多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)將溫度轉(zhuǎn)換并將溫度值存儲(chǔ)到單片機(jī)的RAM里，本章主要討論采用比較廉價(jià)的通信方式—RS232來(lái)實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)的上位機(jī)（PC機(jī)）向下位機(jī)（單片機(jī)）發(fā)送信息以及上位機(jī)接收下位機(jī)的溫度信息并加以處理。

1.1 串行通信及RS—232總線

多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)下位機(jī)采集到的大量溫度信息，需要傳送至上位機(jī)，為接下來(lái)的溫度分析處理提供數(shù)據(jù)。下位機(jī)只有一個(gè)單片機(jī)與PC機(jī)通信且兩者之間的距離不是很長(zhǎng)，因此我們采用異步串行通信中應(yīng)用最廣的RS-232標(biāo)準(zhǔn)總線實(shí)現(xiàn)兩者之間的信息傳遞。本節(jié)將主要介紹串行通信的基本概念，數(shù)據(jù)傳送方式，RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)等。

1.1.1 串行通信

隨著計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的應(yīng)用和微機(jī)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)的通信功能顯得尤為重要。從廣義上講，計(jì)算機(jī)通信可以分為并行通信和串行通信。并行通信速度快、實(shí)時(shí)性好，但占用的口線多、成本高、通信距離短，不適用于小型化產(chǎn)品。串行通信只需一根傳輸線即可完成通信功能，成本低，在通信中得到了廣泛應(yīng)用。計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送大多數(shù)都是串行的，通常把計(jì)算機(jī)與外界的數(shù)據(jù)傳送稱之為通信，因此提到的通信大多數(shù)都是指串行通信。

1、串行通信的概念

串行通信是計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備進(jìn)行信息交換的一種方式，是指數(shù)據(jù)一位一位地按順序在一根信號(hào)線上進(jìn)行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞健４�行通信有兩種基本工作方式：異步傳送和同步傳送。在單片機(jī)中使用的串行通信都是異步方式，因此本系統(tǒng)采用異步串行通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與下位機(jī)之間的通信。

異步串行通信是以字符為單位組成的禎傳送的，即一禎一禎地傳送。禎由發(fā)送端一禎一禎地發(fā)送，通過(guò)傳輸線被接收一禎一禎地接收。發(fā)送端何時(shí)開(kāi)始發(fā)送以及何時(shí)結(jié)束發(fā)送是由禎格式規(guī)定的。通信線上沒(méi)有數(shù)據(jù)傳送時(shí)為邏輯高電平，每當(dāng)接收端檢測(cè)到傳輸線上發(fā)送來(lái)的邏輯低電平（禎起始位）時(shí)就知道發(fā)送端已開(kāi)始發(fā)送，每當(dāng)接收端接收到禎的停止位時(shí)就知道一禎字符信息已發(fā)送完畢。

禎是一個(gè)字符的完整通信格式，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位等四部分組成。字符傳送的禎格式如圖3.1所示：

圖3.1 異步通信的禎格式

禎中各部分結(jié)構(gòu)和功能如下：

1）起始位：位于字符禎開(kāi)頭，始終為邏輯“0”低電平。用于向接收設(shè)備表示發(fā)送端開(kāi)始發(fā)送一禎信息。

2）數(shù)據(jù)位：緊跟起始位之后，數(shù)據(jù)位的個(gè)數(shù)可以是5、6、7、8或9位。PC機(jī)中經(jīng)常采用7位或8位數(shù)據(jù)傳送，8051串行口采用8位或9位數(shù)據(jù)傳送。傳送時(shí)，數(shù)據(jù)位從最低有效位開(kāi)始發(fā)送，依次在接收設(shè)備中被轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。

3）奇偶校驗(yàn)位：位于數(shù)據(jù)位后，用于對(duì)字符傳送作正確性檢查，因此奇偶校驗(yàn)位是可選擇的，共有3種可能，即奇校驗(yàn)、偶校驗(yàn)和無(wú)校驗(yàn)，由用戶根據(jù)需要選定。

4）停止位：位于字符禎末尾，為邏輯“1”高電平，用于標(biāo)志一個(gè)字符傳送的結(jié)束。可取1、1.5或2位。

2、串行通信的數(shù)據(jù)傳送方式

在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在發(fā)送端和接收端之間進(jìn)行傳送，根據(jù)數(shù)據(jù)傳送的方向，可分成三種基本的傳送形式：?jiǎn)喂ぁ⑷�雙工和半雙工。

單工形式的數(shù)據(jù)傳送是單向的，只需要一根數(shù)據(jù)線，通信線的一端固定為發(fā)送端，另一端固定為接收端。半雙工形式的數(shù)據(jù)傳送是雙向的，但任何時(shí)刻只能由其中的一方發(fā)送數(shù)據(jù)，另一方接收數(shù)據(jù)。雖然半雙工形式比單工形式靈活，但它的效率依然較低，從發(fā)送方式轉(zhuǎn)換到接收方式所需要的時(shí)間大約為數(shù)個(gè)毫秒，這個(gè)時(shí)間延遲在時(shí)間較為敏感的系統(tǒng)是無(wú)法忍受的。全雙工形式下，采用了信道劃分技術(shù)，避免了半雙工形式的缺點(diǎn)，數(shù)據(jù)傳送是雙向的，且可以同時(shí)發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)采用了效率較高的全雙工通信形式。

3、串行通信的傳送速率

在串行通信中，用“波特率”來(lái)描述數(shù)據(jù)的傳輸速率。所謂波特率，即每秒鐘傳送的二進(jìn)制位數(shù)，其單位為bps。它是衡量串行數(shù)據(jù)傳輸快慢的重要指標(biāo)。接收方的波特率和發(fā)送方的波特率可以分別設(shè)置，但接收方的波特率必須與發(fā)送方的波特率相同。

1.1.2 RS-232總線標(biāo)準(zhǔn)

在串行通信時(shí)，要求雙方都采用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通信。RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)   EIA公布的串行通信標(biāo)準(zhǔn)，RS是Recommended Standard的字頭縮寫(xiě)，代表推薦，232是標(biāo)識(shí)號(hào)，C表示修改的次數(shù)。RS-232C適用于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場(chǎng)合，目前已廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備的串行異步通信接口中。

1、機(jī)械特性

RS-232C的機(jī)械特性主要指兩個(gè)通信裝置如何實(shí)現(xiàn)機(jī)械對(duì)接。RS-232C是數(shù)據(jù)終端設(shè)備DTE與數(shù)據(jù)通訊設(shè)備DCE之間的接口，RS-232C的機(jī)械標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定DTE應(yīng)配置DB25插頭，即25針連接器，DEC應(yīng)配置DB25的插座，即25孔連接器。

表3.1 計(jì)算機(jī)DB-9連接器引腳信號(hào)功能

實(shí)際應(yīng)用中，DB-25型連接器中的許多信號(hào)用不上，對(duì)于一般的雙工通信，僅需幾條信號(hào)線就可實(shí)現(xiàn)，包括一條發(fā)送線、一條接收線和一條地線。因此普遍采用DB9插頭，即9針連接器。表3.1給出了DB9連接器的信號(hào)引腳功能。

本系統(tǒng)采用DB9型連接器，通過(guò)三根線實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)連接，即接收數(shù)據(jù)引腳與發(fā)送數(shù)據(jù)引腳彼此交叉相連，信號(hào)地對(duì)應(yīng)相接。這是最常用的全雙工最簡(jiǎn)單系統(tǒng)連接法。

2、電氣特性

RS-232標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性如表3.2所示。

表3.2 RS-232標(biāo)準(zhǔn)的電氣特性

由表4.2可以看出RS-232C電平采用負(fù)邏輯，邏輯“0”：+5~+15V，邏輯“1”：-5~-15V。在計(jì)算機(jī)和智能儀器內(nèi)，通用的信號(hào)是正邏輯的TTL電平。而RS-232C電平是負(fù)邏輯的，與TTL電平不兼容，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。電平轉(zhuǎn)換通常可以使用MC1488、MC1489、MAX232等芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)是采用MAX232芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換的。

RS-232標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的波特率為：50、75、100、150、300、600、1200、4800、9600和19200bps。本系統(tǒng)波特率采用9600bps。

1.2 Visual Basic6.0中的串行通信控件MSComm

Visual Basic是一種可視化的編程語(yǔ)言，利用可視化技術(shù)進(jìn)行編程，可使應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單、快捷，可編寫(xiě)出界面友好、功能強(qiáng)大的應(yīng)用程序。MSComm控件全稱為Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的ActiveX控件，目的是為了簡(jiǎn)化Windows下串行通信編程，它既可以用來(lái)提供簡(jiǎn)單的串口端口通信功能，也可以用來(lái)創(chuàng)建功能完備的、事件驅(qū)動(dòng)的高級(jí)通信工具。

MSComm控件在串口編程時(shí)非常方便，程序員不必花時(shí)間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在Visual Basic、Visual C++、Delphi等語(yǔ)言中均可以使用。使用它可以建立與串行端口的連接，通過(guò)串行端口連接到其它通信設(shè)備（如調(diào)制解調(diào)器），發(fā)出命令，交換數(shù)據(jù)，以及監(jiān)視和響應(yīng)串行連接中發(fā)生的事件和錯(cuò)誤。

1.2.1 MSComm控件處理通信的方式

MSComm控件通過(guò)串行端口傳輸和接收數(shù)據(jù)，為應(yīng)用程序提供串行通信功能。

它提供下列兩種處理通信的方式。

1、事件驅(qū)動(dòng)方式

事件驅(qū)動(dòng)通信是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發(fā)生時(shí)程序得到通知，例如，在串口接收緩沖區(qū)中有一個(gè)字符到達(dá)或一個(gè)變化發(fā)生時(shí)，程序都可以利用MSComm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通信事件，OnComm事件還可以檢查和處理通信錯(cuò)誤。在程序設(shè)計(jì)中，可以在OnComm事件處理函數(shù)中加入自己的處理代碼，一旦事件發(fā)生即可自動(dòng)執(zhí)行該段程序。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是程序響應(yīng)及時(shí)，可靠性高。

2、查詢方式

在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能完成之后，可以通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)查詢事件和錯(cuò)誤。適用于自保持的應(yīng)用程序較小的編程。查詢方式的編程可用計(jì)時(shí)器或Do…Loop程序?qū)崿F(xiàn)。其實(shí)，查詢方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動(dòng)，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。

1.2.2 MSComm控件的常用屬性

對(duì)控件編程首先需要了解它的屬性和事件。下面介紹MSComm控件的一些主要屬性，如表3.3所示。

表3.3 MSComm控件的主要屬性

其中CommEvent屬性是一個(gè)非常重要的屬性。一旦串口發(fā)生通信事件或產(chǎn)生錯(cuò)誤，依據(jù)產(chǎn)生的事件和錯(cuò)誤，MSComm控件為CommEvent屬性賦以不同的代碼，同時(shí)產(chǎn)生OnComm事件。用戶程序就可在OnComm事件處理程序中針對(duì)不同的代碼，進(jìn)行相應(yīng)的處理。CommEvent屬性的事件代碼、常數(shù)以及含義參見(jiàn)表3.4和表3.5。

表3.4 CommEvent通信事件代碼、常數(shù)及含義表

表3.5 ComEventnt通信錯(cuò)誤代碼、常數(shù)及含義表

1.2.3 MSComm控件的使用

MSComm控件通信的流程圖如圖3.2所示。編寫(xiě)程序時(shí)，只需要按照下面流程圖，即可實(shí)現(xiàn)通信功能。

圖3.2 MSComm控件通信的流程圖

1.3 PC機(jī)與AT89S51單片機(jī)的通信

PC機(jī)與單片機(jī)之間的串行通信主要實(shí)現(xiàn)下位機(jī)的溫度數(shù)據(jù)的采集和傳輸。下位機(jī)程序用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)，固化在AT89SC51單片機(jī)中。單片機(jī)是測(cè)量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端，它主要完成對(duì)多個(gè)測(cè)溫傳感器DS18B20的控制和溫度數(shù)據(jù)的讀取以及同上位機(jī)的數(shù)據(jù)通信。上位機(jī)軟件用VB編寫(xiě)，主要完成通信參數(shù)設(shè)置和溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。

通信參數(shù)設(shè)置主要用來(lái)完成對(duì)系統(tǒng)通信參數(shù)的設(shè)置，包括設(shè)定通信端口、波特率、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗(yàn)位和停止位。溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換主要實(shí)現(xiàn)對(duì)接受到的溫度數(shù)據(jù)由十六進(jìn)制到十進(jìn)制的轉(zhuǎn)換，同時(shí)這一步也為后面的數(shù)據(jù)庫(kù)的生成及溫度信息管理工作做好了準(zhǔn)備。

1.3.1 硬件連接線路

PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信通過(guò)串口實(shí)現(xiàn)。由于RS232電平與TTL電平不兼容，本系統(tǒng)通過(guò)MAX232芯片實(shí)現(xiàn)TTL電平到RS232電平的轉(zhuǎn)換，MAX232芯片是包含兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的RS232電平轉(zhuǎn)換芯片，適用于各種232通信接口。如圖3.3所示。

圖3.3 PC與硬件單片機(jī)的連接電路圖

1.3.2 通信協(xié)議

為使數(shù)據(jù)在PC和單片機(jī)之間無(wú)差錯(cuò)的傳送，本文采用通信協(xié)議來(lái)規(guī)約數(shù)據(jù)的傳輸。PC機(jī)與單片機(jī)雙方的通信協(xié)議如下：

波特率：9600bps；

數(shù)據(jù)格式：8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，無(wú)奇偶校驗(yàn)；

傳送方式：PC機(jī)和單片機(jī)都采用查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù)，傳送的數(shù)據(jù)格式為二進(jìn)制格式。DS18B20轉(zhuǎn)換出的溫度信息包含兩個(gè)字節(jié)，經(jīng)過(guò)處理后，一個(gè)字節(jié)為溫度的整數(shù)部分，另一個(gè)字節(jié)為溫度的小數(shù)部分。每個(gè)DS18B20共傳送三個(gè)字節(jié)，第一個(gè)字節(jié)為傳感器所在的行列號(hào)，第二個(gè)字節(jié)是溫度的整數(shù)部分，第三個(gè)字節(jié)是溫度的小數(shù)部分。單片機(jī)收到PC機(jī)發(fā)送的握手信號(hào)“S”后，就依次命令DS18B20進(jìn)行溫度轉(zhuǎn)換；PC機(jī)依次接收單片機(jī)上傳過(guò)來(lái)的數(shù)據(jù)，并顯示在特定區(qū)域。

1.3.3 VB程序編制

本系統(tǒng)串行通信的界面如圖3.4所示：

圖3.4 串行通信的界面

因?yàn)橄到y(tǒng)采用的是事件驅(qū)動(dòng)，所以具體程序的編制必須圍繞相應(yīng)的事件進(jìn)行。本系統(tǒng)中，有關(guān)通信的工作過(guò)程主要有：通信參數(shù)初始化、發(fā)送握手信號(hào)、接收數(shù)據(jù)。具體初始化程序如下：

Private Sub Form_Load()

MSComm1.CommPort = 1                '設(shè)置通訊窗口

MSComm1.Settings = "9600,N,8,1"     '設(shè)置數(shù)據(jù)傳輸率和發(fā)送字符格式

MSComm1.InputMode = comInputModeText

MSComm1.InBufferSize = 1024         '設(shè)置接收緩沖區(qū)1024Byte

MSComm1.InputLen = 0                '設(shè)置或返回一次從接收緩沖區(qū)中讀取字節(jié)數(shù),0表示一次讀取所有數(shù)據(jù)

MSComm1.RThreshold = 21

If MSComm1.PortOpen = False Then     '打開(kāi)串口

   MSComm1.PortOpen = True

End If

End Sub

初始化完成后，PC機(jī)就可以與單片機(jī)進(jìn)行通信了。點(diǎn)擊“開(kāi)始接收”按鈕即可完成向單片機(jī)發(fā)送握手信號(hào)功能。

發(fā)送程序?yàn)椋?/font>