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串口通訊在CCD相機系統中的應用

2010/5/5 15:40:00

1引言

　　CCD相機系統在運行過程中，有許多來自工作現場的數據需要實時采集，處理和記錄。以便上級管理系統及時掌握相機的工作狀態。并且上級管理系統需要實時調整相機參數，并發出相應的指令，使得相機采集到的圖像像質更好。

　　MCS-51單片機內部含有一個可編程全雙工串行通信接口，該接口電路不僅能同時進行數據的發送和接收，也可作為一個同步移位寄存器使用。MCS-51單片機串行口的結構由串行口控制寄存器、發送和接收電路等三部分組成。

　　串行通信是一種能把二進制數據按位傳送的通信，故它所需傳輸線條數極少，特別適用于分級、分層和分布式控制系統以及遠程通信之中[1]。根據實際使用的需要，CCD相機系統與上級管理系統之間的通訊由單片機串口來完成。本文對該系統中的串行通信系統加以介紹。

　　2系統串行通訊體系

　　按照串行數據的同步方式，串行通信可以分為同步通信和異步通信兩類。本系統采用同步通信方式。數據的輸入和輸出接口有各自的時鐘來控制，這兩個時鐘源彼此獨立，互不同步[1]。

　　由于CCD相機系統的數據輸入和數據輸出不會在同一時刻進行，本系統的串行通訊體系結構包含以下幾個部分：單片機小系統，串行數據輸入模塊，串行數據輸出模塊。其中單片機小系統結構簡單，性能成熟，在這里不再贅述。現就串口輸入、串口輸出模塊做出說明：

　　2.1串行數據輸入模塊

　　相機參數的注入由上級管理系統負責，CCD相機系統通過數據總線將參數直接讀入相機系統中的單片機小系統。

　　數據輸入門控信號通過單片機P1口連接。當上級管理系統欲向CCD相機系統注入調整參數指令時，先使門控信號有效，單片機系統即準備好接收數據；然后在時鐘信號的配合下，一位一位地讀入數據，并通過數據總線將并行數據讀入單片機。

　　2.2串行數據輸出模塊

　　在每個間隔時間到來時，CCD相機系統向上級數據管理系統送出相機系統的參數，以備檢查相機系統的狀態是否正常。電路設計如圖1。在方式0下，串行數據輸出電路通過幾個串入并出的移位寄存器，由MCS-51單片機的RxD線串行輸出數據，并從移位寄存器的最高位串行輸出。

　　3系統的串口通訊協議

　　3.1系統串口通訊協議特點

　　由于傳輸距離和可靠性的要求，該通訊協議具備如下特點[2]：

(1)采用一對一的通訊方式，無握手過程。通訊中，上級管理系統為主站，CCD相機系統為從站；
(2) 為了有效地識別相機參數。針對各項指令參數設定了各自的命令代碼，但幀長度保持不變。
(3)由于校驗編碼是差錯檢測的核心，對提高數據傳輸的可靠性非常重要，且奇偶校驗方式簡單可行，故采用奇偶校驗方式保證數據傳送的準確性；

　　4系統串口通訊軟件實現

　　4.1通訊協議格式說明

　　以下對本系統的具體通訊協議格式進行說明。該協議的數據包結構大體如下所示：

　　(1)幀頭

　　為了準確發送和接收串口數據．將幀頭設定為OxAA(10101010)。

　　(2)命令代碼

　　在本系統的通訊協議中，針對各項指令參數設定了各自的命令代碼，這里不作具體描述。
(3)數據代碼

　　數據代碼緊跟在命令代碼之后，用戶可根據情況取5位、6位、7位或8位、低位在前高位在后。

　　(4)奇偶校驗位

　　奇偶校驗這一字節是按照通常的通訊協議標準來計算的。即：一幀數據除幀頭外其它字節的累加和[3-4]。

　　4.2串口通訊的波特率

　　波特率是每秒鐘傳送二進制數碼的位數，單位是bps(bit per second)，即位/秒。波特率是串行通信的重要指標，用于表征數據傳輸的速度。波特率越高，數據傳輸速度越快。

　　通信的數據傳輸速率較高，通常可達56000bps或更高。但同步通信的缺點是要求發送時鐘和接收時鐘保持嚴格同步。

　　4.3串口通訊軟件流程圖

　　在充分了解用戶需求的基礎上，首先確定系統結構，進而確定軟件開發平臺和工具，采用自頂向下、逐步求精的設計方法劃分軟件的功能模塊和功能單元，可提高軟件開發的效率。

本系統使用串口的方式0，用匯編語言編程。軟件流程圖（只包含串口通訊子程序）如圖2所示。

        5結束語

　　用匯編語言進行編程是實現串口通訊的一種較可靠的方式。本通訊模塊設計了具有自身特點的串口通訊協議，有效解決了數據管理系統與CCD相機系統間的通訊問題。已經成功應用于某CCD相機系統。本設計對其他類型的串行通訊體系有一定的推廣和應用價值。

　　本文作者創新點：利用單片機串口，設計成串入并出的數據輸入口和串入串出的數據輸出口，硬件結構簡單，性能可靠；使用在通訊中較少使用的串口方式0進行通訊設計。

　　參考文獻

        1 胡漢才。單片機原理及其接口技術，清華大學出版社，1995：311～316。
        2 陳力平，徐冠捷。基于單片機的串口擴展器，微計算機信息，2006，22（3-2）：1～3。
        3 陳輝。海上移動視頻監控通信系統的設計和應用。青島建筑工程學院學報，2005，26（4）：1～3。
        4 賈中青，王學軍，張曉東等。可編程控制器與PC機的通訊技術。工程技術應用，2005，18（4）：1～4。