湖北工業(yè)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 朱云峰

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)與其外部設(shè)備之間的數(shù)據(jù)傳輸越來越重要。無線通信技術(shù)是當(dāng)前最熱門的技術(shù)之一，幾乎被應(yīng)用于電子設(shè)計(jì)的每個(gè)領(lǐng)域。目前，LED顯示屏系統(tǒng)已得到廣泛應(yīng)用，但通常我們所看到點(diǎn)陣屏的控制傳輸設(shè)施大多采用有線傳輸方式來實(shí)現(xiàn)，使用麻煩且在特殊環(huán)境下操作難度加大，為彌補(bǔ)有線傳輸方式的不足，考慮采用無線方式控制L E D數(shù)據(jù)傳輸。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用PC機(jī)與一個(gè)單片機(jī)進(jìn)行通信，同時(shí)它也可擴(kuò)展為多機(jī)全雙工通信系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)也很簡(jiǎn)單。其由單片機(jī)主控模塊、無線發(fā)射模塊、無線接收模塊、LED點(diǎn)陣顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊、上位機(jī)管理模塊等部分組成整個(gè)串行通信系統(tǒng)。

該系統(tǒng)采用了上位機(jī)——下位機(jī)的結(jié)構(gòu)，上位PC機(jī)主要用于接收用戶輸入的信息，并將信息通過R S－232串口發(fā)送給MC U，經(jīng)信息處理后傳送無線收發(fā)芯片NRF 905。上位機(jī)管理模塊提供給用戶與系統(tǒng)進(jìn)行交流的平臺(tái)，用戶通過P C機(jī)輸入需在L E D顯示屏上顯示的文字或圖形信息，然后通過無線短距離通信方式把數(shù)據(jù)傳輸?shù)较挛粰C(jī)收發(fā)芯片，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)改變顯示的內(nèi)容。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 發(fā)射端結(jié)構(gòu)框圖

下位機(jī)收發(fā)芯片NRF905把接收到的字模數(shù)據(jù)首先存入MC U單片機(jī)緩存，然后再由驅(qū)動(dòng)程序?qū)?shù)據(jù)傳遞給控制顯示芯片實(shí)現(xiàn)L E D顯示屏的顯示。即使用P C機(jī)來對(duì)數(shù)據(jù)采集，并且把控制信號(hào)傳送給單片機(jī)，利用單片機(jī)對(duì)數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行存儲(chǔ)和顯示，同時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，把設(shè)備的狀態(tài)實(shí)時(shí)傳給P C機(jī)，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 接收顯示端結(jié)構(gòu)框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

2.1 應(yīng)用芯片介紹

AT89C51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（FPEROM）的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)，其可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。從工作原理上講，單片機(jī)就是一種微型計(jì)算機(jī)，是一種“程序存儲(chǔ)式”計(jì)算機(jī)。它是在一塊硅片上集成了中央處理器（CPU）、隨機(jī)內(nèi)存（RAM）、程序內(nèi)存（ROM或EPROM）、定時(shí)／計(jì)數(shù)器以及各種I／O接口，也就是集成在一塊芯片上的計(jì)算機(jī)，兼容標(biāo)準(zhǔn)M C S－51指令系統(tǒng)，功能強(qiáng)大。

CAT24WC02是一個(gè)2 K位串行CMOSE2PROM，內(nèi)部含256個(gè)8位字節(jié)，同時(shí)，其還帶有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器，該器件通過I 2總線接口進(jìn)行操作，有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。

2.2 串行通信接口連接及電平轉(zhuǎn)換

在實(shí)際運(yùn)用中，必須注意要進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，RS－232 C串行接口不能和TTL電平直接相連，不然將燒壞TTL電路。通常使用的電平轉(zhuǎn)換集成電路為驅(qū)動(dòng)器MC 1489和接收器MC 1488，另外還可使用MAX 232電平轉(zhuǎn)換電路。雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。

由MAXIM公司生產(chǎn)的MAX 232芯片，內(nèi)部有一個(gè)電源電壓變換器，內(nèi)置兩路接收器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，能將輸入的＋5V電壓提升為＋10V電壓 ，滿足RS－232輸出電平所需的。故配備單一的＋5V電源即可滿足使用該芯片接口的串行通信系統(tǒng)要求，更能適用配備＋12V電源的使用場(chǎng)合。因MAX 232價(jià)格便宜合適，硬件接口方便，適應(yīng)性強(qiáng)，被大多設(shè)計(jì)所采用。

PC機(jī)的DB9接頭與AT89C51單片機(jī)通過MAX232連接起來的電路如圖3所示。

圖3 PC機(jī)與單片機(jī)通信電平轉(zhuǎn)換電路

2.3 電源供電電路

電源電路的器件基本都是5V直流電，所以需要一個(gè)穩(wěn)定的直流電源，圖4就是整個(gè)電路的＋5V供電電路，采用了交直流2種供電方案供用戶選擇。

進(jìn)行電路板布局，電路板布局對(duì)后期的布線相當(dāng)重要，可以說一個(gè)好的布局基本決定了布線的成功，此外，電路板布局與許多因素有關(guān)，比如電磁干擾、是否有利于導(dǎo)熱等。電路板布局一般都要遵循最近相鄰原則，即元器件一般都要放置在與其電器相連最近的元件附近。

圖4 電源供電＋5V電路

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)軟件部分分成上層和底層兩大層：上層系統(tǒng)應(yīng)用程序須實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)信息（或指令命令）的發(fā)送相關(guān)的編程；底層系統(tǒng)應(yīng)用程序則要完成顯示驅(qū)動(dòng)程序，用來控制下位機(jī)如何顯示點(diǎn)陣內(nèi)容和顯示方式，它的作用一是傳送特定的數(shù)據(jù)集合到點(diǎn)陣顯示屏上；二是并激發(fā)行其他控制用信號(hào)和掃描信號(hào)，驅(qū)動(dòng)掃描的實(shí)施。

3.1 上位機(jī)程序設(shè)計(jì)

利用Win 32 API接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)在W indows環(huán)境下P C機(jī)之間的串行通信，使用V B中的MS Comm通信控件來實(shí)現(xiàn)通信編程開發(fā)。與多線程相比較，MS Comm的最大特點(diǎn)就是屏蔽通信過程底層操作，編程簡(jiǎn)單。通信過程是先進(jìn)行串口初始化，加載窗體程序，同時(shí)選擇或打開串口，設(shè)置波特率和工作方式。上位機(jī)主界面如圖5所示。

圖5 上位機(jī)主界面

3.2 下位機(jī)程序設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用異步串行通信方式，通過無線接收模塊接收遠(yuǎn)程顯示和控制信息，并存儲(chǔ)在單片機(jī)片內(nèi)RAM（或外擴(kuò)展的RAM）作為屏幕顯示數(shù)據(jù)，用于顯示調(diào)用。

LED點(diǎn)陣的顯示內(nèi)容及方式主要由RS－232接口接收顯示方式命令和點(diǎn)陣顯示數(shù)據(jù)，并進(jìn)行顯示。采用模塊化結(jié)構(gòu)編制程序，包含主程序和子程序，如掃描顯示子程序、中斷串口服務(wù)子程序。下位機(jī)程序流程如圖6所示。

4 測(cè)試與驗(yàn)證

本設(shè)計(jì)的核心單元是單片機(jī)AT89C51，是在有線LED點(diǎn)陣顯示系統(tǒng)基礎(chǔ)上研究設(shè)計(jì)出來的無線傳輸?shù)腖ED點(diǎn)陣屏，由于無線模塊不方便仿真，故本設(shè)計(jì)只對(duì)有線點(diǎn)陣進(jìn)行了軟件仿真。以下選用單片機(jī)仿真軟件Proteus 7．0，用C語言編寫的程序，通過keil生成hex文件，進(jìn)而成功地對(duì)有線點(diǎn)陣進(jìn)行了軟件仿真，相關(guān)結(jié)果如圖7所示。

5 結(jié)束語

該系統(tǒng)既利用了單片機(jī)價(jià)格低、功能強(qiáng)、抗干擾能力好和面向控制等優(yōu)點(diǎn)，又利用了Windows操作系統(tǒng)的高級(jí)用戶界面、多任務(wù)、自動(dòng)內(nèi)存管理等特點(diǎn)，也解決了傳統(tǒng)LED顯示屏的諸多問題，使控制更為方便靈活，課題有很大的實(shí)用價(jià)值。

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