无线通讯技术的设计方案

- 1 - 无线通讯技术的设计方案 第一章 引言 究的目的和意义 目前无线数据通信技术在工控应用中不断升温，无线通讯正在深入各种行业。 无线通信技术取代了数据电缆来完成点对点或点对多点的数据通信。传统的信号电缆传输方式的优点是传输速度快，信号相互之间隔离好。但由于每个信号占用一条信号电缆线，当工位和信号较多时，占用的信号线多，施工布线工程量大，不易维护。一旦出现故障，检修非常不便。随着微电子技术的不断发展，无线数据传输技术得到越来越多的推广和应用，该技术的最大特点是通信的双方可省去布线，具有成本低、可靠性高、 维护方便等优点。但目前国内外该技术在计算机测控领域中使用的还不是太多。利用无线数据传输技术实现上位机和下位机之间的通信以及下位机和现场传感器之间实现信号的传输，不但省去了信号电缆及布线工作，还可使系统之间的信号传输和连接大为简化。 在工控现场中，短程的无线连接有着广泛的应用需求，但一直没有一个很好的解决方案。无线通信技术应用于工业测控现场，能够降低施工的难度和建设成本，具有较高的实用价值和较好的应用前景。其优点表现在： 取代了大量短程连接所用的电缆，尤其是电缆无法到达的地方，无线通信具有更大的优 势； 以前的应用程序可以不做任何或很小的修改，升级成本小； 易于安装、维护与扩展。 降低了系统建造成本，这也是无线通信技术的一个显著特点； - 2 - 近年来，无线网络成为工控领域中迅速发展的热点之一，也是工业自动化产品未来的新增长点。显而易见，在配置、安装、修改和扩展等方面，无线网络的成本都低于有线网络。特别是通过无线网络可以很方便地接入移动设备，例如在物流过程中的装载和运输如若采用无线网络，将大大提高工作人员的工作效率和精确性。 前现状 在测控应用中，现阶段基本上都是以有线 的方式进行连接，实现各种控制功能。各种总线技术，局域网技术等有线网络的使用给人们的生产和生活带来了便利，改变了我们的生活，对社会的发展起到了极大的推动作用。有线网络速度快，数据流量大，可靠性强，对于基本固定的设备来说无疑是比较理想的选择，在实际应用中也达到了比较满意的效果。但随着集成电路技术、射频技术的发展，无线通信功能的实现越来越容易，数据传输速度也越来越快，并且逐渐达到可以和有线网络相媲美的水平。而同时有线网络布线麻烦，线路故障难以检查，设备重新布局就要重新布线，且不能随意移动等缺点越发突出。在向往自由 和希望随时随地进行通信的今天，人们把目光转向了无线通信方式，尤其是一些机动性要求较强的设备，或人们不方便随时到达现场的条件下。因此出现一些典型的无线应用，如：无线智能家居，无线数据采集，无线设备管理和监控，汽车仪表数据的无线读取等等。 微电子技术的不断发展极大地推动了计算机和通信设备的普及和迅猛发展，无线数据传输技术也获得了越来越广泛的应用。该技术省去了布线，具有成本低、可靠性高、易于维护等诸多优点。随着信息化带动各行业进程的逐步深入，在工业测控领域，由无线数据传输模块构成的双级测控管理系统将会有广泛的应用 前景。 统方案论证和预期目标 本系统利用单片机与微型计算机相结合，并配合无线数据传输技术，实现对现场温度、转速信号的采集和监控管理。系统能够将采集的数据进行处理、显示或发送到上位机做进一步处理。作为系统的控制核心，选择一款合适的微 - 3 - 控制器是非常关键的。基于本系统的具体情况，经过比较，本课题选择了德州仪器公司（ 发的 16位 片机，它的突出优点是超低功耗，高抗干扰和高度集成，易于连接外部接口电路，非常适合构建单片机最小系统。上位机采用功能强大的微型计算机，它由于有操作系统和 其他软件的支持，可以向用户提供友好、简洁的界面，有利于用户高效的数据管理。对于无线数据传输模块，目前市场上已有多种产品可供选择，如 ，本课题选用了 无线通信模块具有很强的抗干扰能力，全透明数据传输，体积小，功耗低，传输距离远等特点，其工作频率在 段，无需申请频点，且提供 2 个串口 3 种接口方式，可直接与单片机串口、计算机 需添加电平转换电路，软件编程非常方便。 经过严格的分析论证，本方案能够实现基于无线数据传输的信号 采集与管理系统。该系统不但能及时监控现场数据，而且方便人们观测和管理，对其他类似的无线数据采集、传输应用系统具有一定的参考价值。系统的主要设计技术指标与参数如下： 90 试分辨率： 1 19999转 /分，测试分辨率： 1转。 码显示器，每组 4位，分别显示温度和转速。 600，通信距离不小于 50m。 只有当按下该键时才能向上位机发送数据）。 统设计概述 双级监控管理系统由上位机和下位机组成 ,它能够完成对现场的实时监控和数据管理。下位机采用 功耗低，外设丰富，易于接外部接口电路，用来监测现场数据。上位机采用功能强大的微型计算机，由于它具有操作系统和其他软件的支持，可以向用户提供美观的界面和高效的数据管理。本课题的双级监控管理系统正是结合了上位机和下位机各自的优点，实 - 4 - 现了对实时数据的监控和管理。 本设计主要完成一个具有温度和转速测试功能、 行通信等功能的下位机最小系统，并选用无线通信模块完成与上位机的通信功能。设计 中，硬件部分即系统电路的设计是利用电路 位机软件部分即通讯和数据处理程序的设计利用 设计主要分为三大部分：第一部分，系统硬件的选用及电路设计。第二部分，下位机系统软件部分的开发。主要包括数据采集处理程序，数据显示程序，串口通信程序和主处理模块。第三部分，上位机数据通信与管理程序的设计。程序主要分两部分：一是数据发送程序，主要是把需要发送的数据转换成发送码并 将其发送出去。二是数据接收程序，主要是接收发送码并将其还原，显示所接收到的数据。 第二章 系统的硬件构成与分析 - 5 - 第二章 系统的硬件构成与分析 统描述 本系统采用 片机结合无线数据收发模块 108 组成基于无线传输的双级测控管理系统，能够实时对现场温度信号和转速信号进行采集。整个系统的原理框图如图 1所示： 图 1 系统原理图 由图 1 可以看出，整个系统结构比较简单，主要由数据采集模块、显示模块、无线串口通信模块、单片机模块和微机（上位机）组成。下位机 主要负责数据的采集和通信，上位机负责接收下位机的数据并对其做进一步处理。下面分别介绍系统几个主要硬件器件的选择和各模块的实现。 控制器简介 6位系列单片机，其最早是面向于驱动 于极好的应用效果和很大的市场潜力，现已有 4且还在不断的发展。 为一种新型的单片机，采用了第二章 系统的硬件构成与分析 - 6 - 司最新的低功耗技术，使其在众多的单片机中独树一帜。 正常工作模式（ 4 种低功耗工作模式（ 在电源电压为 3V 时，各种模式的工作电流分别为 34070172片机可以方便的在各种工作模式之间切换。 超低功耗使其在电池供电、便携式设备的应用中表现出非常优良的特性。 具有非常高的集成度，其充足的外设和存储器容量能够实现真正的 单芯片系统。其外设包括一个12 位 换，斜坡式 换，三个具有捕捉比较、 脉宽调制输出的功能的定时器，集成在芯片上的时钟信号发生器，硬件乘法器，串行输入输出模块，看门狗定时器，片内数控振荡器（ 大量的 I/O 端口以及大容量的片内存储器，单片可以满足绝大多数的应用需要。 这种高集成度使应用人员不必在接口、外接 I/O 及存储器上花太多的精力，而可以方便的设计真正意义上的单片系统。 片内存储器有 C 型）、 型 )4 种型号，采用冯 此， 全部的外围模块都位于同一地址空 间内。 列的指令系统同样别具特色。在统一寻址空间内，七种源地址模式和四种目的地址模式为用户提供了无限制的立体空间寻址。也就是七种源地址可指向整个寻址空间内的所有存在地址，四种目的地址可指向整个寻址空间内的所有存在地址。与其他寻址方式相比，这种立体寻址方式的灵活性显而易见。同时其内核指令只有二十七个。以 16位结构和接近 8的 2位或 48位浮点运算。 由于选用了集成度很高的 系统的整个电路结构变得非常简单。这种 A 构使得系统的可靠性增加。结构的简化同时降低了主机部分的成本。 线数据传输模块 目前技术比较成熟的短距离无线通讯方式主要有两种： 红外（ 射频（ 因为红外传输的最大不足是红外方向性强，距离短，不能有遮挡物。第二章 系统的硬件构成与分析 - 7 - 射频方式覆盖范围大，发射功率较自然背景噪声低，而且这种技术具有良好的抗干扰性、抗噪声、抗衰落及保密性能。因此它具有很高的可用性。 目前，市场上无线收发芯片的种类和数量比较多，具体选择方案时，应考虑以下一些因素：收发芯片所需的外围元件数量，功耗，发射功率，最大数 据传输率等等。经过多方比较和考虑，本系统选择了上海桑锐电子科技有限公司的微功率无线数传模块。该模块采用高效 向纠错技术，同时结合高性能的无线射频 及高速微处理器，在 无线通信模块的基础上适当增加了无线射频功率放大器 , 可与 无线通信模块具有很强的抗干扰能力 , 全透明传输 , 体积小 ,功耗低传输距离远的特点 , 客户使用时不需要任何编码技术。 其主要结构和技术参数如下： 性能参数： 型号 中心频率 4336815频率范围 429438 信道数 8/16/32信道可选 调制方式 通信距离 (开放环境 ) 2500米 功能 双向半双工通信 波特率 1200/2400/4800/9600/19200口方式 射功率 +10000接收灵敏度 通信数据格式 8 工作电压 + 发射电流 3 米 ， 可 靠 传 输 离 距 2500m（ 0200 提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的噪音信号及假数据（所发即所收）。 速率。 ，根据用 户需要，可扩第二章 系统的硬件构成与分析 - 9 - 展到 32信道，满足用户多种通信组合方式的需求。 120024004800960019200多种通信波特率，并且无线传输速率与接口波特率成正比，以满足客户设备对多种波特率的需要。 3种接口方式。 模块提供 2 个串口 3 种接口方式， 平 户只需要拔 /插短路器再上电即可改变接口类型）。 数据缓冲区。 可一次传输无限长度的数据，用户编程更加灵活。 户无需编制多余的程序 即使是半双工通信，用户也无需编制多余的程序，只要从接口收 /发数据即可，其它如空中收 /发转换，网络连接，控制等操作， 接收电流 40射电流 700眠时电流仅为 20特率=1200 积小、重量轻。 采用高性能单片处理器 围电路少，可靠性高，故障率低。 口收发等待时间。 可设置的接口等待时间使用模块既能用于高速用户设备（如 统）也可适用低速系统（如 51系统）。 看门狗监控内部功能，改变了传统产品的组织结构，提高了产品的可靠性。 统硬件模块设计 系统硬件部分即系统电路的设计是利用电路 具软件 计完成的。 第二章 系统的硬件构成与分析 - 10 - 计系统是一套建立在 容 境下的 路集成设计环境，其功能强大，兼容性好，且性价比高。融合了当今 处理各种复杂的 计过程 ，实现 计的多维设计输入、信号仿真、信号完整性分析、拓扑逻辑自动布线和 仅能完成基于 设计输入、仿真和验证 ,还包括了 规则驱动的 扑逻辑自动布线技术和 当今 新发展中专门基于 P 和000 台的板级设计系统，能为用户提供全线的板级设计手段。它将所有板级设计工具集于一身，使设计者能够按照自己的设计方式实现从最初的项目规划到最终形成生产数据 的全部过程。 该系统的硬件部分主要由电源模块，复位模块，数据采集模块，无线串口通信模块及单片机处理模块构成。 源电路 电源电路为整个系统提供稳定可靠的电压输出。 1222 单片机的输入电压范围为 前置信号处理电路和无线数传模块的工作需要 5V 电压。该电源可为整个系统提供稳定的 5V 电压，电路采用 调稳压器为系统提供 电压，用 路如图 2所示： 第二章 系统的硬件构成与分析 - 11 - 图 2 电源电路图 为了使输出的电源稳定，输出纹波 小，在电路的输出部分分别采用两个电容进行滤波，在电路的输入端也放置两个滤波电容，以减小输入端的纹波。 位电路 在单片机系统中，单片机需要复位电路。复位电路可以采用 R C 复位电路，也可以采用复位芯片实现的复位电路。 R C 复位电路的经济成本比较低，但可靠性不高，用复位芯片实现的电路具有较高的可靠性，同时也提高了系统的成本。本系统根据自身情况，选择的是 R C 复位电路，如图 3所示： 第二章 系统的硬件构成与分析 - 12 - 图 3 复位电路 据采集电路 数据采集电路分为温度采集电路和转速采集电路，电路采用常用的信号采集电路，如图 4 所示： 第二章 系统的硬件构成与分析 - 13 - 图 4 数据采集电路 1） 温度采集电路 传感器采集的温度信号经过 。 2） 转速采集电路 传感器采集的转速脉冲信号经过 74密特触发器整形后送入单片机的 后由单片机进行脉冲中断记数。 线串口通信电路 无线数据传输模块的电路设计的主要功能是提供单片机和 108无第二章 系统的硬件构成与分析 - 14 - 线模块的接口电路，以及 108 无线模块和计算机之间的通信接口电路。 图 5 串口通信电路 由于单片机的输入、输出电平为 与 此要实现单片机与 之间的数据通信，必须进行电平转换。但 由于 108无线模块提供 2个串口 3种接口方式， 口。 口，用户只需要拔 /插短路器再上电即可改变接口类型，可直接与单片机串口、计算机 口连接，无需添加电平转换电路，这使得电路设计更加简单。将 108 无线模块的 脚， 108 模块的电源接 5V 电压，同时将地线引脚接地。 示电路 系统的显示电路采用简单常用的 方式既能够满足系统的要求，又具有亮度高、工作电压低、功耗小、微型化、易与集成电路匹配、驱动简单、寿命长、耐冲击、性能稳定 等优点 ，也可降低整个系统的成本。图 6为该系统的显示电路。 第二章 系统的硬件构成与分析 - 15 - 图 6 显示电路 该显示电路由两组 组 4位，左面 4位用于显示温度，右面 4 位用于显示转速。显示器通过 74动芯片与单片机的 相连，单片机 4来控制 码管的显示选通状态。由于 列单片机具有丰富的 I/O 口资源，这样的连接方式非常易于实现，同时也减小了系统设计的复杂性。 片机电路 单片机电路作为整个系统的核心控制部分，主要完成与其他电路的接口，在系统中主要负责对现场温度信号和转速信号的采集，并将得到的数据进行处理显示，或通过按键将数据通过无线数据模块传输到上位机做进一步处理。其电路图如下： 第二章 系统的硬件构成与分析 - 16 - 图 7 单片机电路 由以上各部分电路可以看出，整个系统硬件设计比较简单，数据采集电路具有一定的通用性，可同时采集模拟量数据和数 字量数据。电源及复位模块主要为整个系统提供可靠的电源，考虑到系统工作需要提供复位功能，因此电路也为系统提供复位信号。串口通信模块主要完成与上位机通信，设计比较简单。另外，单片机的时钟模块由低速晶体振荡器，同时外加电容构成。键盘输入电路完成用户与机器的交互，按键相对较少，主要用来提供向上位机发送数据的控制信号，连接于单片机的 用中断触发方式实现。 第三章 系统软件设计 - 17 - 第三章 系统软件设计 系统的软件由上位机软件和下位机软件构成。上位机程序主要完成对下位机数据的接收和对下位机发送信息，并对接收的数据做进一步处理。 下位机程序主要完成对现场温度和转速的采集，用 示转速和温度数据，将数据上传给上位机，并接收上位机发送的信息。 位机程序设计 本系统的上位机软件使用微软的 称 开发。 司推出的强有力的系列开发软件之一，而且以其实用、方便、快捷、开发周期短、广泛而强大的功能越来越被广大编程人员所亲赖，广为流传。在 称控制、组件）供编程人员使用，可以方便的利用这些组件中的属性、方 法、语言等以事件驱动方式开发应用程序，还可以利用 的 的应用程序接口等工具开发应用程序。它支持面向对象程序设计 ,支持结构化的事件驱动编程模式 ,并可使用无限扩增的控件。 一个 统下流行的应用程序开发平台，其方便的界面设计使程序员能节省大量时间，并把最大的精力集中在应用程序核心代码的编写上。本软件与下位机软硬件及其它相关元器件共同组成了一个双级测控管理系统。软件主要功能如下： （ 1）通信功能： 通过串行口发送命令信号实现对下位机的控制，也可实时接收下位机发送的数据 。 （ 2）显示功能： 实时显示接收的数据，能够选择不同的数据格式进行显示。 （ 3）数据管理功能： 管理监控到的数据，对从串行口接收的数据进行处理分析或存储。 第三章 系统软件设计 - 18 - 程序的运行界面如下： 图 8 串口通信程序界面 由于程序的界面安排比较紧凑，对接收数据的保存功能放在右键的弹出菜单中。 B 串行通讯 在 供了一个使用非常方便的串行通讯控件 全面的提供了使用 既可以 使用查询方式又可以使用事件驱动方式来完成串行通讯。在 些编程要素有属性、事件和函数，利用这些要素编程，可以实现几乎全部的串行通讯功能。控件 事件可以截取串口的任何消息，转入事件处理程序。 作系统的运行机制为事件驱动，在 没有事件发生时程序可能处于某一循环、等待或任务状态当事件发生时，程序转入事件处理程序。每个控件下都有一些事件供程序员使用， 件是唯一的， 以扑获通讯时发生的串口事件和错误信息，当有串口事件第三章 系统软件设计 - 19 - 或错误发生时， 立刻触发一个 件，程序就会自动转入 件处理程序中。 性是 件的指示器，该属性在设计时不能使用，在程序运行时为只读， 性存有最近的事件或错误的数值代码，可以在程序中随时读取 性值来了解通讯的状况， 件是和 起使用，当任何一个 件或错误发生时，都会使得 性值改变，在 件处理过程中，可以通过判断 于不同的属性值转入不同的事件处理过程。 线传输接口和协议 在本项目中使用 讯程序使用 用 片机作数据采集的下位机，上位机作数据接收和数据处理中心站，下位机实时采集数据之后，进行简单的数据计算，当收到上位机发来的发送指令或按下发送按键之后，开始向上位机发送数据。上位机无线通讯接口使用 108 模块，下位机同样使用 108模块，单片机的数字信号 经过串口送入无线 收数据的方式与上述相同，经无线 信号解调为数字信号进入计算机或单片机处理。在本系统的通讯中，使用点对点通讯，在通讯协议中无须增加站点识别码，因此通信协议更加简单，异步串行通信波特率为 9600 步通信帧格式为：无奇偶校验位， 8位数据位， 1位停止位；串行通信数据起始码为： 行通信数据结束码为： 下位机向上位机传送的代码为 上位机向下位机发送的命令同样为 无线通讯过程中，除了规定合理的协议之外，为了保证通讯 的正确性，在数据发送时适当的增加延时是必要的，当速度较慢的计算机向速度较快的计算机发送数据时应适当的增加延时。 本系统的串口通讯采用事件驱动方式，事件触发方式对于定长通讯非常有效，但定长通讯在有些场合不实用。下面是在程序中定义的 1 或 2 通过组合框选择设置通讯串口为 1 或 2 号串口 024 定义输出缓冲区为 512字节 第三章 系统软件设计 - 20 - 512 定义输入缓冲区为 512字节 ,N,8,1 设定波特率和置校验位为 1 打开串口 0 接收缓冲区全部数据 1 设定 1，等待出发 件 通过组合框选择接收模式 其他参数采用默认值。 信模块设计 上位机的通信程序具有很大的通用性和灵活性，可以根据不同的参数选择，进行不同格式的数据发送与接收，也可适用于与本系统不相关的串口通信中。 在本系统中，当对下位机数据接收时，首先要选中复选框（对下位机收发数据）。接收时在程序中先判断数据包头 数据包头 暂时存放于缓冲区中，直至数据包尾 不正确，就丢弃，并继续执行其他程序；若正确，则处理接收的字符，提取需要的数据。上位机 采用与下位机同样的通信协议，也是由数据包头 +数据 +数据包尾构成。上位机对下位机发送的控制命令有固定的几种，也可根据需要自行扩充，其命令格式为：数据包头，命令数据，数据包尾 （ 命令数据 对下位机发送数据时也要选中复选框（对下位机收发数据），否则下位机收不到正确的数据。 该串行通信程序具有很大的通用性：（ 1）串口通过方便灵活的对话框设置，可适用于不同系统的串行通信测试。（ 2）程序自动接收通信数据，便于串行通信接口的调试。（ 3）程序使用事件驱动方式控制串口，稍加修改即可应用于不同的串行通信程序中 。 第三章 系统软件设计 - 21 - 在系统的开发过程中，通用串行通信测试程序经多次使用，证明对上下位机之间的串行通信调试是非常有效的。 据处理 当程序用于发送数据时，首先根据需要选择数据的发送格式，本程序提供三种数据格式处理， 序发送接收格式的选择为同一组合框。 程序对于接收的数据，能够进行不同的格式处理，用户根据实际需要，对接收数据选择不同的格式进行处理显示（ 式、 下位机是以压缩 的形式向上位机发送温度和转速，上位机按字节接收，要把接 收到的温度、转速数据选用 式转化显示出来，否则出现上位机和下位机温度、转速显示的结果不一致。对接收到的温度 a 进行计算的公式为：显示的温度 =6*6。 据保存 如果需要将接收的数据进行保存，可用右键菜单的数据保存功能。本程序的数据库采用 要单击保存数据后，程序自动将接收的数据和当前时间存入程序固定设计的数据库表中。 位机程序设计 下位机程序的开发工具选择的是跟 成软件开发 系统，它可以通过仿真器对目标系统实现在线编程，是一个能支技各种不同 它能支持多种以项目 (方式来进行程序文件管理和程序开发 调试方便等优点 用于大量 8位、 16位以及 32位的微处理器和微控制器，使用户在开发新的项目时也能在所熟悉的开发环境中进行。它为用户提供一个易学和具有最大量代码继承能力的开发环境，以及对大多数和特殊目标的支持。嵌入式 用第三章 系统软件设计 - 22 - 户的工作效率，通过 具，用户可以大大节省工作时间，提高工作人员开发的工作效率。 下位机程序采用 三方自由寻址。具体说就是对于单操作数指令可以使用指令系统中的任意寻址方式。对于双操作数指令，可以使用源地址寻址方式和目的地址选择方式的任意组合。 内核 构是按照精简指令集和高透明指令的宗旨来设计的，使用的指令有硬件执行的内核指令和基于现有硬件结构的高效率的仿真指令。 7 条内核指令，使用起来非常方便。 下位机程序设计模块主要包括系统初始化，数据采集模块，显示模块，无线串口通信模块，和主处理模块。其程序框架如图 9 所示： 图 9 下位机程序流程图 统初始化 系统初始化模块主要包括：系统时钟模块初始化、 A/们全部包含在 第三章 系统软件设计 - 23 - 如下为初始化 I/ 0 ；设置输出方向 020H,H,& ；设置为中断方式 0H, H, & ； 串口功能引脚 对于系统模块的初始化编程，只需通过设置相应模块的寄存器就可以使其进行正确的工作。 据采集处理模块 该模块分为温度采集处理部分和转速采集处理部分。 1) 温度采集 该部分通过 内的 A/D 转换器来完成温度数据的采集任务，采集的模拟参考电压使用片内的参考电压。温度传感器通过某种关系的换算，就可以得到温度与输出电 压的关系，然后信号经过 ，当 温度值存于寄存器 发出中断请求。 中断子程序先把寄存器 值转化为摄氏温度值，再将测试温度值转化为 化为摄氏温度值的公式为： 024*423 2) 转速采集 目前，常用的数字式转速测量的方法主要有 3种，分别是 率法）、期法）、和 M/率 /周期法）。 内，测量转第三章 系统软件设计 - 24 - 速脉冲信号的个数来确定转速； T 法是测量两个转速脉冲信号的时间来确定转速； M/T 法是同时测量检测时间和在此时间内的脉冲信号的个数来确定转速。其中 虑高速和低速时的综合性能 M/T 法最好。从检测时间来看， M 法的检测时间与转速无关，而 M/T 法如能牺牲一点分辨率，则可以使检测时间与 M 法几乎相同。从综合效果看， M/T 法是较好的测量方法。本系统根据自身的实际情况，采用的是 传感器采集的转速脉冲信号经过 74密特触发器 整形后送入单片机的 片机每当收到一个转速脉冲后便产生一次中断，由 的中断子程序对此脉冲中断信号进行计数。利用 时器定时察看脉冲数，从而计算出脉冲频率，再根据频率换算出转速。 示模块 该部分主要完成数据的显示功能。在硬件设计中，显示电路与单片机的 过74示模块相对比较简单，只是简单的将数据显示在数码管上，在显示数据时需要选通不同的数码管，该模块主要包括端口 初始化和显示两个部分。端口初始化部分包含在 示模块为 子程序定义了一数据表样要显示一个数字，只要根据数据表的下标地址就可取得数据，然后直接送到显示缓冲区，从而实现显示。主控程序将循环调用显示程序，显示程序将显示缓冲区的数据送入 由于采集的数据都是二进制数，通过 无法直接显示，必须将其转换成 的形式才能正常显示。 显示流程图如下所示（图 10）： 第三章 系统软件设计 - 25 - 图 10 显示流程图 线串口通信模块 串口通信 模块主要是完成单片机与上位机的通信，从而将采集得到的数据送到上位机进行处理，同时还可以接收上位机发送的命令控制数据。由于此实现串口通信比较容易，只需要设置适当的寄存器就可以使串口工作起来。通过设置 置 置 存器实现时钟源的选择，设置寄存器 实现通信波特率的设置等等，这些初始化设置都包含在 串口通信的接收使用中断方式，发送使用子程 序调用方式。当接收中断触发后，接收子程序首先判断接收标志 否为零，为零则开始接收数据，不为零则正在接收过程中。 零后判断通信数据开始标志，如果是开始标志 后进行数据接收，并将接收标志 收到数据结束标志 接收标志 零，停止数据接收。接收数据完毕后，进行数据判断，如果是程序中定义的命令数据，将会调用相应的子程序处理模块。当发送按键按下时，程序调用发送子程序将数据送到发送缓冲区，无线数据传输模块 108自动将缓冲区的数据发送给上位机的第三章 系统软件设计 - 26 - 无 线接收模块。 断子程序 中断子程序包括 块中断子程序， 中断子程序，键盘中断子程序， 中， （ 存器中）转换为 ，并将其送入温度缓冲区。键盘中断负责将发送缓冲区数据向上位机发送，键盘中断脉冲触发后，该子程序将调用串口数据发送子程序，完成数据向上位机的送任务。中断子程序完成脉冲信号的采集记数工作，当转速脉冲到达后，脉冲记数单元加一，然后清除脉冲中断标志，继续下一个脉冲记数（注： 对 p1,进入中断后一定要设置 。否则会跳不出中断。）； 对数据进行处理，以减少中断占用的时间）的数据，当接收到规定的字符数据（ 后，置接收完毕标志，以表明接收缓冲区中有待处理的数据并请求通信处理程序对其进行处理。 时器定时察看温度缓冲区数据和转速缓冲区数据，将他们处理后送入显示缓冲区和发送缓冲区。 处理模块 主处理模块主要将各个模块进行协调处理和实现数据的显示、发送和接收任务。主处理模块首 先完成系统的初始化工作，初始化后进入主循环处理，在循环过程中程序获得采集模块的数据，并将其处理，然后将处理结果进行显示或通过按键传输到上位机。同时，下位机通过中断接收来自上位机发送的数据。程序流程图如图 9所示。从流程图可以看出，主程序只负责从指定的缓冲区读取数据显示和键盘扫描处理。数据的采集和上位机数据的接收由中断程序来完成。 第四章 系统调试及结果分析 - 27 - 第四章 系统调试及结果分析 本系统的调试主要包括硬件调试及软件调试两部分，即对于下位机软、硬件及上位机软件的调试，调试的工作量比较大。其中下位机系统的硬件调试和软件调试是分 不开的，许多硬件错误是在软件调试中被发现和纠正的。但通常是先排除明显的硬件故障以后，再和软件结合起来调试以进一步排除故障。硬件的调试是基础，如果硬件调试不通过，软件设计则是无从做起。 统硬件调试 当硬件设计从布线到焊接安装完成之后，便开始进入硬件调试阶段。系统的硬件调试相对简单，先调试电源电路和复位电路，只要这两部分能正常工作，再进行单片机的调试，如果单片机的晶振能够起振，则整个硬件的单片机部分没有什么大的问题。其间经常遇到的硬件故障有以下几种： 1）逻辑错误 系统硬件的逻辑错误是由于设计错误或加工 过程中的工艺性错误所造成的。这类错误包括：错线、开路、短路等几种，其中短路是最常见的故障。在印刷电路板布线密度高的情况下 ，极易因工艺原因造成短路。 2）器件失效 元器件失效的原因有两个方面：一是器件本身已损坏或性能不符合要求；二是由于组装错误造成的元器件失效，如电解电容、二极管的极性错误，集成块安装方向错误等。 3）可靠性差 引起系统不可靠的因素很多，如金属化孔、接插件接触不良会造成系统时好时坏；内部和外部的干扰、电源纹波系数过大、器件负载过大等造成逻辑电平不稳定；另外，走线和布局的不合理等也会引起系统可 靠性差。 4）电源故障 第四章 系统调试及结果分析 - 28 - 若样机中存在电源故障，则加电后将造成器件损坏。电源的故障包括：电压值不符合设计要求，电源引出线和插座不对应，电源功率不足、负载能力差。 统软件的调试、分析 软件调试与所选用的软件结构和程序设计技术有关。本系统程序采用模块程序设计，调试时分逐个模块进行，最后进行系统程序总调试。系统的软件调试分为上位机软件调试和下位机软件的调试。 位机软件调试 此阶段的任务是调试上位机应用程序与下位机间可靠的数据通信以及对上位机的操作流程及操作界面进行优化。上位机软件的关键是使其能 够实现串口通信功能，能够把接收的数据用正确的格式显示，能够选择适当的格式发送数据。本程序对于串口通信部分进行的调试，达到了预期的目的。上位机能够正确的按预定结果发送与接收数据，实时，可靠，表明上位机软件的设计取得了满意的效果。 位机软件调试 下位机软件的调试相对复杂，由于其模块相对较多，且使用 汇编语言编写，需要逐个模块进行调试。主要包括以下几个模块： 键盘 /显示部分调试 数据采集电路调试 串口通信模块调试 调试子程序时，首先要符合现场环境，即入口条件和出口条件。调试手段采用了 单步运行方式和断点运行方式，通过检查用户系统 内容和 I/O 口的状态，检测程序执行结果是否符合设计要求。通过检测，发现程序第四章 系统调试及结果分析 - 29 - 中存在的死循环错误、机器码错误及转移地址的错误，同时也可以发现用户系统中的硬件故障、软件算法及硬件设计错误。在调试过程中不断调整系统的软件和硬件，逐步通过一个个程序模块。 各程序模块通过后，可以把各功能块联合起来一起进行整体程序综合调试。在这阶段若发生故障，考虑各子程序在运行时是否破坏现场，缓冲单元是否发生冲突，零位的建立和清除在设计上有否失误，堆栈区域有否溢出，输入设 备的状态是否正常，等等。若用户系统是在开发系统的监控程序下运行时，还要考虑用户缓冲单元是否和监控程序的工作单元发生冲突。 单步和断点调试后，还应进行连续调试，这是因为单步运行只能验证程序的正确与否，而不能确定定时精度、 全部完成后，应反复运行多次，除了观察稳定性之外，还要观察用户系统的操作是否符合原始设计要求、安排的用户操作是否合理等，必要时还要作适当修正。 机调试 最后，各模块调试完毕后，为了整个系统的正常工作，需要将上位机和下位机结合起来进行调试。联机调试 主要是串口通 信模块的测试， 在联机调试的过程中，通过上位机程序与下位机进行联合调试，可以立即判断出下位机的通信程序是否正确以