毕业设计（论文）-基于PC104与单片机系统的自动数据检查仪.doc

基于基于 PC/104PC/104 与单片机系统的自动数据检查仪与单片机系统的自动数据检查仪 摘要摘要 :以 PC104 模块及嵌入式单片机系统为基础组建的自动数据检查仪 ,具有 强大的以太网和 CA N 总线通信功能 。 在 PC104 模块底板上 ,设计了一个基于 89 C51 单 片机的数据采集器 ,用于采集相应传感器监测值并通过串口将该 监测值传送到 PC104。该设计简化了 数据监测的软 硬件 , 并且编 程简单 , 充分利用了 PC104 的空 闲串口资源 。 本设计侧重于软件设计 ，致力于在软件的智能控制，及程序优化方面对该系统 作些探讨 。 关键词关键词 :数据采集器; 单片机; 串行通信; PC104 Abstract: Based on PC104 embedded module and is based on the formation of single-chip microcomputer system of automated data checking device, with powerful Ethernet and CA N bus communication. PC104 module in the backplane, the design of a microcontroller 89 C51-based data acquisition system for collecting the appropriate sensors to monitor the value and values through the serial port of the monitoring to the PC104. The design simplifies the data monitoring software and hardware, and programming is simple, take full advantage of the PC104 free serial resources. The design focuses on software design, committed to the intelligent control software, and procedures for optimization of the system to explore more. Key words: data acquisition; singlechip; serial communication; PC104 目目 录录 1 1无线通信的常见技术无线通信的常见技术 .- 3 - 1.1蓝牙技术 .- 3 - 1.2NFC 近场通信.- 4 - 1.3IRDA 和 UWB 通信.- 4 - 1.4WI-FI（802.11）通信.- 5 - 2系统总体设计系统总体设计 .- 6 - 2.1无线数据传输过程 .- 6 - 2.2单片机最小系统 .- 7 - 2.3系统电路分析 .- 8 - 2.4器件的选择 .- 10 - 2.4.1nRF401-433MHZ 单片无线收发芯片简介.- 10 - 2.4.2AT89C51简介.- 11 - 2.4.3串行接口的选择.- 12 - 2.4.4无线数据传输模块的选择.- 12 - 2.4.5MAX232芯片的选择.- 13 - 3系统软件设计系统软件设计 .- 13 - 3.1软件设计组成部分 .- 13 - 3.2单片机初始化程序 .- 13 - 3.3主程序 .- 14 - 3.4PC104 串口通信程序设计.- 16 - 3.4.1L CR 寄存器初始化.- 16 - 3.4.2中断允许寄存器和中断识别寄存器.- 16 - 3.4.3M CR 初始化.- 17 - 3.5软件调试 .- 17 - 4总结及致谢总结及致谢 .- 18 - 4.1总结 .- 18 - 4.2致 谢.- 19 - 5 5参考文献参考文献 .- 20 - 6附录附录 .- 21 - 附录一：PC104 程序清单.- 21 - 附录二：AT89C51 发送程序清单.- 24 - 附录三：AT89C51 接收程序清单.- 25 - 1 1无线通信的常见技术无线通信的常见技术 1.1 蓝牙技术蓝牙技术 （1）蓝牙简介 爱立信在 1994 年开始研究一种能使手机与其附件（如耳机）之间互相通信的无线模块， 4 年后，爱立信、诺基亚、IBM 等公司共同推出了蓝牙技术，主要用于通信和信息设备的无 线连接。 蓝牙工作频率在 2.4GHZ，有效范围大约在 10m 半径内。在此范围内，采用蓝牙技术的 多台设备，如手机、微机、激光打印机等能够无线互联，以约 1mb/s 的速率相互传递数据， 并能方便的接入互联网。随着蓝牙芯片价格和耗电量的不断降低，蓝牙已成为许多高端 PDA 和手机的必备功能。 （2）蓝牙的系统结构及网络结构 整个蓝牙系统结构可由底层硬件模块、中间协议层和应用层三部分组成。蓝牙底层模 块由基带层（BB） 、链路管理层（LM）和射频层（RF)构成。RF 主要负责射频处理和基频调 制；BB 负责跳频和蓝牙数据及信息帧的传输；LM 负责连接的建立、拆除及链路的安全和控 制。上层软件模块不能和底层硬件模块直接连接，两个模块接口之间的消息和数据通过主 机控制接口（HCI）的解释才能进行传递。HCI 实际上相当于蓝牙协议中软硬件之间的桥梁， 它提供了一个调用下层 BB、LM、状态和控制寄存器等硬件的统一命令接口。中间协议层包 括逻辑链路控制与适配协议（L2CAP)、服务发现协议（SDP） 、串口仿真协议（RFCOMM）等。 最上层是应用层，对应于各种应用程序。 蓝牙支持点对点和点对多点通信方式。主动发出连接请求的设备称为主设备（Master） ， 被动接受连接的设备称为从设备（Slave） 。一个主设备和一个或一个以上的从设备所组成 的网络称为主从网络或微微网(Piconet)，它是蓝牙网络的基本单元，一个主设备最多可以 同时与 7 个处于激活（Active）状态的从设备互相传递数据，当从设备只与网络保持同步 而不传递数据时，此从设备便处于休眠（Park）状态，此时在一个微微网中最多可以容纳 256 个从设备。在微微网内部所有的设备共享网络的 1Mbit/s 的传输速率，因此当有更多 的从设备加入微微网，每个从设备所分配到的传输速率也就随之下降，对此可以通过多个 微微网共存一个区域来解决，在一个区域内的多个微微网便构成了一个分散网络 （Scatternet） 。每一个微微网内的所有设备均使用同一个跳频序列，微微网不同所用的跳 频序列也不同，因而根据不同的跳频序列便 可区分不同的微微网。在分散网络中，一个微 微网中的主设备可以是其它网络的从设备。如图 6。其中，设备 1 既是微微网 2 的从设备 又是微微网 1 的主设备，同时，微微网 1 与微微网 3 共享设备 3，这样，对于微微网中的 设备不仅单独有 1Mb/s 的传输速率，还可能与其他网络中的设备进行通信，但应当注意的 是当此设备处于激活状态时，只能选择加入其中的某一个网络，为了不造成网络之间严重 的干扰，一个分散网络中可允许同时存在 10 个微微网。 图 6 分散网络 （3）蓝牙技术的应用 作为一种电缆替代技术，蓝牙具有低成本高速率的特点，它可把内嵌有蓝牙芯片的计 算及、手机和多种便携通信终端互联起来，为其提供语音和数字接入服务，实现信息的自 动交换和处理。 蓝牙技术的应用主要有以下 3 类： 语音/数据接入 是指将一台计算机通过安全的无线链路连接到通信设备上，完成 与广域网的连接 外围设备互联 是指将各种设备通过蓝牙链路连接到主机上 个人局域网（PAN） 主要用于个人网络与信息的共享与交换。 1.2 NFC 近场通信近场通信 NFC 作为一种新兴的技术，大致总结了蓝牙技术协同工作能力差的弊病。不过，它的 目标并非是完全取代蓝牙、Wi-Fi 等其他无线技术，而是在不同的场合、不同的领域起到 相互补充的作用。因为 NFC 的数据传输速率较低，仅为 212Kbps，不适合诸如音视频流等 需要较高带宽的应用。 具有成本低廉、方便易用和更富直观性等特点，这让它在某些领域显得更具潜 力通过一个芯片、一根天线和一些软件的组合，能够实现各种设备在几厘米范 围内的通信，而费用仅为欧元。据 有关有最新研究， 市场可能发迹于移动手持设备。估计，到年以后，市场会出现采用 芯片的智能手机和增强型手持设备。到年，这种手持设备将占一半以上的 市场。如果技术能得到普及，它将在很大程度上改变人们使用许多电子设备的方式， 甚至改变使用信用卡、钥匙和现金的方式。 1.3 IrDA 和和 UWB 通信通信 红外线数据协会 IrDA 成立于 1993 年，是致力于建立红外线无线连接的非营利组织。 起初，采用 IrDA 标准的无线设备仅能在 1m 范围内以 115.2kb/s 速率传输数据，很快发展 到 4Mb/s 的速率，后来，速率又达到 16Mb/s。 IrDA 是一种利用红外线进行点对点通信的技术，他也许是第一个实现无线个人局域 网的技术。目前他的软硬件技术都很成熟，在小型移动设备，如 PDA、手机上广泛使用。 事实上，当今每一个出厂的 PDA 及许多手机、笔记本电脑、打印机等产品都支持 IrDA。 IrDA 的主要优点是无需申请频率的使用权，因而红外通信成本低廉。他还具有移动 通信所需的体积小、功耗低、连接方便、简单易用的特点。由于数据传输率较高，适于传 输大容量的文件和多媒体数据。此外，红外线发射角度较小，传输上安全性高。 IrDA 的不足在于他是一种视距传输，2 个相互通信的设备之间必须对准，中间不能 被其他物体阻隔，因而该技术只能用于 2 台（非多台）设备之间的连接。而蓝牙就没有此 限制，且不受墙壁的阻隔。 IrDA 目前的研究方向是如何解决视距传输问题及提高数据传 输率。 超宽带技术 UWB 是另一个新发展起来的无线通信技术。UWB 通过基带脉冲作用于天 线的方式发送数据。窄脉冲（小于 1ns)产生极大宽带的信号。脉冲采用脉位调制或二进制 移相键控调制。UWB 被允许在 3.1-10.6GHz 的波段内工作。他主要应用在小范围、高分 辨率、能够穿透墙壁、地面和身体的雷达和图像系统中。除此之外，这种新技术适用于对 速率要求非常高的 LANs 或 PANs。 军事部门已对 UWB 进行了多年研究，开发出了分辨率极高的雷达。直到 2004 年 2 月 14 日，美国 FCC 才准许该技术进入民用领域。所以对于商业和消费领域，UWB 还是新 鲜事物。但据报道，一些公司已开发出 UWB 收发器，用于制造能够看穿墙壁、地面的雷 达和图像装置，这种装置可以用来检查道路、桥梁及其他混凝土和沥青结构建筑中的缺陷， 可用于地下管线、电缆和建筑结构的定位。另外，在消防、救援、治安防范及医疗、医学 图像处理中都大有用武之地。 UWB 的一个非常有前途的应用是汽车防撞系统。戴姆勒克莱斯勒公司已经试制出用 于自动刹车系统的雷达。在不久的将来，这种防撞雷达将成为高级汽车的一个选件。 UWB 最具特色的应用将是视频消费娱乐方面的无线个人局域网。考察现有的无线通 信方式，802.11b 和蓝牙的速率太慢，不适合传输视频数据；54Mb/s 速率的 802.11a 标准可 以处理视频数据，但费用昂贵。而 UWB 有可能在 10m 范围内，支持高达 110Mb/s 的数据 传输率，不需要压缩数据，可以快速、简单、经济地完成视频数据处理。 1.4 Wi-Fi（802.11）通信）通信 Wi-Fi（Wireless Fidelity)也是一种无线通信协议，正式名称是 IEEE802.11b，与蓝牙 一样，同属于短距离无线通信技术。Wi-Fi 速率最高可达 11Mb/s。虽然在数据安全性方面 比蓝牙技术要差一些，但在电波的覆盖范围方面却略胜一筹，可达 100m 左右，不用说家 庭、办公室，就是小一点的整栋大楼也可使用。 WiFi 也是一种基于 802.11b.802.11a 以及尚未最后形成的 802.11g 标准的无线网络技 术，它可便于用户实现无线接入和共享网络资源，802.11b 是 IEEE 制定的一种无线局域网 络标准，它能在 2.4GHZ 的频率上使用 DSSS（Direct Sequence Spread）无线电传输方式,提 供 1Mbps、2mbps、5.5Mpbs 和 11mbps 等多重传输速率进行数据传输（传输速度受距离和 环境影响）。Wi-Fi 的网络组成一般是由无线网卡和接入点 AP(Access Point)两部分组成， 只需安装无线接入点，并在每台笔记本电脑上插入无线网卡构造一个无线局域网，就可以 在家里或办公室中的每一个角落轻松的无线上网。Wi-Fi 网络利用的是无绳电话等设备所 使用的公共信道，只要有一个接入点和一个高速互联网连接，在其周围数百米的距离内就 架设了一个 Wi-Fi 网络。 Wi-Fi 是以太网的一种无线扩展，理论上只要用户位于一个接入点四周的一定区域内， 就能以最高约 11Mb/s 的速度接入 Web。但实际上，如果有多个用户同时通过一个点接入， 带宽被多个用户分享，Wi-Fi 的连接速度一般将只有几百 kb/s。Wi-Fi 的信号不受墙壁阻 隔，但在建筑物内的有效传输距离小于户外。 Wi-Fi 技术的最具诱惑力的方面在于将 Wi-Fi 与基于 XML 或 Java 的 Web 服务融合起 来之后，可以大幅度减少企业的 IT 成本。例如，许多企业选择在每一层楼或每一个部门配 备 802.11b 的接入点，而不是采用电缆线把整幢建筑物连接起来。这样一来，可以节省大 量铺设电缆所需花费的资金。 更多新的 Wi-Fi 标准正在制定之中。速度更快的 802.11g 使用与 802.11b 相同的正交 频分多路复用调制技术。他工作在 2.4GHz 频段，速率达 54Mb/s。比目前通用的 802.11b 快了 5 倍。802.11g 标准本质上扩展了 802.11b 在 2.4GHz 频段的性能。通过使用 OFDM 技 术，获得了 54Mb/s 的高速，并且完全向后兼容 802.11b，他将最终取代 802.11a。802.11g 虽然还在草稿阶段，但是根据最近国际消费电子产品的发展趋势判断，802.11g 将有可能被 大多数无线网络产品制造商选择作为产品标准。 2系统总体设计系统总体设计 2.1 无线数据传输过程无线数据传输过程 在整流锥襟翼自动检查仪改进设计中，如何在 PC104 计算机和单片机之间进行无线数 据传输，我们主要采用了 nRF401 无线数传输模块，借助该模块的桥梁作用来实现。这样 我们只需要将 nRF401 无线数传输模块与 PC104 计算机通过相关的电路连接起来，再将该 模块与单片机连接，然后制定数据的收发程序就可以进行无线数据传输，大大节省了时间， 提高了工作效率，给现场检查带来不尽的方便。在这里我将主要介绍相关电路的设计过程。 手持便携仪接收到传感器的信号并经过处理后，用串行通信接口将数据传输到无线数 据传输模块的发射端，信号经调制后发送到计算机的接收端，计算机接收后再进行数据处 理和数据记录和显示。无线数据传输过程如图 2-1 所示。 图 2-1 无线数据传输过程 该无线传输系统发送端单片机发送的数据；发送端 nRF401 主要将数据调制成射频信 号，发送到接收端 PC104 计算机的 nRF401 模块，接收发送端单片机 nRF401 模块发送的 射频信号。计算机完成数据接收后进行数据组织、处理和显示。此外，在计算机串行通信 接口与 nRF401 模块之间还需要一电平转换芯片；因为 nRF401 模块支持 TTL 电平，此芯 片完成计算机串行通信接口和 nRF401 模块之间的电平转换。 2.2 单片机最小系统单片机最小系统 单片机最小系统，或者称为最小应用系统,是指用最少的元件组成的单片机可以工作的 系统。 对 51 系列单片机来说,最小系统一般应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。下面 给出一个 51 单片机的最小系统电路图： PC104 机单片机 无线收发模块无线收发模块 1)复位电路： 由电容串联电阻构成，由图并结合电容电压不能突变的性质，可以知道，当系统一 上电，RST 脚将会出现高电平，并且，这个高电平持续的时间由电路的 RC 值来决定。典型 的 51 单片机当 RST 脚的高电平持续两个机器周期以上就将复位，所以，适当组合 RC 的取 值就可以保证可靠的复位。一般教科书推荐 C 取 10u，R 取 10K。原则就是要让 RC 组合可 以在 RST 脚上产生不少于 2 个机周期的高电平。至于如何具体定量计算，可以参考电路分 析相关书籍。 2)晶振电路： 典型的晶振取 11.0592MHz(因为可以准确地得到 9600 波特率和 19200 波特率,用于有 串口通讯的场合)/12MHz(产生精确的 uS 级时歇,方便定时操作)，在本电路中，取 12M。 3)单片机引脚定义： 一片 A T89S51/52 或其他 51 系列兼容单片机。对于 31 脚(EA/Vpp)，当接高电平时， 单片机在复位后从内部 ROM 的 0000H 开始执行;当接低电平时,复位后直接从外部 ROM 的 0000H 开始执行。 单片机的共 40 个引脚功总共 40 个脚，电源用 2 个(Vcc 和 GND)，晶振 用 2 个，复位 1 个，EA/Vpp 用 1 个，剩下还有 34 个。29 脚 PSEN，30 脚 ALE 为外扩数据/ 程序存储器时才有特定用处，一般情况下不用考虑，这样，就只剩下 32 个引脚，它们是： P0 端口 P0.0 - P0.7 共 8 个； P1 端口 P1.0 - P1.7 共 8 个； P2 端口 P2.0 - P2.7 共 8 个； P3 端口 P3.0 - P3.7 共 8 个； 2.3 系统电路分析系统电路分析 在无线数据传输系统的设计中，PC104 计算机接口电路作为数据传送的通道，其设计 是非常重要的。由于我们采用的是无线通信，所以我们在接口电路中需要连接一个无线收 发模块，又由于串口标准的逻辑电平与单片机的逻辑电平不同，所以我们需要在 PC104 计 算机和无线收发模块之间连接一个电平转换装置，如图 2-2 所示： 图 2-2 PC104 计算机接口电路框图 而单片机的串行接口可直接与无线收发电路连接 ,无需电平转换，如图 2-3 所示： 图 2-3 单片机接口电路框图 其中，无线收发模块采用 nRF401 数传输模块，电平转换装置采用 MAX232，单片机 采用 89C51 单片机。 PC104 计算机作为该系统的一部分，它的接口电路的设计是非常重要的。我们所设计 的接口电路采用无线通信，PC104 计算机通过 RS232 串行口经 MAX232 电平转换芯片与 nRF401 收发电路连接; 单片机的串行接口可直接与 nRF401 收发电路连接 ,无需电平转换。 MAX232 芯片与 RS232 的连接：T2OUT 与接收端 RXD 相连，R2IN 与发送端 TXD 相 连；RS232 的 MODEM 控制 RST 信号作为 nRF401 收发电路的发送、接收选择端与 MAX232 的 R1IN 相连。 PC104 计算机 PCPC 机 电平转换装置 无线收发模块 电源 单片机 PCPC 机 无线收发模块 电源 MAX232 芯片与 nRF401 的连接：R2OUT 与数据输入端 DIN 相连，T2IN 与数据输出 端 DOUT 相连, R1OUT 与发射接收模式控制 TXEN 相连。 89C51 芯片与 nRF401 的连接：串行输出口 TXD 与数据输入端 DIN 相连，串行输入口 RXD 与数据输出 DOUT 相连，用一根 I/O 口线 P1.7 与发射接收模式控制 TXEN 相连。 9 脚及 10 脚是 DIN 输入数字信号和 DOUT 输出数字信号 ,需要发射的数字信号通 过 DIN 输入 ,解调出来的信号经过 DOUT 输出;12 脚是通道选择 ,CS =“0”为通道 # 1(433.9MHz) ,CS=“1”为通道 # 2(434. 33MHz) ;18 脚是电源开关 ,PWR-UP =“1”为工 作模式 ,PWR-UP =“0”为待机模式;19 脚是发射允许 ,TXEN =“1”为发射模式;TXEN =“0”为接收模式. 本电路采用 CS=“0”,选择通道 # 1 ,PWR-UP =“1”,处于工作模式. 2.4 器件的选择器件的选择 2.4.1nRF401-433MHZ 单片无线收发芯片单片无线收发芯片简介简介 引脚定义 功能描述 1)真正的单片 FSK 收发芯片 ; 2)非常少的外围元件 ; 3)无需进行初始化和配置; 4)不需要对数据进行曼彻斯特编码 ; 5)最高速率 20Kbps; 6)个工作频道 ; 7)宽工作电压范围; 8)低功耗 9)待机模式 应用领域 1)报警和安全系统 2)自动测试系统 3)家庭自动化控制 4)遥控装置 5)车辆安全系统 6)工业控制 7)无线通信 8)电信终端 主要技术指标 参数数值单位 频率频道 1/频道 2 433.92/434.33MHZ 调制方式 FSK 调制度 15KHz 最大输出发射功率4003V 10dBm 灵敏度400BR=20kbit/sBER1000 次）Flash ROM 32 个双向 I/O 口 6 个中断源 两个 16 位可编程定时/计数器 2.7-6.V 的宽工作电压范围 时钟频率 0-24MHz 128x8bit 内部 RAM 两个外部中断源 两个串行中断 可直接驱动 LED 两级加密位 低功耗睡眠功能 内置一个模拟比较放大器 可编程 UARL 通道 软件设置睡眠和唤醒功能 2.4.3串行接口的选择串行接口的选择 在计算机通讯中，串行接口是最常用的标准接口之一（如 PC 机中的 COM1 和 COM2），其物理外型有 9 芯和 25 芯两种，在接口电路的设计中，我们选择的串行接口是 9 芯串行接口，简称 DB9。DB9 完全可以满足电路中各种信号的传递要求。 2.4.4无线数据传输模块的选择无线数据传输模块的选择 我们采用的是无线数据传输技术，无线传输模块的选择对电路的设计非常重要。因为 nRF401 集成度高、工作频率稳定可靠、外围元件少、功耗极低，适合于便携式及手持产品 的设计，采用了低发射功率和高接收灵敏度的设计方案是目前低功耗无线数传的理想选择 所以，我们选择 nRF401 作为接口电路的无线传输模块。 2.4.5MAX232 芯片的选择芯片的选择 我们使用的数据通信标准是 RS-232C，由于 RS-232C 的逻辑电平不与 TTL 电平兼容， 因此，为了能与 TTL 器件连接，必须进行电平转换。所以，在 nRF401 和 PC 机之间，我 们需要连接一个电平转换装置。又因为本设计的 PC104 计算机和单片机之间的通信是本地 通信，通信距离不是很长，接点数是 1 收 1 发，所以，电平转换装置使用 MAX232 芯片。 3系统软件设计系统软件设计 图 3-l：系统框图 3.1 软件设计组成部分软件设计组成部分 1)初始化程序 2)主程序 3)IN T0/ 中断 4)服务程序 5)串口发送与接收中断服务程序等 3.2 单片机初始化程序单片机初始化程序 包括初始化 TMOD 、TCO N 、SCO N 、I E 等控制 寄存器 ,以及清零频入下降沿 AT89S51 单片机 数据采集 复位电路 振荡电路 无线发送模块 无线接收模块 PC104 主机 检测标志 。通过初始化 ,设置 T0 为 16 位计数器方式 , 初始计数值为 0000 H ;设置 IN T0/ 为下降沿触发有效 ,开放中断允 许寄存器的 IN T0/ 中断请求 ;设置串行口为方式 2 , 数据的格式为 8 位数据 ,第 9 位数据位作为地址码/数据码标识位 , 1 位起始位 , 1 位停 止位 , 波特率为 9 600 bp s ,开放串行口中断请求 。 3.3 主程序主程序 单片机 89 C2051 监测频率量的任务不重 ,主程 序采用前后台单任务程序结构 , 采用 M CS51 单片机汇编语言编程。 主程序主要包括频率检测计数值的标度变换处 理、准备发送缓冲器、解析接收缓冲器 命令码等。 频率检测计数值标度变换处理 假设 89C2051 的晶振频率为 12 M Hz ,则 T0 计 数器输入时钟为 1 M Hz ,输入时钟 周期为 l s 。单 片机 16 位计数器 T0 的定时时间计算公式 : T0 定时时间 = 计数值 输入时钟周期 = 计数值 1 s = 计数值 (s)( 1) 正如单片机温度采集器原理所述 , T0 对频入周 期的计数值 ,通过式 ( 1) 就可转 换输入周期值 ,再通过 f = l/ T 即可计算频入信号的频率值 ,因此 f = 1/ 频入周期( 2) 求出 f 值后 ,还要将 f 值折算成温度传感器的 温度值 C 。 温度 - 频率变换系数 = ( 1 000 - 200) = 16 ( Hz/ ) 45 - ( - 5) 由此可见 ,频率检测值到温度检测值的标度转 换要进行 2 次除法运算 , 第 1 次是式 ( 2) 的除法运 算 ,第 2 次是式 (3) 的除 16 运算。虽然除 16 运算可 以简化为右移 4 位 ,但式 (2) 的除法运算必须用除法 子程序来完成。由于 89C2051 为定点 C PU ,加上没 有多倍精度的除法指令 ,式 (2) 的除法运算成为本文 的关键实现技 术之一 。 从微机原理得知 ,2 n/ n 位二进制无符号除法运 算可以转换为循环减法运算 ,对于 8 位单片机而言 , 通过循环减法指令 , 可以实现 32 位/ 16 位、甚至 64 位/ 32 位的高精度除法运算 1 。 准备发送缓冲器 单片机温度采集器向 PC104 分站发送温度监测 值的上行帧格式 ,如图 2 所示 ,由 58 个字节组成。 地 址码 数 据长度 温度 值( 补码) 校验和 低字节 校验和 高字节 图 2 上行帧格式 地址码字节是表示单片机采集器的发送数据头 和地址码 ,第 9 位数据位为“1”。 在此之后的字节 ,第 9 位数据位均为“0”。数据长度字节 D3D2D1D0 表示 传送的温度检测值字节数 ,最多可传送 4 路温度值 , 每路占用 1 个字节的温度值。 D3D2D1D0 =“0001”, 表示第 1 路显示频入要 监测 , 其余 3 路不 监测。 D3D2D1D0 =“0011”,表示第 12 路频入要监测 ,其 余 2 路 不 监 测 , 由 此 类 推。 D7D6D5D4 =“0000 。 D3D2D1D0 的初始值由 PC104 分站下行命令设置。 温度 值字 节随数 据长 度 字 节 内 容 变 化。当 D5D4D3D2 =“1111”时 ,温度 值字节数最多为 4 个 。 校验和双字节是除校验和双字节之外所有字节累加 和的补码 。 解析接收缓冲器命令码 接收缓冲器存放串行接收的 PC104 分站的下 行命令 ,格式如图 3 所示 ,由 5 个字 节组成。 地 址码 数 据长度 命 令码 校验和 低字节 校验和 高字节 图 3 下行帧格式 其中 ,数据长度为 01 H , 命令码 D3D2D1D0 位 表示要监测的频入路数。 D3D2D1D0 =“0001”表示. 只监测第 1 路频入值 , D3D2D1D0 =“0010”表示监 测第 2 路频入值 ,D3D2D1D0 =“0011”表示监测第 1 2 路频入值 ,由此类推 。D5D4D3D2 =“0000”。 对于接收缓冲器而言 ,将包括校验和字节内的 所有接收字节进行累加 ,若结果为 0 表 示接收正确 , 否则接收出错 ,应拒绝解析处理。 (3) IN T0/ 中断服务程序设计 实现程序流程图如图 4 所示 。 每当 IN T0/ 检测到频入下降沿后 ,首先检测该 标志信号是否 为 0 。若为 0 , 表 明 检 测 到 频 入 的 第 1 个下降沿 ,然后 ,将标志位置 1 ,立即启动 T0 从 零开始计数 ; 若为 1 ,说明已经检测到第 2 个下降沿 , 应立即停止 T0 计数 ,并且清除标志位 ,为下一 次开始 检测某路频入做准备。主程序读出 T0 计数值 ,再乘 以每个计数值对应的时间值 就是频率的周期值。 (4) 串口发送、接收中断服务程序 串口发送中断与接收中断共用 89C2051 单片 机 1 个串口中断向量 ,进入中断服务程序后 ,通过判 断 R I 和 T I (发送中断标志) 哪个为 1 ,转入相应的发 送或接收中断服务程序。 发送中断请求信号是在主程序中填写发送缓冲 器程序发送第 1 个字节即地址码字节 之后产生的 , 其余发送字节在串口中断程序中发送。 接收中断请求信号是在 PC104 串行发送下行 帧的每个字节之后产生的。接收中断处 理比发送中 断处理复杂 ,复杂之处在于要识别当前接收的字节 是下行帧中的哪个字节 ,尤其要识别出接收字节的 长度字节 ,作为接收计数的初值。 对数据的长度字节 之后的接收字节减 1 计数 ,直到减为 0 ,表明接收结束。 3.4PC104 串口通信程序设计串口通信程序设计 由于 PC104 模块的电子盘容量有限 ,故本文的 PC104 串口通信系统采用基于 DOS 6. x 操作系统 ,采 用 TurboC 2. 0 集成开发环境开发串口通信程序。 PC104 模 块 的 串 口 通 信 适 配 器 采 用 Int el8250 U A R T 芯片。8250 中有 1 个通信线路控制器 L CR ,其中最高位 DL AB (间接寄存器指针位) 用来 解决 8250 芯片 内部 10 个寄存器的端口寻址 ( 用 3 根地址输入线 A2A0 只能解决 8 个寄存器的端口 寻址 , 另外 2 个寄存器用 DL AB =“1 ”来复用 A2A1A0 =“000”和“001”两个端口) 。8250 的内部 寄存器地址分配表如表 1 所示。 3.4.1L CR 寄存器初始化寄存器初始化 主要设定异步通信数据格式 , 设置 8250 波特率 ,同时它的最高位 DL AB =“1”时 允许写除数锁存器 2 次。 3.4.2中断允许寄存器和中断识别寄存器中断允许寄存器和中断识别寄存器 8250 内部有 4 级中断源 ,定义中断允许寄存器 I ER 的低 4 位优先顺序依次为 : 接 收数据出错中断 (D0) ,接收数据就绪中断 (D1) ,发送保存寄存器空 中断 ( D2) , Mo de m 控制信号变化中断 ( D3) 。 只要写“1”就允许中断 ,写“0”就禁止中断。 中断识别寄存器 IIR 低 3 位的 D0 位用于 : 2 个 不同级别的中断同时请求 ,较高优先级的中断处理完 之后 ,查询 D0 ,假 如 D0 仍为“1”,说明还有中断请求 没有处理 ,继续处理同时请求的较低级的中断源。 3.4.3M CR 初始化初始化 Mo de m 控制器 M CR 的 D0 位控制 D T R/ ( 数 据终端准备好) 输出 , 低电平有 效 ( 表示 C PU 准备 就绪) 。D1 位控制 R TS/ C 请求发送 , 低电平有效 (通知 Mo de m ,计算机准备发送数据) 。M CR 的 D2 位是 8250 的 O U T2 输出 , 通常控制 8250 的 IN2T R P T (中断请求输出) 是否送往 C PU ( D2 =“1”,开 放 IN T R P T ;D2 =“0”,禁止 IN T R P T) 。因此 ,允许 发送数据时 ,必须初始化输出 D T R/ =“0”, R TS/ = “0”, O U T2 =“1”。所以 ,M CR 初始化控制为 0B H 。 3.53.5软件调试软件调试 本次软件设计最突出的难点就要逻辑控制严密，延时的处理要精确。整个 程序用的是汇编语言编程，程序的编写虽然烦琐但条理必须清楚。 在对挂机程序的调试中，刚开始不论怎样，均不能正确接收。之后就对程 序进行了细致的检查，并从整体设计到单条改正的对程序修改。查得程序中寄 存器 R7 与延时子程序中寄存器 R7 相冲突，使得程序跑飞，后直接开辟内存单 元作为存储之用，才是的收接电路工作正常。 接收程序的调试更多的依赖了硬件的稳定性。为了使发送电路的软硬件能 相辅相成的实现各项功能，总是在修改程序的同时，适当的修改硬件的参数大 小，而这也是调试中最难的部分，也用去了相当多的时间。 整个调试过程是在不断的失败和吸取新的经验中进行，但过程中学习到了 许多的实践操作知识。 4总结总结及致谢及致谢 4.14.1总结总结 通过设计这套红外报警接收系统的设计，我有以下几方面的心得体会： 首先，在设计中通过老师的指导，了解、认识了电子电路的设计流程、步 骤和方法。在设计电路时，先应一套总体思路，然后根据思路设计框架图，再 根据框架设计各个单元电路，最后将各电路组合安装、调试。 其次，通过这次的设计，将三年来所学的课程（电工、数字电子、模拟电 子等） ，融会贯通在一起，可谓是一次真正意义的知识应用与实践。与此同时， 还加深了对所学知识的进一步理解，对以前学习过程遇到的模糊的概念，疑难 问题也迎刃而解，可谓是一次知识的升华。 还有我个人认为在这次设计中最重要的收获是无形中形成的一套电子电路 知识体系和设计思路。而知识体系和设计思路的形成也真正的达到了大学学习 的目的：学会学习。这为以后无论是继续学习，还是从事相关工作都奠定了基 础。 然而，通过这次设计我也发现了很多不足之处： 知识欠缺，还不完善，还有很多需要去认真学习、钻研。 对设计过程中的很多部分还只停留在定性分析阶段，不能进行定量分析。 缺乏实践经验，对元器件的认识还不够，特别是对元器件的选用上还不能 独立完成。 由于知识的缺乏，对这套系统设计还不完善，例如，没有加入开机延时电 路等。 4.24.2致致 谢谢 首先感谢各位指导老师，各位同学给我的支持和帮助，感谢他们在这几个 月份给与的关键性指导和提议。 同时我也感谢家里的父母，为我提供了一个很好的学习环境，和无微不至 的关怀，在我感到困难和灰心时，他们对我的鼓励，我的成功有他们不可以或 缺的功劳。 感谢我的指导老师，他们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我工作、学习 中的榜样；他们循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪。 感谢同学们对我的帮助和指点。没有他们的帮助和提供资料对于我一个对 网络知识一窍不通的人来说要想在短短的几个月的时间里学习到电子知识并完 成毕业论文是几乎不可能的事情。