摘要：結合單片機和Matlab兩者的優點，基于事件驅動的中斷通信機制，提出一種Matlab環境下PC機與單片機實時串行通信及數據處理的方法；完成單片機數據采集系統與PC機的RS-232/RS-485串行通信及其通信數據的分析處理、文件存儲、FIR濾波及圖形顯示；簡化系統開發流程，提高開發效率。該方法已成功應用于一個PIC16F876單片機應用系統實例之中。

    關鍵詞：PIC16F876 Matlab 串口通信 RS-232 事件驅動 回調函數

引言

    Matlab是由美國Mathworks公司開發的面向理論分析研究、工程計算數據處理和緩圖的一套具有強大功能的軟件系統。其中Matlab語言是一種以矩陣為基本運算單元的解釋執行的高級語言，編程簡例，只要幾條語句就能實現諸如FFT變換、FIR/IIR濾波等數據分析處理，易于掌握。從Matlab6.0版本開始，Mathworks公司在軟件中增加了設備控制箱（instrument control toolbox），提供了對RS-232/RS-485通信標準的串口通信的正式支持。利用該工具箱的serial類及instrcallback()回調函數，能可靠地進行實時串地通信。為此，筆者充分結合單片機和Matlab的優點，基于事件驅動的中斷通信機制，提出了一種Matlab環境下PC機與單片機實時串行通信的數據處理方法，極大地簡化開發流程，提高了系統開發效率。另外，與目前普遍采用的基于Matlab查詢方式下的非實時串行通信技術相比，這種方法的實用性也大大增強了。

1 系統總體設計簡介

    下面以Mircochip公司的PIC16F876單片機為下位機，PC機為上位機組成的實時數據采集處理系統為例，介紹基于Matlab環境下PC機與單片機串行通信的實時數據處理方法的實現。數據采集系統的結構框圖如圖1所示。PC機串口與單片機USART口通過MAX232電平轉換芯片相連，系統工作時，Matlab通過調用設備控制工具箱中的serial類及相關函數。來創建串口設備對象，得到設備的文件句柄，從而以操作文件的方式實現對PC機串行口的讀寫操作。因而PC機可以通過Matlab向串行口發送特殊指令，PIC單片機應用系統對此作出相應的反應，將A/D采樣數據通過串行口回送給PC機。此時，Matlab通過中斷的方式，實時接收單片機發送的數據，并完成對數據的分析處理、文件存儲、FIR濾波及圖形顯示。

2 PIC16F876與PC機串行通信接口的設計

2.1 PIC16F876單片機串行通信接口的硬件設計

    PIC16F876微處理器芯片內部集成了一個串行通信（SCI）模塊。該模塊是一個通用的同步/異步收發（USART）通信接口。

    PIC16F876的SCI通信接口有兩個外部引腳——RC6/TX（SCI發送輸出引腳）和RC7/RX（SCI接收輸入引腳），引腳的信號電平為TTL類型；而PC機串口的異步串行通信基于RS232標準。兩者通信信號的邏輯電平不一致，必須進行信號電平轉換。為此，在電路中選用Maxim公司的MAX232芯片，以實現TTL電平與RS-232電平的雙向轉換。RS-232通信距離一般以不超過12m為宜，在工業控制現場很受限制。為保證硬件設計的兼容性和易擴展性，能夠應用于不同場合，考慮到實際應用的需要，在硬件電路中還可選用一個MAX491芯片，添加了一個RS-485通信接口。

    如圖2所示，實際使用過程中，系統可以根據需要，靈活使用不同的通信標準，十分方便。當PIC單片機SCI通信接口引腳直接通過MAX232芯片與PC機串口相連時，系統采用RS-232的通信標準；當PIC單片機SCI通信接口口引腳與MAX489芯片的DI、RO引腳相連時，系統采用RS-485的通信標準。另外，還可通過PIC單片機控制MAX489芯片的DE、RE引腳，隨時使能或屏蔽掉MAX489的數據接收和數據發送功能。

2.2 PIC16F876與PC機串行通信接口的軟件設計

    本通信系統中規定的字符格式為：每一幀的數據占10位——1位起始位，8位數據位，1位停止位，無奇偶校驗位。中間的8位數據位即為有效的通信傳輸字節。雙方的波特率設置為115.2kb/s，以較高速度進行通信。同時，為了增強通信的可靠性、減少通信的誤碼率，在通信過程中約定了雙方的軟件握手方法。為了不致使通信過于復雜，提高通信速度，可以直接將握手信號0xFF嵌入到數據包中。軟件握手協議規定如下：PC機發送符合握手信號0xFF給單片機，PIC單片機接收到的上位機數據若為握手信號0xFF，則回送兩次A/D采樣數據包，并將握手信號0xFF嵌入到數據包作為第一個數據，兩次發送數據的時間間隔為5ms；單片機接收到的上位機數據若不是握手信號，則繼續等待。若PC機接收到的數據包的第1個字節不是0xFF，則屏棄該數據包；若是，則表示握手成功，經校驗正確后將該數據包直接存儲接收，并從中分解有效的A/D采樣數據信息。