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标题: Matlab环境下PC与单片机的串行通信及数据处理 [打印本页]

作者: demon 时间: 2007-7-5 20:36
标题: Matlab环境下PC与单片机的串行通信及数据处理
<TABLE class=mode_table cellSpacing=0 cellPadding=0 width="100%" border=0><TBODY><TR><TD class=mode_table_main vAlign=top><DIV id=blogContent style="FONT-SIZE: 12px"><FONT size=3>引言</FONT></DIV><DIV style="FONT-SIZE: 12px"><FONT size=3>Matlab是由美国Mathworks公司开发的面向理论分析研究、工程计算数据处理和缓图的一套具有强大功能的软件系统。其中Matlab语言是一种以矩阵为基本运算单元的解释执行的高级语言，编程简例，只要几条语句就能实现诸如FFT变换、FIR/IIR滤波等数据分析处理，易于掌握。从Matlab6.0版本开始，Mathworks公司在软件中增加了设备控制箱（instrument control toolbox），提供了对RS-232/RS-485通信标准的串口通信的正式支持。利用该工具箱的serial类及instrcallback()回调函数，能可*地进行实时串地通信。为此，笔者充分结合单片机和Matlab的优点，基于事件驱动的中断通信机制，提出了一种Matlab环境下PC机与单片机实时串行通信的数据处理方法，极大地简化开发流程，提高了系统开发效率。另外，与目前普遍采用的基于Matlab查询方式下的非实时串行通信技术相比，这种方法的实用性也大大增强了。1 系统总体设计简介下面以Mircochip公司的PIC16F876单片机为下位机，PC机为上位机组成的实时数据采集处理系统为例，介绍基于Matlab环境下PC机与单片机串行通信的实时数据处理方法的实现。数据采集系统的结构框图如图1所示。PC机串口与单片机USART口通过MAX232电平转换芯片相连，系统工作时，Matlab通过调用设备控制工具箱中的serial类及相关函数。来创建串口设备对象，得到设备的文件句柄，从而以操作文件的方式实现对PC机串行口的读写操作。因而PC机可以通过Matlab向串行口发送特殊指令，PIC单片机应用系统对此作出相应的反应，将A/D采样数据通过串行口回送给PC机。此时，Matlab通过中断的方式，实时接收单片机发送的数据，并完成对数据的分析处理、文件存储、FIR滤波及图形显示。2 PIC16F876与PC机串行通信接口的设计2.1 PIC16F876单片机串行通信接口的硬件设计PIC16F876微处理器芯片内部集成了一个串行通信（SCI）模块。该模块是一个通用的同步/异步收发（USART）通信接口。PIC16F876的SCI通信接口有两个外部引脚——RC6/TX（SCI发送输出引脚）和RC7/RX（SCI接收输入引脚），引脚的信号电平为TTL类型；而PC机串口的异步串行通信基于RS232标准。两者通信信号的逻辑电平不一致，必须进行信号电平转换。为此，在电路中选用Maxim公司的MAX232芯片，以实现TTL电平与RS-232电平的双向转换。RS-232通信距离一般以不超过12m为宜，在工业控制现场很受限制。为保证硬件设计的兼容性和易扩展性，能够应用于不同场合，考虑到实际应用的需要，在硬件电路中还可选用一个MAX491芯片，添加了一个RS-485通信接口。如图2所示，实际使用过程中，系统可以根据需要，灵活使用不同的通信标准，十分方便。当PIC单片机SCI通信接口引脚直接通过MAX232芯片与PC机串口相连时，系统采用RS-232的通信标准；当PIC单片机SCI通信接口口引脚与MAX489芯片的DI、RO引脚相连时，系统采用RS-485的通信标准。另外，还可通过PIC单片机控制MAX489芯片的DE、RE引脚，随时使能或屏蔽掉MAX489的数据接收和数据发送功能。2.2 PIC16F876与PC机串行通信接口的软件设计本通信系统中规定的字符格式为：每一帧的数据占10位——1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。中间的8位数据位即为有效的通信传输字节。双方的波特率设置为115.2kb/s，以较高速度进行通信。同时，为了增强通信的可*性、减少通信的误码率，在通信过程中约定了双方的软件握手方法。为了不致使通信过于复杂，提高通信速度，可以直接将握手信号0xFF嵌入到数据包中。软件握手协议规定如下：PC机发送符合握手信号0xFF给单片机，PIC单片机接收到的上位机数据若为握手信号0xFF，则回送两次A/D采样数据包，并将握手信号0xFF嵌入到数据包作为第一个数据，两次发送数据的时间间隔为5ms；单片机接收到的上位机数据若不是握手信号，则继续等待。若PC机接收到的数据包的第1个字节不是0xFF，则屏弃该数据包；若是，则表示握手成功，经校验正确后将该数据包直接存储接收，并从中分解有效的A/D采样数据信息。PIC16F876端串行通信的C语言程序流程如图3所示，相应的主要通信源代码如下：//串口相关寄存器的初始化子程序void sci_initial(){SPBRG=0C0A; //设置通信波特率为115.2kb/sTXSTA=0X04; //选择异步高速通信模式RCSTA=0x80; //串行口使能，接收数据长度为8位，无奇偶校验TRISC6=0； //RC6引脚设置为输出方式TRISC7=1； //PC7引脚设置为输入方式}//串口接收和发送数据子程序void sci_com(){while(!RCIF); //查询接收中断标志位，等待上位机发送的串口数据rec_data[0]=RCREG;//接收串口数据if(rec_data[0]==0xFF){send_data[0]=rec_data[0]; //在第1组数据中嵌入回送握手数据0xFFfor(j=0;j<33;j++){TXREG=send_data[j]; //发送第1组32字节的A/D转换数据，包含握手信号0xFF为33个字节数据while(!TXIF); //查询发送标志位，等待数据发送完毕再进行下一次数据发送}delay_ms(5); //PIC单片机定时5ms发送第2组A/D转换数据send1_data[0]=rec_data[0]; //在第2组数据中嵌入回送握手数据0xFFfor(j=0;j<33;j++){TXREG=send1_data[j];//发送第2组32个字节A/D转换数据及握手信号数据While(!TXIF); //查询发送标志位，等待数据发送完毕再进行下一次数据发送}}}3 Matlab环境下PC机与单片机的通信在Matlab6.0中新增的设备控制工具条（instrument control toolbox）用来负责上、下位机之间的通信。该设备控制工具箱的特色如下：①支持基于串行接口（RS-232、RS-422、RS-485）、GPIB总线（IEEE2488、HPIB标准）、VISA总线的通信；②通信数据支持二进制和文本（ASCII）两种方式，文本方式支持SCPI（Standard Commands for Programmable Instruments）语言；③支持异步通信和同步通信；④支持基于事件驱动的通信。从以上的Matlab设备控制工具箱的特点可以看到，Matlab完全可以满足我们实现串行通信的要求。3.1 Matlab对串行口控制的基础知识Matlab对串行口的编程控制主要分为四个步骤。①创建串口设备对象并设置其属性。scom=serial("com1");%创建串口1的设备对象scomscom.Terminator="CR";%设置终止符为CR（回车符），缺省为LF（换行符）scom.InputBufferSize=1024;%输入缓冲区为256B，缺省值为512Bscom.OutputBufferSize=1024;%输出缓冲区为256B，缺省值为512Bscom.Timeout=0.5;%Y设置一次读或写操作的最大完成时间为0.5s,缺省值为10ss.ReadAsyncMode="continuous"(缺省方式);%在异步通信模式方式下,读取串口数据采用连续接收数据(continuous)的缺省方式,那么下位机返回的数据会自动地存入输入缓冲区中.注意:在些属性只有在对象没有被打开时才能改变其值,如InputBufferSize、OutputBufferSize属性等。对于一个RS-232/RS-422/RS-485串口设备对象，其属性的缺省值为波特率9 600b/s，异步方式，通信数据格式为8位数据位，无奇偶校验位，1位停止位。如果要设置的串口设置对象的属性值与缺省值的属性值相同，用户可以不用另行设置。另外，设置串口设置对象的属性也可以用一条指令完成，如：scom=serial("COM1","BaudRate",38400,"

arity","none","DataBits",8,"StopBits",1)。也可以用set命令，如set(scom,"BaudRate",19200,"Parity","even")。创建了对象后可以在Matlab命令窗口直接敲对象名并回车，看到其基本属性和当前状态。若需要知道其全部的属性，可以用get(scom)命令。②打开串口设备对象。fopen(scom);③读写串口操作。初始化并打开串口调协对象之后，现在可以  </FONT></DIV></TD></TR><TR class=showSign><TD class=mode_sign id=authorSign vAlign=top></TD></TR></TBODY></TABLE><DIV id=commentDIV oldHTML="<A id=commentTop href="javascript:;"></A>
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<TD class=mode_table_title_guest><SPAN class=right><SPAN class=ownerMode title=您要拥有照妖镜道具才可以使用照妖镜，照妖镜道具请在藏宝阁兑换 style="CURSOR: pointer" onclick="magicMirror('[%=@id%]','[%=@archive%]')"><%repeat_1 match="magicMode"%><IMG hspace=2 src="http://imgcache.qq.com/qzone/mall/bt_show.gif" align=middle border=0>使用照妖镜&nbsp;<%_repeat_1%></SPAN><SPAN class="bt_qute loginMode" onclick="ubbquote(this.parentNode.nextSibling.nextSibling.firstChild.firstChild.firstChild.firstChild.firstChild.nodeValue,'[%=@pubDate%]','[%=@escapeComment%]',document.diary_form.content)">引用</SPAN><SPAN class="bt_del ownerMode" onclick="deleteComment('[%=@id%]','[%=@archive%]')">删除</SPAN></SPAN>[%=@layer%]楼&nbsp;[%repeat_1 match="author"%]
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作者: superyongzhe 时间: 2008-4-11 16:29
标题: Re:Matlab环境下PC与单片机的串行通信及数据处理
格式这么乱，看起来很费劲。demon重新编辑一下吧！！

作者: wu-wu 时间: 2008-5-26 04:04
标题: Re:Matlab环境下PC与单片机的串行通信及数据处理
看不明白

作者: chenrunshe_007 时间: 2009-4-3 13:42
乱了乱了，缕一缕

作者: qijitao 时间: 2009-11-8 00:06
这个有没有具体一点的例子我们也在搞这个

作者: daaiwubian 时间: 2009-12-20 23:32
谢谢

作者: lsa 时间: 2010-1-7 11:24
学习中，虽然不是很明白

作者: jiutian0396 时间: 2010-4-5 15:21
还行，最少能学到点东西！～

作者: glace12123 时间: 2010-4-5 16:12
顶了

作者: caoyp110 时间: 2010-4-20 16:45
谢谢你了
仔细侃看看

作者: zhangluhuixing 时间: 2010-5-4 13:01
很有用

作者: xxyyjj 时间: 2010-8-13 10:23
正是我需要的。

作者: erchowyo 时间: 2012-3-15 21:50

作者: 2009gxs 时间: 2012-4-9 18:52
收藏了~~多谢楼主
不过还不是现在

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