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    C8051FXXX系列單片機是Cygnal公司推出的高性能的完全混合信號系統(tǒng)MCU芯片，其指令集與MCS-51系列單片機完全兼容[4]。本文使用C8051F020設計運動平臺控制器，該處理器采用基于流水線的CIP-51內核，片內集成VDD監(jiān)視器、看門狗定時器和時鐘振蕩器，支持在線編程和JTAG調試接口，具有體積小、功耗低、便于調試開發(fā)等優(yōu)點。

    C8051F020的兩個串口分別用來連接GPS和數(shù)傳電臺。定時器/計數(shù)器T2配合UART0產生9600bps波特率與數(shù)傳模塊連接，完成與PC機的通信；定時器/計數(shù)器T4配合UART1產生4800bps波特率接收GPS信號。用兩路可編程定時/計數(shù)器（PCA）產生16位的PWM分別驅動電機和舵機。

    運動平臺的初始坐標和方位角由GPS獲得。iTrax 02[5]型接收機是一款超小體積、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)導航時也不超過110uW，并且從休眠到導航定位僅為8s，具有極快的信號獲取引擎。iTrax 02帶有2個UART接口，可接收NMEA0183格式的數(shù)據(jù)和二進制的iTack格式數(shù)據(jù)。其端口2用來輸入差分修正信息和輸出衛(wèi)星的原始測量信息而端口1用來輸入設定語句和輸出定位語句。C8051F020單片機具有全雙工串行通信能力。兩者采用最簡單的零調制的三線制進行串行通信，這是進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TTL電平與EIA電平轉換后，再與iTrax 02板串行口1對應連接。系統(tǒng)采用11.059 MHz晶振。

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

3 系統(tǒng)軟件設計

    3.1自定義通信協(xié)議

    對于監(jiān)控軟件與單片機之間的通信，能夠實現(xiàn)收發(fā)真實再現(xiàn)的關鍵在于PC機與單片機之間的通信協(xié)議是否滿足要求。經過需求分析，制定了如圖2所示的單片機向PC機發(fā)送的通信協(xié)議。

    單片機向PC發(fā)送的數(shù)據(jù)包由15個字節(jié)組成。數(shù)據(jù)包開頭的兩個字節(jié)，我們設定第0和第1字節(jié)分別為0xEB和0x90，定義為數(shù)據(jù)頭。當有數(shù)據(jù)向PC機發(fā)送的時候，檢測數(shù)據(jù)頭是否與設定值一致，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)表示采集來的GPS精度數(shù)據(jù)；第14個字節(jié)為校驗字節(jié)，該字節(jié)等于前14個字節(jié)的和，用來檢驗接收的數(shù)據(jù)包是否完整。圖3所示為PC機向單片機發(fā)送的數(shù)據(jù)包格式。

    PC機向單片機發(fā)送的命令占用一個字節(jié)，低四位表示對電機控制的命令和數(shù)據(jù)，高四位表示對舵機提供的命令和數(shù)據(jù)。第3位表示電機進退位，“0”表示前進，“1”表示后退，第0～2位表示控制量；同理，第7位表示舵機轉向控制位，“0”表示右轉，“1”表示左轉，第4～6位表示控制量。控制命令如表1所示。

    另一部分是PC機操作軟件，使用Microsoft Visual C++環(huán)境開發(fā)，采用面向對象技術設計，基于對話框結構，其軟件結構框圖如圖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的大多數(shù)API函數(shù)，便于實現(xiàn)串口數(shù)據(jù)的收發(fā)，且符合面向對象的編程規(guī)范。MScomm控件支持兩種訪問串口的方式：查詢方式和事件驅動方式。事件驅動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)線上一個字符到達或一個變化發(fā)生時。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誤。查詢方式實質上還是事件驅動，但在有些情況下，這種方式顯得更為便捷。在程序的每個關鍵功能之后，可以通過檢查CommEvent屬性的值來查詢事件和錯誤。如果應用程序較小，并且是自保持的，這種方法非常有效。本文選擇兩者結合的方式完成串行通信程序設計。

 
4 結束語

    采用C8051F020單片機作為核心處理器，具有體積小、功耗低、便于維護的特點。開發(fā)符合Windows風格的監(jiān)控軟件具有人機界面友好，便于操作的優(yōu)點。由于選用無線數(shù)傳電臺作為通信手段，因此使用的場合較為廣泛。
該系統(tǒng)還可用于其它串行通信或遠程監(jiān)控場合。

5 參考文獻

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

    [2] 李本亮. GPS車載導航系統(tǒng)中的航位推算技術[Z]. 北京：菱科電子技術(中國)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]. 計算機輔助設計與圖形學學報. 2003.

    [4] 張迎新, 雷文, 姚靜波等. C8051F系SOC單片機原理及應用[M]. 北京：國防工業(yè)出版, 2005.

    [5] 聞新, 劉寶忠, 林聞曉. MCS-51與GPS-OEM板串行通信技術及實現(xiàn)[J]. 無線電電子學與電信技術. 
2006.04.