AVR單片機和Matlab串口通信的計時器系統

圖3 單片機主程序流程圖

3 下位機和上位機的串口通信

　　本系統下位機為單片機，信號電壓是TTL電平0~+5 V，而上位機為PC機，串口電平是RS232電平-10~+10 V。為了實現串口通信，需要經過MAX232電平轉換，才能匹配。考慮到應用的靈活性、方便性，以及多個下位機與一個上位機進行的通信，本設計在單片機和上位機之間接入ZigBee無線通信模塊，使用的是SZ05-ZigBee無線通信模塊。SZ05ZigBee無線通信模塊接線圖如圖4所示。

圖4 SZ05ZigBee無線通信模塊接線圖

　　該模塊數據接口包括TTL電平接收發送接口、RS232發送接收接口，還可以按照廣播方式發送數據和按照目標地址發送數據，除可實現一般的點對點數據通信功能外，還可實現多點之間的數據通信。串口通信使用方法簡單、便利，可以大大縮短模塊的嵌入匹配時間進程。它具有通信距離遠、抗干擾能力強、組網靈活、性能可靠穩定等優點。[4]

　　將SZ05ZigBee無線通信模塊CONFIG跳線短接,系統進入配置狀態。打開計算機的超級終端，超級終端的設置為：波特率38 400、數據位8、校驗NONE、停止位1、流控無。主要參數配置如下：網絡類型網——星型網；發送模式——主從模式；數據類型——HEX；數據位——8+0+1；波特率——38 400；單片機端連接的設備類型——終端設備（DEVICE跳線短接）；上位機端連接的設備類型——中心節點(CENTER端口與地短接)。每個終端設備需設置自己不同的MAC_ADDR設備地址，范圍為0000~0xFFFE。主從模式下，終端設備發送數據無需目標地址，數據默認給中心節點，而中心節點發送數據則必須加上終端設備的目標地址。

　　無線通信模塊在測試上電時，會自動發送一串隨機數據。為了防止干擾，自定義了一項通信協議，定義3字節數據為一幀，數據包格式為0xAABB××，在檢測到數據頭AA BB時，才接收數據，保證接收到數據的準確性。

4 基于Matlab GUI的串口通信和計時器的實現

4.1 Matlab對串口RS232的編程

　　從Matlab6.0版本開始，軟件中增加了設備控制箱功能，提供了對RS232/RS485通信標準的串口通信的正式支持。利用該工具箱的串口類及fopen、fread等函數，能可靠地進行實時串行通信。[5]

　　從建立串口通信到結束串口通信的完整流程包括以下幾個步驟[6]：

① 為應用程序創建串口對象。實現該功能的函數為obj=serial(“port”,“PropertyName”, PropertyValue,…)。其中，參數port為完整的串口名稱，如COMl；PropertyName為串口通信參數，如baudrate、startbits等。

② 連接打開串口。其函數為fopen(obj)。

③ 設置或者修改串口通信參數。在能夠有效地進行串口通信前，必須設置正確的串口通信參數。實現該功能的函數為props=set(obj,“PropertyName”，PropertyValue,…)。

④ 關閉串口以及釋放串口對象占用的存儲空間。關閉串口函數為：fclose(obj)。釋放串口對象占用的內存空間，函數為delete(obj)。釋放串口對象在Matlab工作區中占用的存儲空間函數為clear obj。

　　要實現自動收發數據，還需要定義串口中斷處理函數以及觸發串口中斷的方式如下：

① 觸發串口中斷的方式。涉及到串口讀寫的事件包括：Bytes available、Output empty。其中，Bytes available事件有兩種：一種是接收到的字符數達到人工設定的數目時，系統產生該事件；另一種是當接收到指定字符時，系統產生該事件。本文采用前一種，當接收字節數達到3時，觸發中斷。