MATLAB串口通信在數據采集中的應用
關鍵詞：MATLAB、串口通信、數據采集、快速處理
MATLAB具有超強的數據處理能力，被廣泛的應用于信號處理、自動控制等領域，而且它的圖形用戶界面編程技術（GUIDE）簡單易學，即使非專業人員也能編制出界面友好、功能強大的應用程序。對于一般的微轉換器，實現數據的采集過程較為簡單，但要對采集的結果進行快速的實時處理就比較困難，因為絕大多數MCU只提供簡單的8位無符號數的四則運算指令系統，對于有符號數的乘方、開方等運算軟件實現起來比較困難。本文介紹利用MATLAB的串口通信技術實現數據采集系統與PC機的通信，使采集系統的數據獲得快速、準確的處理，而且實現方法簡單，有一定的實用性。
一. MATLAB串口通信技術
對于WINDOWS系統而言，硬件系統的驅動程序有著十分嚴格的規范，可以用C或匯編語言進行開發，而MATLAB本身是一個跨平臺的軟件，并不具備直接訪問硬件的能力。即使安裝了驅動程序并能正常工作的硬件設備，MATLAB也沒有統一的形式對其進行訪問。對于系統的串口，在MATLAB6.X中以類（SERIAL）的形式提供了支持。當用指令建立了一個串口對象（句柄）以后，對串口的硬件操作可以文件操作的軟件形式來完成，方法比較簡單。常用的串口操作命令及其含義如下表（1）所示，這些命令既可在MATLAB命令窗口實現，也可以M文件的形式出現，使用起來十分方便。
表1 MATLAB串口操作命令表
二. 數據采集系統與PC機通信的硬件電路
為了簡化系統的硬件設計，數據采集系統的微轉換器選用AD公司的全集成芯片ADuC812，該芯片包含有12位高性能的自校準8通道ADC，兩個12位的DAC，與8051兼容的內核使用戶無須學習新的指令系統。片內8K閃速/電摖除程序存儲器使數據采集系統具有在線下載編程能力，利用AD公司提供的免費SERIAL WINDOW DOWNLOAD就可以將HEX文件下載到ADuC812內，對于不同的應用場所可以方便的修改系統的參數，既不需要昂貴的編程器，也不需打開機殼插撥芯片，只需將一條電纜連接到計算機的COM1或COM2即可。另外該轉換器還支持看門狗定時器、電源監視器及ADC的DMA等功能，可編程的I/O口具有三種類型的串口UART、SPI、I2C，價格也比較便宜，是一種理想的轉換器。系統的硬件組成如下圖（1）所示。
圖1 ADUC812與PC機串口通信的硬件電路圖
其中ADM202及P3.0\P3.1構成了與計算機通信的RS232接口，它有兩個功能，一是實現計算機與數據采集系統的數據通信。另一功能是與JP1配合使用，完成將程序從計算機下載到ADuC812片內的閃速/電摖除程序存儲器中。當下載程序時，需將單片機系統的電源關掉，用屏蔽帽屏蔽JP1，單片機系統再上電，ADuC812進入程序下載狀態，運行SERIAL WINDOW DOWNLOAD可以將HEX文件下載到芯片內。ADM812組成了系統的復位電路。
三. 應用程序的軟件流程圖
PC機與單片機的串口通信技術可以說已經比較成熟，但在工程實際中應用較多的是VC、VB通信控件，一般人員開發具有一定的困難。本文的PC機應用程序是運用MATLAB的類（SERIAL）和M語言開發，輔以MATLAB的GUIDE工具箱，程序開發相對簡單。單片機的程序應用MCS—51匯編，只需在程序的第一行加$MOD812標識符即可。整個傳輸過程是：由單片機發送握手信號，PC機接到握手信號后發應答信號，并準備接收信號，單片機接收到應答信號后準備發送數據，并說明通信過程掛鉤成功，總的測量次數和鍵值作為第0組發送，發送完畢累加校驗和，發現傳輸錯誤時重發，程序的流程圖如圖2所示
圖2 單片機與微機的通信流程圖
MATLAB的SERIAL類核心是用JAVA語言編寫的，與VC等高級語言相比存在許多不足，如不能以中斷的方式訪問該串口類，但是對一般的應用要求該類還是可以滿足要求的，同時由于該類的使用方法極其簡單，故而也有一定的實用性。
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