王 琼，周国平，封维忠，司飞飞

（南京林业大学信息科学技术学院，江苏南京 210037）

目前，随着计算机的广泛应用，微控制系统和网络通信在工业控制中普遍被采用。由于串口通信所用的传输线较少，适合远距离传输，因而它是一种在计算机与外部设备之间最普遍的数据通信方式。现代化集中管理需要对现场数据进行管理，同时又要求对现场装置进行实时控制，但单片机的计算能力有限，难以进行复杂数据处理，因此在功能复杂的控制系统中，通常以PC机为上位机，微控制器为下位机，由微控制器完成数据的采集及对装置的控制，而由上位机完成各种复杂的数据处理及对单片机的控制。上下位机之间必须实现数据通信，才可以实现上述功能，因而目前上下位机通信技术越来越得到重视，此项技术也得到了快速发展。因此进行单片机与PC机接口的研究具有重要的意义。

1 硬件设计

MSP430系列单片机是由TI公司生产的16位的单片机，具有高集成度、超低功耗、强大的处理能力和丰富的外围模块的特点［1］。MSP430F169单片机工作电压为1.8～3.6 V，具有独特的片外双时钟系统设计;拥有丰富的中断源可以任意嵌套;集成了多通道12位的A/D转换、片内精密比较器、串行通信接口（USART）、硬件乘法器、片内数控振荡器（DCO）、DMA控制器;具有JTAG接口，可串行在线编程，无需外部编程电压，可迅速完成程序的在线调试和及时修改，大大提高了效率。当系统处于省电模式时，唤醒时间小于6 μs，可满足实时性要求高的场合［2］。

FT245BM芯片是FTDI公司生产的一种USB接口芯片，主要功能是进行USB和并行I/O口之间的协议转换。芯片一方面可从主机通过USB串行总线接收数据，并将其转换为并行I/O口的数据流格式发送给外设，另一方面外设可通过并行I/O口将数据转换为USB串行数据格式传回主机［3］。中间的转换工作全部由芯片自动完成，开发者无需考虑固件设计。硬件连接示意图如图1所示。

图1 硬件连接示意图

2 界面设计

界面窗口采用Visual Basic（简称VB）设计。VB是由微软公司推出的一套完整的软件开发工具，用于开发Windows环境下的应用程序，是一种可视化、真正面向对象、采用事件驱动方式的结构化高级程序设计语言和工具的完美集成。它编程简单、方便、功能强大，具有与其它语言及环境的良好接口，在程序界面设计、多媒体开发方面更是独具优势［4］。程序流程图如图2所示。

3 通信模式

3.1 通信模式框图

系统分为上位机、FT245BM芯片、单片机、外部设备四个部分。单片机控制外部设备执行相应命令，FT245BM芯片承担单片机与主机之间数据的格式转换，主机界面主要负责数据发送、接收和显示。通信模式框图如图3所示。

图2 界面设计流程图

图3 通信模式框图

3.2 通信模式

通过界面窗口发送命令，命令经由FT245BM芯片为单片机接收，单片机根据命令控制外设工作，并将所得结果传送回界面窗口显示。本例中外设采用温度传感器DS18B20进行温度采集并存储数据。

DS18B20是DALLAS公司推出的一线式数字温度传感器，具有超小的体积，超低的硬件开销，且抗干扰能力强，其测量温度值能被直接读出，工作电源既可在远端引入，也可采用寄生电源方式产生。根据FT245BM芯片的读时序［5］，作者写了Read245程序，该程序功能是从FT245芯片中读一个字节。

上位机界面发送数据，经由FT245BM芯片，为单片机接收，从而对外部设备进行相应操作。在此通信模式下，对FT245BM芯片进行的是写操作，且芯片本身具有写时序，作者写的Write245程序即是对FT245BM芯片写一个字节。

4 实验结果

4.1 实验结果

PC机通过界面发送命令，下位机数据接收采用的是中断方式，每次中断只接收一个字节，接收完一个字节，接收中断置位，在下一个机器周期，CPU查询此标志为1时，就会产生中断，从而进入接收中断程序，且上位机发送数据时以“ST+”为标志符。例如发送“ST+QD1”，即是要求单片机控制DS18B20采集数据，即发送命令图如图4所示。

图4 发送命令图

单片机控制DS18B20芯片进行温度采集，然后经由FT245BM芯片将数据转换为USB串行数据格式，并通过串口显示在PC机界面上。界面显示如图5所示。

图5 温度显示图

4.2 实验思考

在本次串口通信的研究中，通过与其它串口芯片相比较，FT245BM芯片具有以下优点:

（1）FT245BM芯片的USB总线传输速度快、占用资源少。USB最大传输率可达480 Mbps。其它的串行通信接口，如RS232接口的传输速率较低，异步传输时，波特率也仅为200 kbps，RS485接口的传输速率尽管有所提高，最大也只能到10 Mbps。

（2）USB接口支持热插拔，这样FT245芯片可以与主机安全地连接或断开，真正做到即插即用。

（3）FT245芯片的USB接口可以为设备供电，耗电比较少的设备可以通过USB口直接取电。对于耗电量稍大的，可以通过USB接口，接入电感等电路元件，就可以给单片机供电，从而简化了电路，降低了干扰。

（4）FT245BM芯片配有一个虚拟串行口VCR驱动程序。该虚拟串口可以像一个标准的物理串口那样被访问，用户可以方便地在这虚拟串口上进行应用程序的开发。

5 结束语

以MSP430单片机为下位机与以PC机为上位机的双向串口通信，可以将问题分步骤分类别解决，大大提高了工作效率。下位机负责数据的采集和存储，而较为复杂的数据处理则可以分离出来给运算控制功能强大的上位机处理，同时通过上位机界面可以显示处理结果，也可以控制下位机以及外设工作。因而通过FT245BM芯片的上下位机通信具有很好的运用前景。

［1］洪利，章扬，李世宝.MSP430单片机原理与应用实例详解［M］.北京:北京航空航天大学出版社，2010.

［2］李自珍，郭宝安.MSP430系统应用结构设计与选型［J］.单片机与嵌入式系统应用，2007（7）:11-13.

［3］郭玉辉，王彦瑜，乔卫民，等.嵌入式微机在控制系统中的应用［J］.工业仪表与自动化装置，2005（2）:17-19.

［4］徐国智.SQL Server数据库开发实例精粹［J］.山西交通科技，1997（8）:18-2.

［5］王磊，陆珉，黄春琳，等.基于USB接口的探地雷达数据采集系统［J］.微处理机，2009（6）:103-110.