矩陣鍵盤(pán)來(lái)輸入O～9的數字和a～f的字母。

3 軟件設計

本系統的軟件設計方面包括上位機程序和單片機程序的設計。上位機程序要實(shí)現的功能是在電腦上顯示一個(gè)操作界面，它可代替串口調試工具。