基于JAVA的单片机上位机通信软件开发实训小结.docx
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基于JAVA的单片机上位机通信软件开发实训小结
淮安信息职业技术学院
面向对象编程
课程设计
题目：
基于JAVA的单片机
上位机通信软件开发
作者：
周阳洁
指导老师：
潘汉怀杨永
专业：
电子信息工程（物联网）
时间：
二〇一三年一月六日
摘要
随着计算机技术尤其是单片微型机技术的发展，单片机被广泛应用在工业控制系统中。
在分布式控制系统中多采用单片机进行数据采集和现场控制。
由于单片机的计算能力有限，难以进行复杂的数据处理，因此在功能复杂的控制系统中常采上位机下位机系统，单片机用作下位机进行数据采集和设备控制，而PC机用做上位机进行复杂的数据处理和对单片机的控制。
因此如何实现PC机与单片机之间的通信具有重要的现实意义。
本次实训详细介绍了单片机与PC机通信的软硬件实现。
在硬件设计中，单片机系统与PC机系统通过RS-232串行通信端口进行互连，单片机系统将由PC机传输过来的数据信息控制LED显示屏。
在软件设计中，采用JAVA语言设计PC上的串口通信程序。
（现在Java已用于开发大型企业的应用程序、增强WWW服务器的功能，以及为消费类设备提供应用程序。
它是一个跨平台，能够把真个Internet作为一个统一的运行平台。
）
目录
第一章摘要-1-
第二章目录-2-
第三章硬件设计1
3.1显示屏行驱动电路设计2
-3.2显示屏列驱动电路设计2
3.3PC机与AT89S51串口通信电路设计2
第四章软件设计3
4.1LED显示屏程序设计3
4.2PC机程序设计4
第五章系统调试5
第六章心得体会8
第三章硬件设计
本项目采用单片机控制LED显示屏，单片机与PC机通信采用JAVA语言开发，系统的硬件电路设计包含两部分内容：
一是系统扩展，即单片机功能单元，如ROM、RAM、I/O、定时器/计数器、中断系统等不能满足应用系统的要求时，必须在片外进行扩展，选择适当的芯片，设计相应的电路；二是系统的配置，即按照系统功能要求配置外围设备，如点阵显示器等，要设计合适的接口电路。
硬件电路设计如图3-1所示，硬件电路主要包括ATmega16单片机最小系统、串口通信电路和LED点阵驱动电路，Proteus软件没有驱动电流仿真能力，所以这里仅对设计电路功能仿真验证。
3.1显示屏行驱动电路设计
从单片机输出五个信号分别输入到2个级联的74HC154译码器（4线16），然后输出16位行信号，接单片机PC口，虚拟串口COMPIM。
3.2显示屏列驱动电路设计
从单片机里出来的列信号通过8个8位74HC595级联而成信号输出端连接16*16的点阵LED的输入端。
74HC595是移位寄存器（SHCP第11脚移位寄存器时钟输入;STCP第12脚存储寄存器时钟输入），不仅起到驱动点阵的作用，而且将串行数据转换成8位数据，可以用它的锁存功能实现硬件电路对数据的刷新，实现点阵的动态显示。
在protues里面COMPIM可以调用实际的串口和外部通信。
3.3PC机与AT89S51串口通信电路设计
PC机与89c52串口通信由RS232转换电路、子模块地址标识电路和点阵驱动电路组成。
由于采用单片机的异步串行口进行多机通信进行数据传输，单元模块应该有和其位置相对应的地址标识地址标识电路采用8位并进串出芯片74HC595组成。
LED点阵采用动态扫描法进行驱动，并且实现16阶灰度显示，为了节省单片机程序中扫描程序的时间消耗，提高扫描速度，显示数据采用并行输出的方法。
3-1LED显示屏硬件电路
第四章软件设计
4.1LED显示屏程序设计
Ø明确AT89C51、74HC595、74HC154芯片的作用；
Ø会使用取模软件，本次我们使用（从上到下从左到右纵向上高位）对AT89C51单片机驱动16*16*4点阵；（淮安信息职业技术）
Ø芯片74HC595控制发送代码
voidSendbyte_H（unsignedcharbb,unsignedcharaa）
{unsignedcharj;
for（j=0;j<8;j++）{
H_shcp=0;H_ds=aa&0x01;
H_shcp=1;//数据在上升沿输入
aa>>=1;//数据右移一位}
for（j=0;j<8;j++）//循环8次移入数据{
H_shcp=0;H_ds=bb&0x01;
H_shcp=1;//数据在上升沿输入
bb>>=1;//数据右移一位}
H_stcp=0;H_stcp=1;H_ds=1;}
Ø串口中断4接受的代码
voidINT_UartRcv（）interrupt4{
Rcv=SBUF-0x30;//用ASCII码转换
RI=0;//清除发送完成标志位
SBUF=Rcv;//发送数据
while（!
TI）;//等待发送结束
TI=0;//清发送完成标志位}
Ø主代码
SCON=0x50;//SCON:
serailmode1,8-bitUART,enableucvr
TMOD|=0x20;//TMOD:
timer1,mode2,8-bitreload
PCON|=0x80;//SMOD=1;
TH1=0xFA;//Baud:
9600fosc=11.0592MHz
ES=1;//opentheenableserialTR1=1;//timer1run
EA=1;//opentheenableallinterrupt
while
（1）{
for（i=0,r=k;i<16;i++,r++）{
H_G_1=1;
HC154_data=i;
for（j=0;j<4;j++）{
Sendbyte_H（（display[Rcv*4+3-j][2*r]）,（display[Rcv*4+3-j][2*r+1]））;}
H_G_1=0;
for（t=0;t<130;t++）;}
Sendbyte_H（0xff,0xff）;for（t=0;t<200;t++）;}
4.2PC机程序设计
✧导入了5个包
importjava.awt.*;
importjava.awt.event.*;//设置关闭窗口用的包
importjava.io.*;//提供了全面的I/O接口和类
importjava.util.*;//Enumeration为枚举型类
importm.*;//API协议中没有该包，SUN公司下的串口包
✧S_Frame类
classS_FrameextendsFrameimplementsRunnable,ActionListener
//定义了一个S_Frame类，父类：
Frame（窗体）接口：
Runnable（java.lang为非Thread子类的类提供了激活方式）；ActionListener（java.awt.event接收操作事件的侦听器）
{staticCommPortIdentifierportId;//检测系统中可用的通讯端口类
staticEnumerationportList;//java.utilEnumeration为枚举型类
OutputStreamoutputStream;//java.io输出流接受输出字节并将这些字节发送到某个接收器
✧RS-232的串行口的设计
SerialPortserialPort;
ThreadreadThread;//线程是程序中的执行线程。
Java虚拟机允许应用程序并发地运行多个执行线程。
Panelp=newPanel（）;//对面板类的对象为P的实例化
TextFieldin_message=newTextField（"OpenCOM1,9600baudrate,databits8,1stopbits......"）;//对象是in_message（允许编辑单行文本的文本组件）
//窗口下方显示"打开COM1,波特率9600,数据位8,停止位1......"（构造方法）
TextAreaout_message=newTextArea（）;
//对象是out_message显示文本的多行区域,可以将它设置为允许编辑或只读。
ButtonbtnOpen=newButton（"Opentheserialport,sendingdata"）;
//java.awt对按钮类的对象为btnOpen的实例化窗口左上方显示"打开串口,发送数据ButtonbtnClose=newButton（"Closetheserialport,stopsendingdata"）;//java.awt对按钮类的对象为btnOpen的实例化窗口左上方显示"关闭串口,停止发送数据"bytedata[]=newbyte[10240];//对位类的对象为data[]的实例化
booleanmark;/*设置判断要是否关闭串口的标志*/
✧如何安排窗体
a.用"super"，让子类不隐藏或覆盖父类的成员变量和成员方法;
b.setSize（200,20）如：
setLocation（30,30）;setVisible（true）;setBackground（Color.lightGray）;
Ø点击按扭打开串口mark=true;//用于中止线程的run（）方法
Ø关闭窗口
publicvoidwindowClosing（WindowEvente）//用于接收窗口事件的侦听器接口
System.exit（0）;//用户试图从窗口的系统菜单中关闭窗口时调用
Ø其他使用的类和方法
循环语句while判断语句if
异常处理try_catch_finally
第五章系统调试
正确安装JavaCommunicationAPI并将上述程序编译通过以后，可以按如下方法测试这个程序。
如果你只有一台机器，你可以利用一条RS-232电缆将COM1和COM2连接起来，在COM1上运行SerialExample，在COM2上运行Windows提供的超级终端程序。
如果你有两台机器的话，你可以利用一条RS-232电缆将两台机器的COM1（或者是COM2）连接起来，在一端运行例程，另外一端运行Windows提供的超级终端程序。
如果有必要的话，可以对SerialExample中所声明的串口进行相应改动。
本程序在WindowsXP+JavaSDK1.6环境下编译通过并成功运行。
采用计算机仿真调试，运用虚拟串口配对软件VirtualSerialPortsDriver实现COM1和COM2配对，上位机串口设为COM1，单片机串口设为COM2，通过下面步骤调试：
1、下载javaCommunicationsapi开发包。
|
2、将win32com.dll拷贝入C:
\j2sdk1.4.2_04\bin；
3、将comm.jar拷贝入C:
\j2sdk1.4.2_04\jre\lib\ext；
4、将m.properties拷贝入C:
\j2sdk1.4.2_04\jre\lib；
5、编译ReceiveComm.java，SendCom.java文件，运行结果如5-1、5-2所示；
6、打开proteuse软件设计硬件电路图如图3-1所示；
7、配对上位机和单机片串口，通过串口调试程序输入0X00时，LED显示屏显示淮安信息字样；通过串口调试程序输入0X01时，LED显示屏显示职业技术字样。
由于本设计没有编写上位机程序，所以只能串口接收数据采用调用形式显示汉字。
这里仅给出仿真结果如图5-3，图5-4所示。
注意：
由于串口为共享资源，所以在设计程序时应采用单例模式。
图5-1串口输入0时，LED显示屏显示结果
图5-2串口输入1时，LED显示屏显示结果
图5-3采用串口精灵的收发
图5-4ReceiveComm.java运行界面
图5-5采用串口精灵的发与ReceiveComm.java运行结果
第六章心得体会
第一次接触“Java”是在手机里，慢慢才知道它是应用于塞班、安卓系统之上。
本学期我们开设了《面向对象程序设计》，系统的学习JAVA语言。
Java语言是1991年，由美国Sun公司开发，为了解决家用消费电子产品智能化过程中的控制和通讯问题，设计出的一种适合开发跨平台嵌入式软件语言。
它提供了强大的图形、图像、动画、音频、视频、多线程和网络交互功能，这使它特别适合于设计交互式的多媒体网页。
这两周实训：
●在硬件上
A.对单片机AT89C51更进一步学习，它的最小系统、P3.0RXD和P3.1TXD端口；
B.对在数字电路上学习的74HC159译码器和74HC595移位寄存器的应用；
C.新学了虚拟端口COMPIM，在protues里面来实现调用实际的串口和外部通信；
D.对LED显示屏行列扫描熟悉。
●在软件上
A.编写LED显示屏驱动，用Keil的软件采用C语言来编写；
B.用MyEIclipse软件
i.学会I如何设计一个图形界面、对它的优化、窗口的关闭；
ii.发送数据代码编写；
iii.接受数据代码编写；
C.学会使用虚拟配对软件和串口精灵（既可以当上位机，也可以当下位机）；
●对Java语言有了进一步掌握：
a）它的每一个程序都至少有一个类，同时每一种类型的程序都要运行在Java虚拟机JVM上；
b）如何对一个对象实例化，怎样使用构造方法；
c）成员的修饰符：
publicprivate缺省protected；
d）类有三大特性：
封装、继承和多态本项目采用“extend”和“super”；
e）异常处理try_catch_finally；
f）学会熟悉使用API协议。
Ø总体上实现主（PC）、从机（AT89C51）上的全双工异步通信功能
通过两周的实训，找出了自身有很多不足之处。
如：
宏定义后不要加“；”，不善于安装包和软件，对一些类和方法不熟悉。
综合能力欠缺，知识点掌握不是很牢，今后在这些方面要加以补充。
当然，我也收获了不少，培养了自己的应用能力和创新能力，对一些专业名称有所了解。
我也知道一个编程师，不断地看代码、修改代码，有一定的耐心，以量得到质变，开发出更好的项目，真心的希望自己能坚持下来！
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