PC機與單片機之間的雙工通信設計

單片微型計算機簡稱單片機，它是將中央處理器（CPU）、存儲器（RAM，ROM）、定時/計數(shù)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。隨著計算機技術尤其是單片機技術的發(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 設計方案

為了通過串口實現(xiàn)PC機與單片機間的雙工通信，可有如下設計方案。

（1）設計方案一：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。

因此，本文選用無線傳輸方案通過串口來實現(xiàn)PC機與單片機之間的雙工通信。無線傳輸可以用不同的方式來實現(xiàn)，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950nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的載體，通過紅外光在空中的傳播來傳遞信息，由紅外發(fā)射器和接收器實現(xiàn)。發(fā)射端將二進制數(shù)字信號調(diào)制成某一頻率的脈沖序列，經(jīng)電光轉(zhuǎn)換電路，驅(qū)動紅外發(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(zhuǎn)換成電信號，再經(jīng)解調(diào)和譯碼后恢復出原二進制數(shù)字信號。其最大優(yōu)點是：不易被人發(fā)現(xiàn)和截獲，保密性強；幾乎不會受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強。此外，紅外線通信機體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉。不足之處在于它必須在視距內(nèi)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，為低功耗無線應用而設計。CCll00構(gòu)建高性能射頻無線數(shù)據(jù)傳輸技術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300m，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。

2.2 實現(xiàn)電路圖

對應于上述框圖的電路實物圖如圖2所示。其左右兩個電路分別對應上述框圖中的左右兩個部分?？傮w來說，它包括電平轉(zhuǎn)換電路、單片機處理部分、無線收發(fā)部分（CCll00收發(fā)器 ）、液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊五個部分。

（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。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。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 軟件設計

本系統(tǒng)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。

3.2 單片機程序

單片機程序主要包括主程序、單片機發(fā)送子程序、單片機接收子程序、液晶顯示子程序、鍵盤輸入子程序五部分，均采用C語言進行模塊化編程。由于篇幅原因，下面只給出了單片機發(fā)送子程序和接收子程序，如圖4，圖5所示。

4 測試結(jié)果

測試時，連接好硬件打開串行口COM1，并設波特率為9600b/s.單片機發(fā)送字符串“675”給PC機，其液晶顯示如圖6所示，相應的PC機界面顯示如圖7所示。PC機發(fā)送“69asd”給單片機，液晶屏上即可接收到“69asd”，如圖8，圖9所示。測試結(jié)果說明：基于串行口的PC機與單片機之間的雙工無線通信是切實可行的，而且無線傳輸?shù)木嚯x至少可達到100m.

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)絡領域，實現(xiàn)諸如無線抄表、智能家居等系統(tǒng)。
來源；21ic