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1、目 录1课题的研究11.1课题背景11.2课题研究的内容11.3课题研究的目的及意义12军用训练靶数字系统的方案设计22.1设计任务22.2方案确定22.2.1系统功能研究32.2.2决定方案因素42.2.3数据传输方案42.2.4信号采集方案52.2.5系统方案确定62.3军用训练靶数字系统的组成62.3.1军用训练靶数字系统结构62.3.2系统各个模块功能描述73军用训练靶数字系统硬件电路设计93.1设计该系统硬件需要具备的知识93.2相关功能模块设计93.2.1采样模块设计93.2.2电源电路设计103.2.3复位电路设计113.2.4显示电路设计123.2.5通信接口设计123.3相关
2、设计原理介绍133.3.1主控电路原理133.3.2显示电路原理133.3.3计算机串口接口说明153.4无线传输模块介绍163.5相关参数的设定173.5.1XL01-232AP2模块的设置173.5.2波特率的设置173.6串口数据传输技术183.6.1单片机与模块之间的通信183.6.2单片机与电脑之间的通信184军用训练靶数字系统软件部分194.1单片机编程194.1.1软件功能分析194.1.2主要程序设计204.2PC机Vc+编程214.2.1Vc+下串行编程的方法214.2.2串行通信控件MSComm224.2.3Vc+下界面制作技术235军用训练靶数字系统制作及调试245.1系
3、统PCB板的设计245.1.1布局245.1.2布线245.2硬件调试255.2.1元器件测试255.2.2芯片管脚信号测试265.3软件调试275.3.1系统主控软件调试275.3.2Vc+界面绘图程序段调试285.3.3界面图像重叠错误调试305.3.4界面控件覆盖错误调试316总结32谢辞33参考文献34附录35附录1 发送端控制程序35附录2 接收端控制程序44附录3 界面Vc+程序48附录4 系统原理图62附录5 系统PCB图631 课题的研究1.1 课题背景 目前部队在每次射击训练完后，大都采用人工现场报靶的方式来报告成绩。这样就出现了许多的不足以及安全隐患，比如多次射中同一位置的
4、时候，由于使用纸质靶环，报靶者就很难区分是脱靶，还是两次打在同一个位置；再比如报靶者现场报靶也存在安全隐患等等，这些问题都亟待解决。随着现代科学技术的发展，越来越迫切希望出现一种能够实现自动报靶功能的系统，从而去弥补现有状况的不足。为解决上述问题，出现了军用自动报靶装置如图2-1。根据该装置靶面结构其功能需要，要求设计出军用训练靶数字系统并且该系统通过分析弹着点在靶面的位置信号，就能够实现自动报靶的功能。本课题就此进行了军用训练靶数字系统的方案研究，利用单片机控制技术，设计出相应的硬件电路和系统软件，研制了军用训练靶数字系统的原理样机，实现了自动报靶功能。1.2 课题研究的内容研究的内容可以分
5、为：(1) 军用自动报靶装置的结构其动作原理分析。该装置靶面被分割成许多的小块，小块为挡板（如图2-2）。当子弹撞击靶面（即打到挡板上时），挡板受力往后运动，从而推动导柱动作；导柱运行一定的行程后便触发安装在其背面的信息采样电路，形成一个击中信息。通过采集该信息，实现远程无线自动报靶的功能，(2) 根据靶面结构及工作原理完成系统方案的研究，软硬件的设计以及样机的制作。1.3 课题研究的目的及意义本课题设计的目的：设计出可靠，经济，方便，安全的数控军用训练靶数字系统。本课题研究的意义：现有射击训练模式是采用人工报靶，其危险系数大，而且容易造成误报或漏报靶的情况，这在一定程影响度了射击训练。本课题
6、旨在提高部队射击训练的安全性以及准确性，其优点在于：(1) 无需专业人员操作，通电即可，连续使用，方便简单；(2) 能起到自动报靶的作用，大大提高报靶安全系数；(3) 稳定系数高，不会造成漏靶，错报的情况；(4) 可视化界面显示设计，更加方便观察；(5) 成本低廉。2 军用训练靶数字系统的方案设计本章介绍军用训练靶数字系统方案设计的思路。其包括设计任务的描述，数据采集以及传输方案的设计及比较，系统的结构及功能介绍等，设计主要从两个方面来考虑：硬件方案：根据功能需要设计出相应的功能电路并论证其可行性，然后对设计所使用的元器件进行选型并了解所选用的元器件特性，确定硬件方案，得出系统原理图；软件方案
7、：根据所设计的芯片外围电路以及系统要求的功能去编写程序，配合硬件实现其功能。2.1 设计任务该数字系统应该完成：通过对子弹弹着点信息的采集分析、处理，传输、显示（包括数码管显示以及多靶位电脑屏幕显示），实现自动报靶功能。其主要的内容为：(1) 分析军用靶结构和子块的动作要求，研究靶的结构特点；(2) 提出军用靶数字采集系统的工作原理，进行系统设计；(3) 设计出数字系统的硬件电路，并进行信号处理的软件编程和调试；(4) 编写相关程序，制作电脑屏幕显示界面，实现多靶位的计算机屏幕显示功能；(5) 制作出原理样机，进行实际训练射击验证，满足工作要求。 图2-1 自动报靶装置靶面结构图 图2-2 靶
8、面单体结构图2.2 方案确定本小节首先对课题要求的功能可能实现的形式进行研究，得出设计系统方案的关键因素为：数据采集及数据传输。通过对方案、器件的比较，得出了最终方案。2.2.1 系统功能研究根据本设计要求实现的基本功能，本系统大致可分为信号采集，信号处理，信号传输和信号显示四个部分。各部分功能分别为：(1) 信号采集部分 检测靶面的情况，提供子弹弹着点信息；(2) 信号处理部分 处理采集信息，完成数据转换；(3) 信号传输部分 传输处理的数据，实现数据交互及无线操控；(4) 信号显示部分 完成系统的显示功能。对上述四个部分进一步分析，得到如下一些基本的结论：(1) 信号采集部分可以考虑采用类
9、似开关工作原理的器件或选用相关的传感器获取子弹击中信息；(2) 信号处理部分可以考虑采用单片机中根据实际的情况将采集到的信号进行相应的编码，并在程序中实行数据的打包处理；(3) 信号传输部分可以考虑采用无线及串口数据传输技术，实现多位数据的传输；(4) 信号显示部分可以考虑采用LED数码管以及Vc界面是实现显示功能。根据对上面设计系统的分析，得到本系统信号处理的大致框图如图2-3所示：图2-3系统信号流程图结合设计要求，上面的思路可以总结为：由其中一片处理芯片处理采集信号，并通过数据传输部分将其传输到系统接收端的另一片芯片，完成解码显示。图2-4 串口直接通信原理图2.2.2 决定方案因素在设
10、计本系统时决定方案选择的因素为：数据采集以及数据传输。本系统整个实现过程中最重要的部分是数据处理（包括根据实际的需要对采样数据而进行特殊编码以及解码显示时相关数据的处理），但是在这之前需要去解决两个问题：数据采集以及数据传输。这两部分是个瓶颈。如何将处理好的数据进行很好地通信传输，对于整个设计的影响很大。在选择数据处理芯片的问题上，可以采用的芯片有8051单片机、PIC单片机、AVR、DSP、ARM等，出于系统对芯片性能要求、成本以及设计时的技术成熟度的考虑，本设计方案时直接选定8051单片机作为处理芯片，不把其作为方案考虑的主要因素，而是根据数据采集以及数据传输部分来决定设计方案。下面描述设
11、计时曾采用过的方案。2.2.3 数据传输方案方案一：采用线路直接连接进行数据传输，如图2-4所示。该方案可以实现数据的传输，近距离稳定度高，系统结构简单，操作方便，维护也相对简单。但是通过查看RS232的相关资料2，发现这个并不适合长距离传输数据，且需要通信两端共地，实际应用中，由于场地上双端至少需要间隔200米，距离太远，数据传输的误码率也会提高，故采用这种方式不太实际；方案二：采用红外进行数据传输，如图2-5所示。图2-5 红外数据传输原理图红外传输一般由红外发射装置和接受装置组成。为了使信号能更好的被传输发送，发送端将基带二进制信号调制为脉冲串信号，经红外发射管发射。调制的方法有脉冲宽度
12、调制（PWM）和脉冲串之间的时间间隔来实现的信号调制的脉时调制(PPM)。该种方式的最大优点是不受无线电干扰。但是，红外线对非透明物体的透过性较差，导致传输距离受限制，它应用的环境为：短距离无线通信场合点对点的直接接线数据传输7。方案三：采用PT2262和PT2272进行数据传输。简化如图2-6所示。其传输距离较前面两种方案，有距离优势，但是其缺点是：稳定性不高，抗干扰能力不强，一次性发送数据的长度有限（仅有4个数据位），这不能很好的满足本设计一次性需要传输的数据长度。方案四：采用XL03-232AP2无线串口模块进行数据传输。由于本设计既要保证传输的距离又要兼顾一次性发送数据的长度，经过相关
13、资料搜集，决定采用带串口的无线通信模块。经查找的串口无线通信模块有：MDD WIT2，传输距离15米；CRM2400UNC 2.4G RF模块，传输距离25；带串口CC1100/CC1101模块 传输距离大于200，只限于外界干扰较少的情况；XL03-232AP2 传输距离大于200，抗干扰性能较好；经过在传输距离，抗干扰性能方面的对比，采用了XL03-232AP2。其具有的优点有：(1) 设置方便，只需要装上参数配置模块连上电脑，设置好波特率以及数据格式就可以使用；(2) 连接线路简单，只需要一根导线将串口连接起来便可。因此简化了电路的设计，同时也提高了数据传输的稳定性，减少了调试系统时的麻
14、烦；(3) 功耗少，工作电压也很通用，用USB就可以驱动，从而给使用带来方便。图2-6 PT2262/ PT2272数据传输原理图2.2.4 信号采集方案(1) 采用开关式的器件。其结构简单，使用方便，变化时也就只有0、1（即通、断）状态，维护也方便，造价低。缺点在于其受靶面机械结构设计的影响很大，对于靶面设计要求高；(2) 采用压力传感器7。其对与靶面设计要求不是很高，能够很好地采集到弹着点的信息。它的缺点是：户外的环境，能够影响其正常工作的干扰作用因素很多，以至于在处理这些噪声，提高其抗干扰能力时，需要设计复杂电路去处理，同时维护也变得复杂，需要有专门的人员才能操作，因而不适合大众化使用。
15、2.2.5 系统方案确定随着无线串口数据传输技术以及功能电路的集成度不断提高，使得在应用无线串口传输技术时不必亲自再去投入大量的时间设计无线电路。采用专门的模块极大地提高系统数据传输的稳定及可靠性，同时也提高了系统设计的工作效率。鉴于对以上四个数据传输方案以及采集部分两个方案的对比分析，传输部分的方案四和采集部分的方案一最符合本设计要求。2.3 军用训练靶数字系统的组成本小节描述军用数字训练靶数字系统的结构以及组成该系统各个部分的设计方法。2.3.1 军用训练靶数字系统结构军用训练靶数字系统以MCS-8051单片机为核心构成单片机系统。为了更好的理清设计思路，将整个系统细分为四部分加以说明。其
16、可以概括为：(1) 弹着点采集模块；(2) 主控模块；(3) 数据传输模块；(4) 弹着点显示（包括LED和电脑界面显示）处理模块。图2-7 军用训练靶数字系统框图在本次设计中，使用的核心器件是单片机和数据传输模块。为了保证整个系统可靠的运行，设计中必须明确四大部分的实际联系：以单片机为中心，其他各大模块一一展开。它们的联系如下：(1) 弹着点采集部分将子弹击中的位置反映出来；(2) 主控模块则对其他模块的运行进行控制；(3) 数据传输模块，是采集信号数据交互的通道；(4) 弹着点显示模块中的LED显示是此系统的外围电路，它不仅能够如实的反映子弹击中的位置，显示出射击者的射击成绩，而且该系统还
17、提供了方位的显示；(5) 电脑显示方面，作为给指挥监督人员观察全场情况的界面，除了将靶场射击的情况反映到电脑情况上之外，还加入了子弹射击的声音，每次子弹击中靶子的时候，便会发出枪响，使得指挥督查人员在室内也能感受到靶场的气氛。系统框图如图2-7所示。下面就对各个模块的功能以及实现形式作简单介绍。2.3.2 系统各个模块功能描述(1) 采集信号模块采集信号模块，本设计采用按键来模拟被切割后的靶环。每个按键代表着靶环上对应的块。采集信号电路安装在靶面的后面，每次子弹击中靶环时，相应的块就会被子弹压下，这正好与按键的工作原理是一样。这时按键就会产生出一个信号，并由单片机将这个信号采集处理。每个按键被
18、编排上一个ID，子弹每次击中的时候就能很好地区分是哪个部位被击中。其电路原理图2-8所示，接线图如2-9所示。(2) 主控模块它主要功能是处理采集模块传来的信号，完成对采集信号的干扰处理，然后通过编程对数字信号的处理来控制外围电路及显示电路。传输时，数据通过51单片机的串口到达XL03-232AP无线传输模块，再到接收端的51单片机，完成数据解码，得到将要显示的信息，完成主控模块的主要功能。图2-8 信号采集原理图 图2-9信号采集接线图(3) 显示模块此模块分为数码管显示以及电脑界面显示。数码管不仅显示了单次射击成绩，总的射击成绩，而且还加入了方位的显示，这也是本设计的一个创新点。电脑界面显
19、示采用Vc界面编程技术制作，在继承数码管的显示功能外，还在此基础上做了更为细致的方位显示，以及更为形象的数据显示。(4) 数据传输通信部分数字通信部分主要完成一个数据传输的工作。不论是在系统的发送端，还是在系统的接收端，数据都是通过这个通道来实现数据的传输控制。该部分主要采用串口通信技术，完成数据的串行通信（这其中包括单片机之间的数据通信以及单片机与电脑之间的数据传输），同时采用XL03-232AP模块来实现无线数据的传输。至此，本系统四大模块功能和设计思路已经确立，下文将介绍整个系统的详细设计过程，并且给出设计电路。3 军用训练靶数字系统硬件电路设计本章将介绍本设计中用到的一些基本知识、所选
20、芯片的工作原理以及相关硬件电路的设计。系统设计中主要用到的器件有：MCS8051、XL03-232AP无线传输模块，LED数码管，MAX232芯片等。为使该系统能够正常工作，系统设计了振荡回路，复位电路，采样电路，显示电路，RS232接口电路，电源电路等。同时为提高本系统硬件的稳定性及抗干扰能力，在PCB布局布线的时候也注意了相关的问题，同时在硬件及软件设计的方面也进行了相关的处理。3.1 设计该系统硬件需要具备的知识下面简单介绍本设计应用到的基本硬件和软件知识。硬件设计用到的知识主要有：模拟电子技术、数字电子技术、单片机编程技术、串口通信技术等。在模拟电子技术方面，主要用来设计51单片机的振
21、荡电路，复位电路和驱动LED数码管以及串行接口的电平转换电路等；数字电子技术用来了解单片机工作的机制以及I/O口的数据信息；单片机编程用来实现数据的处理；串口通信技术用来实现系统中的数据传输。3.2 相关功能模块设计本小节中介绍系统中各功能模块电路设计方法，其包括：采样模块设计，电源电路设计，复位电路设计，显示电路设计，通信接口设计。下面对其一一介绍。3.2.1 采样模块设计图3-1 靶面结构编码图根据靶面情况的特殊性，采用特殊编码形式，如图3-1所示。开始时采用传统的键盘编码方式去实现靶面编码以方便数据的采集，先发方位的信息，确定后再发环数的信息。其存在一个问题：这样传输数据的速度很慢，而且
22、容易出错。然而采用XL01-232AP2模块后，其可以一次性发送很长的数据。那么就可以考虑模仿其发送数据的编码方式，在其前面加上一些头信息，即在每次发送的环数信息前面加上其方位的信息，这样就可以一次性地将环数以及方位信息全部发送过去，既减少了出错的几率，也提高了传输数据的速度，从而使系统能更快采集和处理靶面情况。本设计对靶面采样时的编码处理为：将靶面按照其结构去编码,格式为：前面一位代表方位信息，后面一位代表环数信息。比如“19”中的“1”代表其方位为“1”，其环数为“9”，其中“1”表示的方位可以由自己去定义，比如左上15度，右上20度等。处理其它按键时，参照这种方式处理，就完成采集信号的编
23、码。由于十环信息不存在多方位，所以对其进行特殊处理，详细请参看附录1或2的程序。为了接线方便方便，设计时这样考虑，将靶面展开成为矩形，如图3-2所示。单片机中P0，P1，P2以及P3口都能用于和采集模块进行连接，由于P0口需加上拉电阻，增加了系统的复杂度，故采用P1口和采集模块进行连接；同时P0只有8个端口，能表示16个按键，而系统需要19个，这就需要将端口扩展到P2口，P1口、P2口一起扫描。这样处理可以很方便地和按键设计的规律结合起来，同时也方便了接线，假如没有这个小细节的处理，那么则只能给编码带来方便，而实际操作的时候却会造成很多的麻烦，这是设计所不希望看到的。图3-2 靶面编码展开图3
24、.2.2 电源电路设计本次设计中应用的电源为+5V直流源。电源电路如图3-3所示。为了方便硬件调试以及使用，设计时采用USB接口提供硬件电源。下面对USB供电做简单介绍。由于通信模块对电源的质量要求比较高，故在使用USB接口的时候要加去耦电容，电容使用47u的电解电容。为了观察的方便，再加上一个发光二极管和限流电阻。图3-3 USB供电示意图3.2.3 复位电路设计复位是单片机的初始化操作。单片机启动运行时，都需要先复位，其作用是使CPU和系统中其他部件处于一个确定的初始状态，并从这个状态开始工作。在本系统设计中还兼有显示的数据清零的功能，便于重新计数显示。单片机本身是不能自动进行复位的，必须
25、配合相应的外部电路才能实现。当MCS-5l系列单片机复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作18。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。复位操作通常有两种基本形式：上电复位和上电或开关复位。图3-4所示上电复位要求接通电源后，自动实现复位操作，其电容和电阻对电源+5V来说构成微分电路。上电后，保持RST一段高电平时间，由于单片机内的等效电阻的作用，不用图中电阻R1，也能达到上电复位的操作功能。图3-5中电路上电时，RST端为低电平。当单片机已在运行当中时，按下复位键后电容被短接，之后再松开按键，也能使RST为一段时间的高电平，从而实现开关
26、复位的操作，并且在单片机运行期间，用开关操作也能使单片机复位。复位电路参数的选择，应能保证复位高电平持续时间大于两个机器周期1。根据实际操作的经验，下面给出这两种复位电路的电容、电阻参考值。 图3-4 上电复位电路 图3-5 按键复位电路图图3-4中：Cl10-30uF，R110k；图3-5中：C：22uF，Rllk。3.2.4 显示电路设计本设计中使用P0.0P0.7控制共阴数码管的动态显示显示数字，用于显示子弹击中的环数以及方位，采用P2口作为数码管的位选端，去控制其显示的选通。其显示功能主要是通过软件编程实现。使用数码显示器的第一到三位显示总成绩，接下来的位显示单次射击成绩，最后面一位用
27、来作为方位的显示。显示过程采用扫描显示，由于数码管扫描得很块，超过来了人眼的察觉，所以看不到其是在轮流显示，而是“一直显示”。这里需要注意：实际设计该电路时如发现数码管显示较暗，可以对其加上拉电阻1k，这样便能很好得解决该问题。显示电路如图3-6所示。同时MCS8051单片机是8位机，在显示模块中显示弹着点的数字有19位，故若要显示正确，还需要在软件系统中对数字进行处理，这样才能够正常运行。 图3-6 数码显示管与单片机的连接图 图3-7 8051的封装管脚图3.2.5 通信接口设计经资料的整理，设计串口接口电路如图3-8所示。其中C3、C4、C5、C6的电容分别为1uf。C1+和C1-之间接
28、一个电容，C2+和C2-之间接一个电容，V+和电源之间接个电容，V1-和地之间接个电容。T1IN接到8051的RXD，R1OUT接到TXD。需要注意的是：MAX232的地一定要与8051的地接到一起，否则在数据通信时就会出错。同时R1IN接到DB9头的2脚，T2OUT接到DB9的3脚。图3-8串口接口设计原理图3.3 相关设计原理介绍本小节中将对系统设计时使用到的一些原理进行介绍，其包括：主控电路原理、显示电路原理、计算机串口通信的接口说明。3.3.1 主控电路原理主控电路中，以8051单片机为主体，通过其分析采样模块得到的信息，去处理以及传输数据。8051的封装管脚如图3-7所示。其并行I/
29、O接口有P0、P1、P2和P3共四个，它们都是8位并行端口。它们都是双向通道，每一条I/O线都能独立地用作输入或输出。作输出时数据可以锁住；作输入时数据可以缓冲。但这四个通道的功能不完全相同。其中，P0 口是地址/数据复合总线，它用于传送低8位地址A0A7；也用于传送数据D0D7。P2口是高8位地址A8A15的地址总线，但也可作一般的I/O口。P1是一个纯I/O口，它只用于数据的输入输出。P3是控制信号及I/O信号复用口，它除了用作I/O口之外，还用于传送控制信号1。P3口对应引脚用于控制信号时的情况如表3.1所示。3.3.2 显示电路原理现在很多的显示都是用LCD液晶显示，但是出于对现场以及
30、实用性的考虑，数码管已经满足了本设计的需求，而且其造价也较低，所以选用此种方式。(1) LED的结构原理八段LED显示管有八只发光二极管组成，编号是a、b、c、d，e，f和dp，分别和同名管脚相连。在给每个二极管通电后，二极管发光后表示要显示的数字的一部分，当组成这个数字的所有二极管都发亮时，才能正确的显示这个数字。8段LED的段码如表3.2所示。(2) LED 显示器工作原理由N个LED显示块可以接成N位LED显示器。N个LED显示块有N根位选线和8*N根段选线。根据显示方式的不同，位选线和段选线的连接方法也各不同。段选线控制显示字符的字型，而位选线为各个LED显示块的公共端，它控制该LED
31、显示位的亮，暗。同一时刻，如果各位位选线都处于选通状态的话，各位LED将显示相同的字符。表3.1 P3口的引脚功能引脚信号控制信号说明P3.0RXD串行数据输入P3.1TXD串行数据输出P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0输入P3.5T1定时器1输入P3.6WR写存储器信号P3.7RD读存储器信号若要各位LED能够显示出与本位相应的显示字符，就必须采用扫描显示方式，即在某一时刻，只要让某一位的位选线处于选通状态，而其它各位的为选线处于关闭状态，同时，段选线上输出相应位要显示字符的段码。虽然这些字符上在不同时刻出现的，而且同一时刻，只有一个位显示，其他各位熄灭
32、，但LED显示器的余辉和人眼的视觉暂留作用，只要每位显示间隔足够短，则可以造成多位同时亮的假象，达到同时显示的目的。表3.2 7段LED的段码显示字符共阴极段码共阳极段码显示字符共阴极段码共阳极段码03FHC0HC39HC6H106HF9HD5EHA1H25BHA4HE79H86H34FHB0HF71H8EH466H99HP73H8CH56DH92HU3EHC1H67DH82HT31HCEH707HF8Hy6EH91H87FH80HH76H89H96FH90HL38HC7H3.3.3 计算机串口接口说明本设计使用的是RS-232C串行通信接口标准。它适合于数据传输速率在020000b/s范围内
33、的通信。这个标准对串行通信接口的有关问题，如信号线功能、电器特性都作了明确规定。(1) 接口电气性能与电平转换 电气性能EIA-RS-232C对电器特性、逻辑电平和各种信号线功能都作了规定2。在TxD和RxD上：逻辑1=-3V-15V，逻辑0=+315V。 电平转换EIA-RS-232C与TTL转换：EIA-RS-232C是用正负电压来表示逻辑状态，与TTL以高低电平表示逻辑状态的规定不同。因此，为了能够同计算机接口或终端的TTL器件连接，必须在EIA-RS-232C与TTL电路之间进行电平和逻辑关系的变换。实现这种变换的方法可用分立元件，也可用集成电路芯片。目前较为广泛地使用集成电路转换器件
34、，MAX232芯片可完成TTLEIA双向电平转换，本系统中由于要进行片机和电脑之间的通信，因此在串口与其接口部分即采用MAX232作为电平转换，图3-10显示了MAX232管脚图。(2) 接口机械性能 图3-9 连接器机械特性 图3-10 MAX232管脚图连接器：由于RS-232C并未定义连接器的物理特性，因此，出现了DB-25、DB-15和DB-9各种类型的连接器，其引脚的定义也各不相同。图3-9分别介绍两种连接器。系统采用DB-9，故本文中只介绍DB-9的机械性能。它提供异步通信的9个信号。下面就系统使用到的接口信号进行说明： 数据发送与接收线发送数据(Transmitted data-
35、TxD)通过TxD终端将串行数据发送到MODEM，(DTEDCE)。接收数据(Received data-RxD)通过RxD线终端接收从MODEM发来的串行数据，(DCEDTE)。 地线有两根线SG、PG信号地和保护地信号线，无方向。3.4 无线传输模块介绍XL03-232AP2是UART接口半双工无线传输模块，其串口速率(1.2kb/s-38.4kb/s)，串口格式(8N1)。同时它还提供了TTL/RS232两种接口电平选择。最远传输距离为2000米，其端口定义如表3.3。设计时还可以根据需要设置ID：范围为065535,默认ID:12345。它的切换时间短：收发的时间为200us;发收的时
36、间为800us对于设计任务要求的120发子弹每分钟来讲，它是能够很好的运行。它的工作电压：5V。具有大于60个信道。它有256bytes数据缓冲区. 它适合大数据量传输。它曾被应用到: 电力、矿山、铁路等长距离遥感勘测； 工业仪器仪表无线数据采集和控制。对于其天线不仅要注重其性能而且还要摆好其位置。天线放置不当会引起天线效率低、电波被吸收、模块阻抗失配，这些都会使XL01-232AP2的发射功率和接收灵敏度降低，影响XL01-232AP2的传输距离和通讯稳定性。上面参数表明，该模块对于本系统户外工作环境以及一次数据传输量都很适合。表3.3 XL01-232AP端口说明管脚定义说明电平备注1VC
37、C电源4-9V+5V(RS232);其它电压可修改2GND地GND3TXD模块数据输出TTL默认TTL,RS232需设置4RXD模块数据输入TTL默认TTL,RS232需设置5SET参数设置使能TTL参数设置时为低电平，使用时悬空6GND地GND7Sleep休眠使能TTL休眠时为高电平，工作时为低电平其应用的时候需要注意的问题有： 使用串口与XL01-232AP2模块对应的TXD和RXD管脚相连接，目的是利用单片机的串口来调节控制整个系统并且给软件设计中写串口程序带来方便；需要注意的是VCC，GND应该分别与单片机的电源和地相连，这其中应用到一个信号接地的知识，如果不这样处理，那么对于串口这个
38、电路来讲，将会得到设计时预想不到的结果。 应用XL01-232AP2有自己的芯片控制，在设置波特率的时候，一定要注意和单片机设计的波特率相同，否则将会出现误码，或是传输不了数据，这是在设计中需要特别注意的。其与单片机连接的接线图如图3-12所示。3.5 相关参数的设定3.5.1 XL01-232AP2模块的设置在进行参数配置前，先必须将开关设置到ON 状态如图3-13所示。在电池扣端供电范围是7V9V。上电以后，CWM-SET 模块上绿灯常亮，并且XL03-232AP2 模块上的红灯常亮。此时，XL03-232AP2 模块在参数配置状态中。在参数配置时，必须用“串口设置”的默认值来完成参数的读
39、写过程。在参数配置时PC 端必须使用标准的RS232 接口及连接线，不能使用USB 转232连接线。设置的参数有：(1) RF频率选择XL03-232AP2模块在只能工作在某一个频段范围内，如：434MHz频段的模块不能工作在868MHz频段和915MHz频段。设计的时候必须选择自己需要的频段范围。RF频率与频段选择是相对应的： 当频段选择434MHz 时，RF 的频率范围为427441MHz； 当频段选择869MHz 时，RF 的频率范围为856882MHz； 当频段选择915MHz 时，RF 的频率范围为902928MHz。表3.4 RF速率与灵敏度对应关系RF速率（bps）XL03-23
40、2AP2灵敏度1200-114dBm2400-114dBm4800-114dBm8000-112dBm12600-112dBm25000-110dBm(2) RF速率选择XL03-232AP2的接收灵敏度与RF速率有很大的关系，表3.4是RF速率与灵敏度关系。灵敏度越高距离越远。当串口速率小于RF 速率60时，最大的发送数据包为160B。3.5.2 波特率的设置本设计中数据通信时候采用的波特率为9600bit/s，数据传输格式为8N1，即8位数据位一位校验位。波特率计算的公式为： 波特率=(2SMOD/64)*（T1溢出率）本设计若采用使用晶振频率为11.0592，按照上面公式计算，不加倍SM
41、OD=0，波特率为9600bit/s时，初始值TH1=0xfd,TL1=0xfd;其误差为0。若使用晶振为12M则误差为7.84%，加倍时误差为-7.52%，采用12M两种方式都存在误差，故最后采用11.0592的晶震。图3-12 XL01-232AP与单片机接线图 图3-13 XL01-232AP参数配置模块3.6 串口数据传输技术本小节中介绍本系统设计时应用到的单片机之间的串口传输技术（包括其波特率的设置以及传输方式的说明）以及单片机与电脑之间数据传输技术（主要介绍协议）。3.6.1 单片机与模块之间的通信其包括单片机间的串口通信以及单片机与PC机之间的串口通信。现先介绍单片机之间串口通信
42、的一些基本知识。8051单片机的通讯方式有两种：并行通讯:数据的各位同时发送或接收。串行通讯:数据一位一位顺序发送或接收。8051单片机通过引脚RXD和引脚TXD与外界通讯。SBUF是串行口缓冲寄存器，包括发送寄存器和接收寄存器。它们有相同名字和地址空间，但不会出现冲突，因为它们两个一个只能被CPU读出数据，一个只能被CPU写入数据1。 3.6.2 单片机与电脑之间的通信串口通信中一个很重要的元素就是其通信协议的约定；协议一方面要规定通信的基本参数，比如通信波特率、数据位数、停止位数及奇偶校验的方式等，更重要的一方面是要规定双方传输数据的格式，以及传输数据时控制数据流的方式15。4 军用训练靶
43、数字系统软件部分本章主要介绍主控程序的设计以及PC机VC界面编程。主控程序的设计思路为：通过单片机I/O采集信息，时刻监测靶面情况，对于击中的情况进行滤波后再进行数据处理，传输，最后完成显示代码的转换。其主要处理的问题有：靶面击中准确判断的操作、靶面击中情况编码处理、波特率设置问题、数据显示码生成处理等。PC机VC界面编程的思路：在一个界面上绘制靶场上所有的靶面，并对下位机经RS232串口传输过来的信息进行数据分析，处理得到靶面击中的情况，然后将其在界面上显示，其包括单次射击成绩、总成绩以及弹着点位置的显示。其处理的过程中要处理的问题有：最大最小化窗口重绘、数据缓冲器中数据的获取、控件遮盖处理
44、、界面复位处理等。4.1 单片机编程本小节介绍系统单片机编程，主要内容如4-1所示，详细请参看附录1，附录2。图4-1 系统单片机编程内容框图4.1.1 软件功能分析软件部分是用来配合硬件电路，控制电路的响应，以实现设计预定功能。其主要由三部分功能组成：(1) 对采集部分采样到的信号进行处理；(2) 实行串口通信（包括单片机之间的以及单片机与PC机之间的），还有一部分就是完成弹着点的显示；(3) 完成的功能为扫描，编码，串口设置传输，解码，通信，显示。本系统开机后时刻扫描采样端，并且在数码管以及电脑上显示靶面的情况。当检测到靶面有情况的时候，首先采用软件滤波的方法对干扰进行一次辨识，若判断确实
45、有子弹击中，则将信号采集到主控的单片机中进行处理；若是干扰，则不予以响应。这样在一定的程度上也提高了系统的稳定性。按照以上的软件程序设计思想，画出程序的流程图并根据流程图写出相应的程序，具体请参见附录1和附录2。4.1.2 主要程序设计(1) 发送端采样程序设计分析在设计发送端的程序时，做了特殊处理，那就是按键的随时响应与数据发送的协调配合。为了很好的实现这个过程，特别为扫描子程序设计了一个返回值，如果扫描到信息，则返回1，否则返回0；通过1真，0假的判别实现按键的实时扫描。这样就在没有中断的情况下也能照样完成实时监控的功能。本程序中还有一个比较重要的设计，就是消抖动的处理，这个动作小，但却很重要。还有就是靶面编码的特殊处理，采用两位数来表示子弹击中的位置，这个思想很简单，但是却很有用，有了这个设计，就避开了大量的编码工作。以上的实现具体程序处理，图4-2和图4-3是其实现的流程：图4-2 主控程序中采样程序的调用图图4-3 采样程序处理流程图(2) 接收端数据处理分析接收端程序中采用中断处理数据，这里包括数据的解码，以及与PC机通信，它是接收端主程序的关键部分，由于靶
