Matlab 环境下PC 机与单片机的串行通信及数据处理

### Matlab 环境下PC 机与单片机的串行通信及数据处理 #### 概述 本文档详细介绍了在Matlab环境下PC机与单片机进行串行通信及数据处理的方法。该方法充分利用了单片机的硬件优势与Matlab软件的强大功能，特别是在数据处理方面的能力。通过构建一种基于事件驱动的中断通信机制，实现了PC机与单片机之间的实时通信以及后续的数据处理任务。 #### 关键词 - PIC16F876 - Matlab - 串口通信 - RS-232 - RS-485 - 事件驱动 - 回调函数 #### 引言 Matlab是一款强大的软件系统，由美国Mathworks公司开发，主要用于理论分析、工程计算、数据处理和绘图等功能。Matlab语言以其简单易用、高效的特点而著称，特别适合进行复杂的数据分析和图形展示。从Matlab 6.0版本开始，Mathworks引入了设备控制箱(Instrument Control Toolbox)，这使得Matlab能够支持RS-232/RS-485标准的串口通信。 本文将详细介绍如何利用Matlab的这些特性来实现PC机与单片机之间的串行通信及数据处理，同时也会探讨这种通信方式的优势。 #### 系统总体设计简介 本节介绍了一个具体的系统设计方案，其中使用的是Microchip公司的PIC16F876单片机作为下位机，PC机作为上位机。数据采集系统的结构框图如图1所示： 1. **硬件连接**： - PC机串口与单片机USART口通过MAX232电平转换芯片相连，以适应两种不同的电平标准（TTL与RS-232）。 - 在电路中还可以加入MAX491芯片，用于实现RS-485通信标准，以适应更远距离的通信需求。 2. **软件设计**： - Matlab通过调用设备控制工具箱中的`serial`类及相关函数来创建串口设备对象，获取设备的文件句柄，从而实现对PC机串行口的读写操作。 - 通过中断的方式实时接收单片机发送的数据，并完成数据的分析处理、文件存储、FIR滤波及图形显示。 #### PIC16F876与PC机串行通信接口的设计 ##### 硬件设计 - **PIC16F876单片机串行通信接口**：PIC16F876内置了一个通用的同步/异步收发(USART)通信接口，其外部引脚为RC6/TX（发送输出）和RC7/RX（接收输入），信号电平为TTL类型。 - **信号电平转换**：为了匹配PC机串口基于RS-232标准的信号电平，采用MAX232芯片进行电平转换。 - **扩展通信标准**：通过增加MAX491芯片实现RS-485通信接口，提高了通信的灵活性和适应性。 ##### 软件设计 - **通信协议**：本通信系统规定采用的字符格式为：每一帧数据包含10位——1位起始位，8位数据位，1位停止位，没有奇偶校验位。 - **数据传输**：PC机通过Matlab向串口发送特殊指令，单片机根据这些指令进行相应的数据采集，并通过串行口回传数据给PC机。 - **数据处理**：Matlab使用回调函数实时接收并处理数据，包括数据的分析、文件存储、FIR滤波和图形显示等功能。 #### 总结 通过以上介绍可以看出，利用Matlab环境下的设备控制箱(Instrument Control Toolbox)，可以非常方便地实现PC机与单片机之间的串行通信。这种基于事件驱动的通信机制不仅提高了通信的实时性，还简化了开发流程，提高了系统开发效率。此外，通过对不同通信标准的支持（如RS-232和RS-485），该方案具有很强的灵活性和适应性，适用于多种应用场景。