C8051FXXX系列單片機(jī)是Cygnal公司推出的高性能的完全混合信號(hào)系統(tǒng)MCU芯片，其指令集與MCS-51系列單片機(jī)完全兼容[4]。本文使用C8051F020設(shè)計(jì)運(yùn)動(dòng)平臺(tái)控制器，該處理器采用基于流水線的CIP-51內(nèi)核，片內(nèi)集成VDD監(jiān)視器、看門(mén)狗定時(shí)器和時(shí)鐘振蕩器，支持在線編程和JTAG調(diào)試接口，具有體積小、功耗低、便于調(diào)試開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。

    C8051F020的兩個(gè)串口分別用來(lái)連接GPS和數(shù)傳電臺(tái)。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2配合UART0產(chǎn)生9600bps波特率與數(shù)傳模塊連接，完成與PC機(jī)的通信；定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T4配合UART1產(chǎn)生4800bps波特率接收GPS信號(hào)。用兩路可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器（PCA）產(chǎn)生16位的PWM分別驅(qū)動(dòng)電機(jī)和舵機(jī)。

    運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的初始坐標(biāo)和方位角由GPS獲得。iTrax 02[5]型接收機(jī)是一款超小體積、低功耗的GPS OEM板，其尺寸僅為26mm×26mm×4.7mm，休眠功耗僅為80uW，連續(xù)導(dǎo)航時(shí)也不超過(guò)110uW，并且從休眠到導(dǎo)航定位僅為8s，具有極快的信號(hào)獲取引擎。iTrax 02帶有2個(gè)UART接口，可接收NMEA0183格式的數(shù)據(jù)和二進(jìn)制的iTack格式數(shù)據(jù)。其端口2用來(lái)輸入差分修正信息和輸出衛(wèi)星的原始測(cè)量信息而端口1用來(lái)輸入設(shè)定語(yǔ)句和輸出定位語(yǔ)句。C8051F020單片機(jī)具有全雙工串行通信能力。兩者采用最簡(jiǎn)單的零調(diào)制的三線制進(jìn)行串行通信，這是進(jìn)行全雙工所需要的最少數(shù)目的線路。因而只需將C8051F020的串行口經(jīng)TTL電平與EIA電平轉(zhuǎn)換后，再與iTrax 02板串行口1對(duì)應(yīng)連接。系統(tǒng)采用11.059 MHz晶振。

    無(wú)線通信模塊選擇ZT-TR43C型微功率無(wú)線電臺(tái)，該模塊適用于低成本、小型化場(chǎng)合的無(wú)線數(shù)據(jù)收發(fā)。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

    3.1自定義通信協(xié)議

    對(duì)于監(jiān)控軟件與單片機(jī)之間的通信，能夠?qū)崿F(xiàn)收發(fā)真實(shí)再現(xiàn)的關(guān)鍵在于PC機(jī)與單片機(jī)之間的通信協(xié)議是否滿足要求。經(jīng)過(guò)需求分析，制定了如圖2所示的單片機(jī)向PC機(jī)發(fā)送的通信協(xié)議。

    單片機(jī)向PC發(fā)送的數(shù)據(jù)包由15個(gè)字節(jié)組成。數(shù)據(jù)包開(kāi)頭的兩個(gè)字節(jié)，我們?cè)O(shè)定第0和第1字節(jié)分別為0xEB和0x90，定義為數(shù)據(jù)頭。當(dāng)有數(shù)據(jù)向PC機(jī)發(fā)送的時(shí)候，檢測(cè)數(shù)據(jù)頭是否與設(shè)定值一致，一致就繼續(xù)接收剩余的數(shù)據(jù)，否則舍棄該數(shù)據(jù)包。第2～5字節(jié)留給加速度傳感器信息。第6～9字節(jié)為采集的GPS緯度數(shù)據(jù)；第10～13字節(jié)表示采集來(lái)的GPS精度數(shù)據(jù)；第14個(gè)字節(jié)為校驗(yàn)字節(jié)，該字節(jié)等于前14個(gè)字節(jié)的和，用來(lái)檢驗(yàn)接收的數(shù)據(jù)包是否完整。圖3所示為PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式。

    PC機(jī)向單片機(jī)發(fā)送的命令占用一個(gè)字節(jié)，低四位表示對(duì)電機(jī)控制的命令和數(shù)據(jù)，高四位表示對(duì)舵機(jī)提供的命令和數(shù)據(jù)。第3位表示電機(jī)進(jìn)退位，“0”表示前進(jìn)，“1”表示后退，第0～2位表示控制量；同理，第7位表示舵機(jī)轉(zhuǎn)向控制位，“0”表示右轉(zhuǎn)，“1”表示左轉(zhuǎn)，第4～6位表示控制量。控制命令如表1所示。

    另一部分是PC機(jī)操作軟件，使用Microsoft Visual C++環(huán)境開(kāi)發(fā)，采用面向?qū)ο蠹夹g(shù)設(shè)計(jì)，基于對(duì)話框結(jié)構(gòu)，其軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖5所示。微軟提供的MScomm控件封裝了Windows提供的與串口操作相關(guān)的大多數(shù)API函數(shù)，便于實(shí)現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的收發(fā)，且符合面向?qū)ο蟮木幊桃?guī)范。MScomm控件支持兩種訪問(wèn)串口的方式：查詢方式和事件驅(qū)動(dòng)方式。事件驅(qū)動(dòng)通訊是處理串行端口交互作用的一種非常有效的方法。在許多情況下，在事件發(fā)生時(shí)需要得到通知，如在串口接收緩沖區(qū)中有字符，或者Carrier Detect(CD)或Request To Send(RTS)線上一個(gè)字符到達(dá)或一個(gè)變化發(fā)生時(shí)。在這些情況下。可以利用MScomm控件的OnComm事件捕獲并處理這些通訊事件。OnComm事件還可以檢查和處理通訊錯(cuò)誤。查詢方式實(shí)質(zhì)上還是事件驅(qū)動(dòng)，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的每個(gè)關(guān)鍵功能之后，可以通過(guò)檢查CommEvent屬性的值來(lái)查詢事件和錯(cuò)誤。如果應(yīng)用程序較小，并且是自保持的，這種方法非常有效。本文選擇兩者結(jié)合的方式完成串行通信程序設(shè)計(jì)。

 
4 結(jié)束語(yǔ)

    采用C8051F020單片機(jī)作為核心處理器，具有體積小、功耗低、便于維護(hù)的特點(diǎn)。開(kāi)發(fā)符合Windows風(fēng)格的監(jiān)控軟件具有人機(jī)界面友好，便于操作的優(yōu)點(diǎn)。由于選用無(wú)線數(shù)傳電臺(tái)作為通信手段，因此使用的場(chǎng)合較為廣泛。
該系統(tǒng)還可用于其它串行通信或遠(yuǎn)程監(jiān)控場(chǎng)合。

5 參考文獻(xiàn)

    [1] 魏 宏. 城市軌道車輛組合定位導(dǎo)航系統(tǒng)的研究與開(kāi)發(fā)[D]. 吉林：吉林大學(xué), 2003

    [2] 李本亮. GPS車載導(dǎo)航系統(tǒng)中的航位推算技術(shù)[Z]. 北京：菱科電子技術(shù)(中國(guó))有限公司研發(fā)中心, 2005

    [3] 王仁禮, 陳天澤, 王冬紅. 智能型地圖匹配綜合算法的研究[J]. 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào). 2003.

    [4] 張迎新, 雷文, 姚靜波等. C8051F系SOC單片機(jī)原理及應(yīng)用[M]. 北京：國(guó)防工業(yè)出版, 2005.

    [5] 聞新, 劉寶忠, 林聞曉. MCS-51與GPS-OEM板串行通信技術(shù)及實(shí)現(xiàn)[J]. 無(wú)線電電子學(xué)與電信技術(shù). 
2006.04.