多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)下位機將溫度轉(zhuǎn)換并將溫度值存儲到單片機的RAM里，本章主要討論采用比較廉價的通信方式—RS232來實現(xiàn)多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)的上位機（PC機）向下位機（單片機）發(fā)送信息以及上位機接收下位機的溫度信息并加以處理。

1.1 串行通信及RS—232總線

多點溫度監(jiān)控系統(tǒng)下位機采集到的大量溫度信息，需要傳送至上位機，為接下來的溫度分析處理提供數(shù)據(jù)。下位機只有一個單片機與PC機通信且兩者之間的距離不是很長，因此我們采用異步串行通信中應(yīng)用最廣的RS-232標(biāo)準總線實現(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)準等。

1.1.1 串行通信

隨著計算機系統(tǒng)的應(yīng)用和微機網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，計算機的通信功能顯得尤為重要。從廣義上講，計算機通信可以分為并行通信和串行通信。并行通信速度快、實時性好，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。計算機與外界的數(shù)據(jù)傳送大多數(shù)都是串行的，通常把計算機與外界的數(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

串行通信是計算機與外部設(shè)備進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線上進行傳輸?shù)耐ㄐ欧绞�。串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實現(xiàn)上位機與下位機之間的通信。

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，通過傳輸線被接收一禎一禎地接收。發(fā)送端何時開始發(fā)送以及何時結(jié)束發(fā)送是由禎格式規(guī)定的。通信線上沒有數(shù)據(jù)傳送時為邏輯高電平，每當(dāng)接收端檢測到傳輸線上發(fā)送來的邏輯低電平（禎起始位）時就知道發(fā)送端已開始發(fā)送，每當(dāng)接收端接收到禎的停止位時就知道一禎字符信息已發(fā)送完畢。

禎是一個字符的完整通信格式，由起始位、數(shù)據(jù)位、奇偶校驗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)位的個數(shù)可以是5、6、7、8或9位。PC機中經(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，數(shù)據(jù)位從最低有效位開始發(fā)送，依次在接收設(shè)備中被轉(zhuǎn)換為并行數(shù)據(jù)。

3）奇偶校驗位：位于數(shù)據(jù)位后，用于對字符傳送作正確性檢查，因此奇偶校驗位是可選擇的，共有3種可能，即奇校驗、偶校驗和無校驗，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：單工、全雙工和半雙工。

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間大約為數(shù)個毫秒，這個時間延遲在時間較為敏感的系統(tǒng)是無法忍受的。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，數(shù)據(jù)傳送是雙向的，且可以同時發(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

在串行通信時，要求雙方都采用一個標(biāo)準接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來進行通信。RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會   EIA公布的串行通信標(biāo)準，RS是Recommended Standard的字頭縮寫，代表推薦，232是標(biāo)識號，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)器的通信場合，目前已廣泛應(yīng)用于計算機與外圍設(shè)備的串行異步通信接口中。

1、機械特性

RS-232C的機械特性主要指兩個通信裝置如何實現(xiàn)機械對接。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的機械標(biāo)準規(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 計算機DB-9連接器引腳信號功能

實際應(yīng)用中，DB-25型連接器中的許多信號用不上，對于一般的雙工通信，僅需幾條信號線就可實現(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連接器的信號引腳功能。

本系統(tǒng)采用DB9型連接器，通過三根線實現(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，信號地對應(yīng)相接。這是最常用的全雙工最簡單系統(tǒng)連接法。

2、電氣特性

RS-232標(biāo)準的電氣特性如表3.2所示。

表3.2 RS-232標(biāo)準的電氣特性

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

RS-232標(biāo)準規(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言，利用可視化技術(shù)進行編程，可使應(yīng)用程序的開發(fā)簡單、快捷，可編寫出界面友好、功能強大的應(yīng)用程序。MSComm控件全稱為Microsoft Communications Control，是Microsoft公司提供的ActiveX控件，目的是為了簡化Windows下串行通信編程，它既可以用來提供簡單的串口端口通信功能，也可以用來創(chuàng)建功能完備的、事件驅(qū)動的高級通信工具。

MSComm控件在串口編程時非常方便，程序員不必花時間去了解較為復(fù)雜的API函數(shù)，而且在Visual Basic、Visual C++、Delphi等語言中均可以使用。使用它可以建立與串行端口的連接，通過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)生的事件和錯誤。

1.2.1 MSComm控件處理通信的方式

MSComm控件通過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)動方式

事件驅(qū)動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)生時程序得到通知，例如，在串口接收緩沖區(qū)中有一個字符到達或一個變化發(fā)生時，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誤。在程序設(shè)計中，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)生即可自動執(zhí)行該段程序。這種方法的優(yōu)點是程序響應(yīng)及時，可靠性高。

2、查詢方式

在程序的每個關(guān)鍵功能完成之后，可以通過檢查CommEvent屬性的值來查詢事件和錯誤。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時器或Do…Loop程序?qū)崿F(xiàn)。其實，查詢方式實質(zhì)上還是事件驅(qū)動，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屬性是一個非常重要的屬性。一旦串口發(fā)生通信事件或產(chǎn)生錯誤，依據(jù)產(chǎn)生的事件和錯誤，MSComm控件為CommEvent屬性賦以不同的代碼，同時產(chǎn)生OnComm事件。用戶程序就可在OnComm事件處理程序中針對不同的代碼，進行相應(yīng)的處理。CommEvent屬性的事件代碼、常數(shù)以及含義參見表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。編寫程序時，只需要按照下面流程圖，即可實現(xiàn)通信功能。

圖3.2 MSComm控件通信的流程圖

1.3 PC機與AT89S51單片機的通信

PC機與單片機之間的串行通信主要實現(xiàn)下位機的溫度數(shù)據(jù)的采集和傳輸。下位機程序用匯編語言編寫，固化在AT89SC51單片機中。單片機是測量系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集端，它主要完成對多個測溫傳感器DS18B20的控制和溫度數(shù)據(jù)的讀取以及同上位機的數(shù)據(jù)通信。上位機軟件用VB編寫，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)置主要用來完成對系統(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、奇偶校驗位和停止位。溫度數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換主要實現(xiàn)對接受到的溫度數(shù)據(jù)由十六進制到十進制的轉(zhuǎn)換，同時這一步也為后面的數(shù)據(jù)庫的生成及溫度信息管理工作做好了準備。

1.3.1 硬件連接線路

PC機與單片機之間的通信通過串口實現(xiàn)。由于RS232電平與TTL電平不兼容，本系統(tǒng)通過MAX232芯片實現(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和單片機之間無差錯的傳送，本文采用通信協(xié)議來規(guī)約數(shù)據(jù)的傳輸。PC機與單片機雙方的通信協(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，無奇偶校驗；

傳送方式：PC機和單片機都采用查詢方式收發(fā)數(shù)據(jù)，傳送的數(shù)據(jù)格式為二進制格式。DS18B20轉(zhuǎn)換出的溫度信息包含兩個字節(jié)，經(jīng)過處理后，一個字節(jié)為溫度的整數(shù)部分，另一個字節(jié)為溫度的小數(shù)部分。每個DS18B20共傳送三個字節(jié)，第一個字節(jié)為傳感器所在的行列號，第二個字節(jié)是溫度的整數(shù)部分，第三個字節(jié)是溫度的小數(shù)部分。單片機收到PC機發(fā)送的握手信號“S”后，就依次命令DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換；PC機依次接收單片機上傳過來的數(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

因為系統(tǒng)采用的是事件驅(qū)動，所以具體程序的編制必須圍繞相應(yīng)的事件進行。本系統(tǒng)中，有關(guān)通信的工作過程主要有：通信參數(shù)初始化、發(fā)送握手信號、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     '打開串口

   MSComm1.PortOpen = True

End If

End Sub

初始化完成后，PC機就可以與單片機進行通信了。點擊“開始接收”按鈕即可完成向單片機發(fā)送握手信號功能。

發(fā)送程序為：

Dim rece As String

rece = MSComm1.Input

If Mid(rece, 1, 1) = "S" Then

Text1.Text = Text1.Text & rece

Else

Text1.Text = Text1.Text

End If

單片機接收到PC機發(fā)送的握手信號S后，就依次命令總線上的DS18B20進行溫度轉(zhuǎn)換并向PC機發(fā)送轉(zhuǎn)換后的溫度信息。我們在OnComm事件里進行溫度數(shù)據(jù)的接收和轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換后的溫度之間加上一個空格，且在單個DS18B20溫度信息末尾加上回車和換行符，目的是為PC機接收到的溫度信息保存的文本文件轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)庫作好準備。如果系統(tǒng)初始化不正�；�DS18B20的端脫開未接好時，轉(zhuǎn)換出的溫度為默認初始值+85℃，溫度高低字節(jié)為05H和50H。系統(tǒng)檢測到DS18B20轉(zhuǎn)換的溫度值為上面兩種情況時，我們在接收區(qū)顯示該測點出現(xiàn)“測量有誤”字樣，提醒我們對系統(tǒng)進行硬件線路檢查。OnComm事件程序如下：

Private Sub MSComm1_OnComm()

Dim buffer As Variant

Dim arr() As Byte

Dim i As Integer, a As Integer

Dim restr1 As String, restr2 As String, srestr3 As String, ABC As String

a = MSComm1.InBufferCount

Select Case MSComm1.CommEvent

Case comEvReceive

buffer = MSComm1.Input

arr = buffer

For i = 0 To 18 Step 3

restr1 = arr(i)

restr2 = arr(i + 1)

restr3 = arr(i + 2)

If restr2 = 127 And restr3 = 240 Then

Text1.Text = Text1.Text = Str(Now) + " " + restr1 + " " + "測量有誤" + " " + Chr(13) + Chr(10)

Else

If Val(restr3) = 0 Then

ABC = "." + Mid$(Str(Val(restr3) / 256), 2, 3)

Else

ABC = Mid$(Str(Val(restr3) / 256), 2, 3)

End If

Text1.Text = Text1.Text + Str(Now) + "    " + restr1 + "    " + restr2 + ABC + "   " + Chr(13) + Chr(10)

End If

Next i

End Select

End Sub