單片微型計算機簡稱單片機，它是將中央處理器(CPU)、存儲器(RAM，ROM)、定時/計數器和各種接口電路都集成到一塊集成電路芯片上的微型計算機。隨著計算機技術尤其是單片機技術的發(fā)展，人們已越來越多地采用單片機來對一些工業(yè)控制系統(tǒng)中如溫度、濕度等參數進行檢測和控制。PC機具有強大的監(jiān)控和管理功能，而單片機則具有快速及靈活的控制特點，通過PC機的RS 232串行接口與外部設備進行通信，是許多測控系統(tǒng)中常用的一種通信解決方案。因此如何實現PC機與單片機之間的通信具有非常重要的現實意義。針對一些遠距離控制或者是危險性比較高的數據采集和控制的應用情況，本文主要介紹一種用雙工方式實現PC機與單片機之間的串行通信。

　　1 設計方案

　　為了通過串口實現PC機與單片機間的雙工通信，可有如下設計方案。

　　(1)設計方案一：有線傳輸

　　此方案是指PC機與單片機之間通過電纜線傳輸數據。有線傳輸的優(yōu)勢是性能比較穩(wěn)定，調試簡單，而不足之處在于它的應用范圍不夠廣、性能不夠好，而且傳輸距離受限，這樣就大大影響了系統(tǒng)的應用范圍。 

　　(2)設計方案二：無線傳輸

　　此方案是指PC機與單片機通過無線信道傳輸數據。無線傳輸的最大優(yōu)勢是應用范圍廣，受距離約束較小，在一定范圍內可以不用考慮距離問題，還可以應用在一些高溫、危險的場合。

　　因此，本文選用無線傳輸方案通過串口來實現PC機與單片機之間的雙工通信。無線傳輸可以用不同的方式來實現，常用的有紅外方式、藍牙方式，其他的還有射頻收發(fā)芯片如CC1100，PT2262/2272芯片等。

　　紅外通信是利用950 nm近紅外波段的紅外線作為傳遞信息的載體，通過紅外光在空中的傳播來傳遞信息，由紅外發(fā)射器和接收器實現。發(fā)射端將二進制數字信號調制成某一頻率的脈沖序列，經電光轉換電路，驅動紅外發(fā)射管以光脈沖的形式發(fā)送到空中。接收端將接收到的光脈沖轉換成電信號，再經解調和譯碼后恢復出原二進制數字信號。其最大優(yōu)點是：不易被人發(fā)現和截獲，保密性強;幾乎不會受到電氣、天電、人為干擾，抗干擾性強。此外，紅外線通信機體積小、重量輕、結構簡單、價格低廉。不足之處在于它必須在視距內通信，且傳播受天氣的影響。

　　CCll00是一種低成本真正單片的UHF收發(fā)器，為低功耗無線應用而設計。CCll00構建高性能射頻無線數據傳輸技術方案應用無線通訊模塊采用透明模式進行通訊，即所收即所發(fā)，具有通訊距離遠、低功耗、接口靈活等優(yōu)點，使用者無需編碼和控制。CCll00通信距離(視距)大于300 m，而且能隔墻遙控，操作方便。

　　綜合上述分析，本文介紹的是采用CCll00收發(fā)器通過串口來實現PC機與單片機之間的雙工無線通信。

　　2 硬件設計

　　2.1 總體框圖

　　此雙工無線通信系統(tǒng)的總體框圖如圖1所示。由于此系統(tǒng)可實現雙工通信，因此它可分為兩個通信過程：PC機(上位機)通過上位機程序界面發(fā)送數據給單片機，并送給液晶屏顯示相應的數據;鍵盤輸入數據傳給單片機，接著發(fā)送給PC機，并在PC機上位機程序界面上顯示出來。

　　2.2 實現電路圖

　　對應于上述框圖的電路實物圖如圖2所示。其左右兩個電路分別對應上述框圖中的左右兩個部分。總體來說，它包括電平轉換電路、單片機處理部分、無線收發(fā)部分(CCll00收發(fā)器)、液晶顯示模塊和鍵盤輸入模塊五個部分。

　　(1)電平轉換電路

　　PC機的串行口采用的是標準的RS 232接口，單片機的串行口電平是FTL電平，而TTL電平特性與RS 232的電氣特性不匹配，因此為了使單片機的串行口能與RS 232接口通信，必須將串行口的輸入/輸出電平進行轉換。通常用MAX232芯片來完成電平轉換。

　　(2)單片機部分

　　單片機部分包括單片機、復位電路和時鐘電路。它將串口送過來的數據傳輸給CC1100收發(fā)器，或者將CCll00收發(fā)器傳送過來的數據通過串口給PC機。單片機的復位電路和時鐘電路是單片機工作所必需的。

　　(3)無線收發(fā)部分

　　無線收發(fā)部分由CC1100收發(fā)器組成，它將接收到的數據通過天線發(fā)射出去或從天線接收發(fā)送過來的數據。

　　(4)液晶顯示模塊

　　此處選用LCDl602液晶模塊，其內部的字符發(fā)生存儲器已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數字、英文字母的大小寫、常用的符號和日文假名等，每一個字符都有一個固定的代碼。

　　(5)鍵盤輸入模塊

　　在鍵盤中按鍵數量較多時，為了減少I/O口的占用，通常將按鍵排列成矩陣形式。在矩陣式鍵盤中，每條水平線和垂直線在交叉處不直接連通，而是通過一個按鍵加以連接。這樣，一個端口(如P1口)就可以構成4×4=16個按鍵，比之直接將端口用于鍵盤多出了一倍。由此可見，在需要的鍵數比較多時，采用矩陣法來做鍵盤是比較好的。矩陣式鍵盤的按鍵識別方法為行掃描法。此處選用4×4的矩陣鍵盤來輸入O～9的數字和a～f的字母。

　　3 軟件設計

　　本系統(tǒng)的軟件設計方面包括上位機程序和單片機程序的設計。上位機程序要實現的功能是在電腦上顯示一個操作界面，它可代替串口調試工具。

　　3.1 上位機程序

　　上位機程序可以用VB，VC++等語言來編程，但本方案采用比較方便的C#來編程實現，其流程圖如圖3所示。

　　3.2 單片機程序

　　單片機程序主要包括主程序、單片機發(fā)送子程序、單片機接收子程序、液晶顯示子程序、鍵盤輸入子程序五部分，均采用C語言進行模塊化編程。由于篇幅原因，下面只給出了單片機發(fā)送子程序和接收子程序，如圖4，圖5所示。

　　4 測試結果

　　測試時，連接好硬件打開串行口COM1，并設波特率為9 600 b/s。單片機發(fā)送字符串“675”給PC機，其液晶顯示如圖6所示，相應的PC機界面顯示如圖7所示。PC機發(fā)送"69asd"給單片機，液晶屏上即可接收到“69asd"，如圖8，圖9所示。測試結果說明：基于串行口的PC機與單片機之間的雙工無線通信是切實可行的，而且無線傳輸的距離至少可達到100 m。

　　5 結語

　　采用CCll00收發(fā)器通過串口實現了PC機與單片機之間的雙工無線通信。此系統(tǒng)可應用到一些遠距離控制或者是危險性比較高的數據采集和控制的場合，用于采集溫度、濕度等參數，還可擴展到無線傳感器網絡領域，實現諸如無線抄表、智能家居等系統(tǒng)。