M3M4M5M6：（本人的本職負責爲M5M6，兼職負責M3M4）
一、個人模塊部分的不同方案分析：
M5M6所負責的是A級實驗的上位機軟件模塊，要求負責控制命令發送、採樣數據接收、數據處理、數據圖形化顯示、數據文件保存等等。相當於要我們寫一個功能完備的串口助手出來，並且相對於之前在第八次實驗老師給的串口助手更加高級，需要增添圖形顯示界面。我從開始到最終結束，從網上找到了十幾個大神所給的代碼文件，有Python的有VS的，後來發現完全沒法用，太高級，所以乾脆自己寫，又寫了四五個版本，最終得到一個能用的。可以比較完備的顯示的。
網上代碼
自己寫的
由於我們選用Python語言來設計上位機的軟件功能模塊和UI交互模塊，這裏通過學習從網上找來的代碼，發現可以使用Python中的serial庫來設計串口通信功能模塊，通過pyqt庫或者tkinter庫來設計UI交互界面，pygragh庫可以進行圖形繪製，這麼多的網上代碼無怪乎如此。所以我嘗試了很多。首先嚐試從serial庫入手，先嚐試建立起串口通信，這就是串口1文件夾，發現實際上串口通信在上位機很簡單，只需要調用read和write函數就可以；於是就開始設計圖像繪製，這就是串口2文件夾，發現可以使用pygragh庫進行圖形的實時繪製；然後開始設計UI交互界面，這裏很麻煩，我嘗試了兩種使用pyqt庫來設計ui界面的方法，但由於pyqt庫太過複雜，兩種都失敗了，就是串口3和串口3’文件夾；沒辦法嘗試使用tkinter庫來設計UI界面，成功了，這就是串口4文件夾。如下：
M3M4模塊是負責本次A級實驗的串口通信模塊的下位機電路工程設計，是本次實驗的難點之一，要求配合上位機模塊實現解析控制命令、驅動採樣模塊、封裝並上傳數據等等。最難的是如何與上位機約定好協議實現數據的傳輸。這個在網上是找不到現有的工程的，也沒有能夠作爲借鑑的資料文件，真正的無中生有。從開始到結束，我和我的同伴總共寫了十一個版本，其中小的修改不計其數，最終纔得到了一個能用的串口通信模塊，並整合到了整個實驗工程模塊中。
我和我的同伴走的是兩條路，我寫的是串口工程四個文件夾，他寫的是串口通信七個文件夾，希望兩路並進來實現這個模塊。我所走的是通過增設一個字節的標誌位來傳遞幾個字節的數據，這個數據的字節數可以自己進行設定。由於一開始不知道小板子的通信是如何進行的，還是按照之前我們給的小板子進行設計，設計了一個並行通信的工程，當然是失敗了，不過還是爲測試上位機軟件做出了貢獻。然後開始在實驗板上進行設計，卻發現怎麼都不成功。最氣人的是即便在電腦上功能仿真成功了，在板子上還是不成功，用串口助手接收不到數據。
這幾個文件夾先後攻克了分頻問題（分頻錯誤）、標誌位無法識別問題（時鐘不匹配導致標誌位無法正確識別）、數據傳輸問題（沒有設計好傳輸協議）、數據封裝問題（之前一直不知道需要對數據進行封裝），最終迴歸到串口工程文件夾，寫出了可以正常運行、正常數據傳輸的串口工程。
然後整合到最終結果上，設計完整的電路工程，又寫了九個，最終得到了好的結果，也算是苦盡甘來、水到渠成了，畢竟，過程再坎坷，磕磕絆絆也無所謂，把所有的坑踩遍，最後也能到達終點，而且收穫也最多。
二、所選方案和實現：
M5M6模塊上面說我寫了5個文件夾分別對串口通信、圖形繪製、UI交互三個方面進行了實現，接下來需要進行整合。一開始嘗試以串口通信爲主進行整合，卻發現沒有辦法實現UI界面，後來嘗試以UI交互界面爲主進行整合，發現很難將圖像繪製和UI界面進行整合，最終決定摒棄之前的繪圖方式，即放棄使用pygragh庫進行圖形的實時繪製，而是採用tkinter庫中的畫布函數來實現直接在UI界面中實現圖形的實時繪製，並通過定義全局變量來實現對串口通信數據的保留和保持，最終實現了上位機軟件，具體如下：
單單爲了實現整合，我就寫了十幾個文件，有複雜的有簡單的，複雜的可以到三四個文件來構成一個軟件，簡單的卻只有十幾行用來測試能否正確繪圖，最終的tkin窗口2.0和tkin窗口2.1都是成功結果，而2.1相對於2.0增加了一些花裏胡哨的音色、音量調節的功能，在後面將會提到。
這裏首先使用2.0版本的進行整體的設計和實驗，設計了開機關機按鈕和“串口號”、“波特率”、“平均值”三個標籤用來表示當前程序的狀態。設計了右側的部分進行動態圖形繪製。
具體代碼如下：
# encoding: utf-8
import tkinter
import serial
import serial.tools.list_ports
import random
import sys
import time
import easygui as g
import numpy as np
from tkinter import Tk,StringVar
from pyico import *
ser=0
pq=0
N=200
M=1
Q=0
tmp=0
ftmp=0
ii=0
r=''
rr=""
star='0'
end='0'
tt=0
L=[]
def com():
port_list=list(serial.tools.list_ports.comports())
if len(port_list)==0:
g.msgbox('警告','找不到串口','拜拜了您嘞')
return '0'
# print('找不到串口')
else:
for i in range(0,len(port_list)):
print(port_list[i])
ss=str(port_list[0])
return ss[0:4]
def a():
global ii,rr,tmp,Q,ftmp,end,pq,tt,r,L
# num=ser.inWaiting()
# while num!=1:
# print(num)
# ss=ser.read(16)
# num=ser.inWaiting()
ser.flushInput()
num=ser.inWaiting()
# print(num)
data0=bytes([0x2a])
data1=bytes([0x30])
# data2=bytes([0x2a])
# data3=bytes([0x00])
# print(data0)
# print(data1)
ser.write(data0)
ser.write(data1)
num=ser.inWaiting()
# print(num)
# while num:
# num=ser.inWaiting()
# print(num)
# if num==4:
# ser.write(data2)
# ser.write(data3)
# print(data0)
# print(data1)
# print(num)
if num>0:
# print(num)#查看當前有多少數據在緩存區
s0=ser.read(2)
ser.flushInput()
# s0=ser.read(1)
# print(s0[0],s0[1])
# print(s1)
if s0[0]==0:#修改點
# print("zhi",s0[0],s0[1])
ftmp=tmp
# tmp=s[0]*256+s[1]
tmp=s0[1]
# print(tmp)
if(len(L)==10):
del L[0]
L.append(tmp)
else:
L.append(tmp)
if pq==0:
ftmp=tmp
pq=pq+1
count=np.bincount(L)
tmp=np.argmax(count)
print(tmp)
# print(pq)
oupu.write(str(M*Q)+':'+str(tmp)+'\n')
Q=Q+1
win.create_line(245,ftmp*0.8,255,tmp*0.8)
for ie in range(0,pq+1):
win.move(ie,-6,0)
top.update()#刷新
# print("zhi")
# ftmp=tmp
# # tmp=s[0]*256+s[1]
# tmp=s0[0]
# print(tmp)
# if(len(L)==10):
# del L[0]
# L.append(tmp)
# else:
# L.append(tmp)
# if pq==0:
# ftmp=tmp
# pq=pq+1
# # print(pq)
# oupu.write(str(M*Q)+':'+str(tmp)+'\n')
# Q=Q+1
# win.create_line(240,ftmp+20,260,tmp+20)
def kaishi():
global star,end
star='start'
print('kaishi')
# ass=[0,1,0,1,0,1,0,1]
data0=bytes([0x2a])
data1=bytes([0x00])
# print(data0)
# print(data1)
ser.write(data0)
ser.write(data1)
# data=bytes([0xE8])
while end!='end':
a()
oupu.close()
def jieshu():
global end
print('jieshu')
end='end'
# ass=[1,1,1,1,1,1,1,1]
data0=bytes([0x2a])
data1=bytes([0xaa])
# print(data0)
# print(data1)
ser.write(data0)
ser.write(data1)
top.quit()
def junzhi():
global L
df=0
for i in L:
df=df+i
ttmp=str(df/len(L))
# ttmp='123456'
Label4=tkinter.Label(top,text="平均值:"+ttmp,fg='black')#bg='light gray',
Label4.place(relx=0.1,rely=0.3)
ssss=com()
if ssss!='0':
top=tkinter.Tk()
top.title('波形顯示串口助手')#標題
top.resizable(0,0)#大小可調性
top.geometry('500x300')#大小
bote=9600
oupu=open('output1.txt','w')
ser = serial.Serial(ssss, bote)
Label1=tkinter.Label(top,text=("串口號:"+ssss),fg='black')#bg='light gray',
Label1.place(relx=0.1,rely=0.1)
Label2=tkinter.Label(top,text="波特率:"+str(bote),fg='black')#bg='light gray',
Label2.place(relx=0.1,rely=0.2)
Label3=tkinter.Label(top,text="平均值:",fg='black')#bg='light gray',
Label3.place(relx=0.1,rely=0.3)
button1=tkinter.Button(top,text="開機",command=kaishi,bg='light gray',fg='black')
button1.place(relx=0.1,rely=0.45,width=80,height=40)
button2=tkinter.Button(top,text="關機",command=jieshu,bg='light gray',fg='black')
button2.place(relx=0.1,rely=0.6,width=80,height=40)
button3=tkinter.Button(top,text="均值",command=junzhi,bg='light gray',fg='black')
button3.place(relx=0.1,rely=0.75,width=80,height=40)
win=tkinter.Canvas(top,bg='light gray')
win.place(relx=0.35,rely=0.1,width=310,height=240)
top.update()#刷新
top.mainloop()
其中包含了大量的註釋掉的程序語句，因爲在我將整個程序的整體框架確定下來之後，對這個程序調試了很多遍，最終得到的代碼行數實際上只有100行左右，但功能卻能完整的實現。
M3M4首先對單個的串口工程進行實驗，最終選定的方案是設置標記位爲“01010100”，然後在串口工程中先搜索接受的上位機數據中有沒有“010”的三位二進制數，如果找到就再搜索有沒有“00”的二進制數，如果找到則說明找到了標誌位，“00”之後的八位二進制數就是上位機傳給下位機的真正數據。然後上傳給上位機的時候，一開始沒有注意到需要對數據進行封裝，還是嘗試着先發八個二進制“00000000”作爲標誌位，再跟上八位二進制的數據，但怎麼也傳不上去，後來在科三的同學的幫助下，知道了需要對數據進行封裝，每八位數據需要在最前面加0，在最後面加1，將原本的8位數轉換爲10位數後纔可以讓芯片進行識別，將中間的8位數據傳送給上位機，最終得到的串口工程如下：
fenpin模塊負責將輸入的24Mhz的輸入信號轉換爲9600hz的時鐘信號，用來控制數據的傳輸。jieshou模塊負責接收從上位機發送的數據，併產生相應的kj開機控制信號和load數據上傳控制信號。chuansong模塊負責接收外界給的八位二進制數據，進行封裝之後在load和kj控制信號的控制下傳遞給上位機，這裏只截取了三個元件中的部分主要代碼，因爲截取全部代碼太佔據空間了，而且所截取的代碼是功能的主要實現部分，已經可以體現如何實現功能模塊。
具體模塊如下：
三、驗證方法：
M5M6模塊基於pycharm軟件進行設計，總共調用了Python語言的tkinter庫、serial庫、random庫、sys庫、time庫、easygui庫、numpy庫、pyico庫八個庫，具體框架爲通過tkinter庫來設計UI交互界面，通過tkinter庫中的canvas庫設計畫布，通過move函數實現動態繪圖，通過serial庫實現串口讀寫操作，通過easygui庫實現警告信息，通過numpy庫實現數值穩定，通過random庫實現功能測試。
首先要驗證整個軟件的模塊邏輯是否正確。本軟件的邏輯爲：首先通過com()函數自動查找當前可用於通信的串口，如果沒有將會彈出一個easygui的彈窗，否則將會彈出軟件的UI操作界面。界面有開機按鈕、關機按鈕和取平均值按鈕，當選擇開機按鈕後將會給予下位機開機指令，並進入循環，持續向下位機發送請求數據的指令，並接收下位機發送的數據，經過取衆數處理後從最近的10箇中取出衆數（以此來提高軟件的抗干擾能力），並繪製圖像顯示在右側；選擇關機按鈕後將會向下位機發送關機指令，並自動關閉彈窗；當選擇取均值按鈕後將會自動計算最近10個數的平均值，並顯示在界面指定位置。界面指定位置會顯示當前的串口和預置的波特率（9600）。
在測試方面基於小板子，首先測試串口是否正常打開，然後通過random函數向板子發送一個上位機隨機生成的數值，傳給下位機後下位機進行顯示，並原封不動的傳給上位機，在上位機的數值顯示部分進行圖形的繪製，這裏先註釋掉了取平均值的功能，並選擇了115200的波特率用來簡單測試。最終得到的結果如下：
在小板子上初步實現了之後，開始思考波特率的問題。由於下位機模塊的數據讀取是在1Mhz，而板子給定的時鐘是24Mhz，經過與下位機模塊負責人討論後確定使用9600波特率，即一秒鐘傳送9600位，這樣只需要將原本的24Mhz除以2500就可以得到9600hz的時鐘信號。經過在給定的實驗板上進行測試，發現正確，至此，上位機需要做的事情已經基本完成。
M3M4這裏首先對所編寫工程的邏輯性進行驗證分析。首先初始狀態kj開機控制信號的寄存器爲‘0’，load裝載控制信號的寄存器爲‘0’，表示此時沒有開機，也沒有進行裝載操作，不會向上位機發送特定數據（注意，還是會發送無意義的數據），而此時上位機也處於待機狀態，不會接受特定數據（串口會持續發送默認的“11111111”），然後上位機給予開機信號，接收模塊接收到後控制kj開機控制信號寄存器爲‘1’，表示開機，整個工程開始工作。當上位機發送數據傳送控制信號的時候，接收模塊接收到後控制load裝載控制信號寄存器爲‘1’，表示開始裝載，傳送模塊將外部輸入的八位數據存儲到寄存器中，並進行封裝，然後將標記位也進行封裝，最終得到一個二十位的二進制數據，傳送給芯片，並最終傳送到電腦，展示在串口助手上。
然後進行功能仿真，並最終放到整個工程中進行驗證，發現結果正確，可以在上位機接收到數據，並展示在圖像上。
這裏需要考慮時鐘信號的問題，上位機的波特率限定爲9600，傳入的時鐘頻率爲24Mhz，所以需要除以2500才能得到正確的時鐘信號，這裏只需要寫一個計數器，要求每個時鐘上升沿進行計數，當記錄到1250的時候進行清零，然後將輸出信號取反就可以得到9600hz的時鐘信號。
然後由於需要在整個電路上進行驗證，所以需要添加到整個的工程文件上，即封裝爲bsf元件，然後與整個電路進行串聯，最終得到的電路和運行結果如下：
四、下一步工作：
M5M6下一步可以在現有的基礎上加一些花裏胡哨的東西，來使UI界面更友好，即可以改變背景圖片，改變UI界面的格式，增加音量音色調節按鈕等等，期望實現的結果如下：
當前 1
期望 1
增加“小、中、大”的音量調節按鈕和“1,、2、3、4”的音色調節按鈕，最好可以和蜂鳴器模塊負責的同學一起設計幾首歌放入mif文件來進行顯示。
M3M4模塊通過測試發現雖然已經實現了串口通信，完成了A級實驗，但當前工程的抗干擾能力不強，很容易受到機械噪音的影響導致繪製出來的圖像有偏差。所以下一步工作可以嘗試着從提高信號穩定性、增強通信穩定性、修改傳遞方式的傳遞數據、提高數據接收、數據讀取、數據採集靈敏度等方面進行優化。
甚至可以通過上位機來輸入數據實現一個電子琴的效果，當然，這是後話。
五、心得體會
本次設計總結：
這次的大綜合實驗很考驗人，我和我的搭檔俞陽博因爲之前有學習過Python語言所以選擇了上位機軟件設計M5M6模塊。實際上選擇的時候心裏也沒有底氣，因爲要我們設計軟件，真的太難了，但別人更沒有基礎，所以還是去做了。一開始還抱着從網上找現成代碼進行修改的想法，所以找了很多，不得不說csdn還是真的很厲害的，竟然找到了很多，但要麼是沒有串口通信模塊，要麼是沒辦法繪圖，所以到最後實際上還是自己設計，不過從網上得到了很多的知識，對Python庫的理解與應用也強了很多。到最後設計的串口助手是我自己真真正正一個人完成的，沒有任何網上的代碼，包括串口搜索、串口通信、動態繪圖，都是我自己原創的想法。總的來說，Python語言進步了很多。
然後由於下位機通信模塊和上位機軟件模塊連接非常緊密，而且下位機通信模塊比較難，所以我就參與了下位機通信模塊的設計，而且採用了和原本同伴並不同的方法，後來證實我的方法是正確的。而且這一部分告訴了我很多，如何進行通信，如何進行封裝，爲何要進行封裝，以及如何進行上傳下放，爲我小學期打下了很好的基礎。
學期總結：
這門實驗課讓我進步良多，也讓我花費了很多時間，單說最後一個大綜合實驗，整個實驗從頭到尾做了兩個多周，從5月6號開始創建了綜合實驗的文件夾開始，一直沒停過，從早上八點到晚上十點整天泡在實驗室，餓了就叫外賣，直到要睡覺了纔回宿舍，說真的我都想打地鋪住在實驗室算了。這門實驗課很好玩，能做很多真真正正的事情，感覺自己學習的東西真的有用，能夠用在實際生活中，能夠做一些實實在在的事情，也讓我對我的小學期充滿了期待。
這門實驗課我的參與度很高，我也是真的喜歡這個實驗，纔會願意花這麼多時間去做。而且，說真的，我很喜歡實驗室的環境，特別是五一假期的時候。五一假期我哪裏也沒有去，四天全都泡在了實驗室裏，沒有一直在敲代碼，而是寫一寫別的事情，也覺得自己的效率很高，實驗室的環境真的很喜歡，也很適合我，那個五一假期也是我最充實的一個假期。
在實驗室裏能讓我感覺得平靜、積極，也能讓我更專注於我目前正在做的事情，不管是敲代碼還是記筆記，都是如此。現在很慶幸當初將自己的指紋錄入在了系統裏面，或許以後實驗室可以作爲一個我的自習的地方。
我早就從學長學姐那裏聽說了，小學期也是在工訓，也是給一塊板子讓我們自己做一個工程出來，而且是隨便做，想做什麼做什麼，上一屆就有學長學姐做了密碼鎖、遊戲機什麼的，我自認爲比不上上一屆的學長學姐，但我也有我自己的想法。既然已經可以實現串口通信，那麼我對製作一個密碼鎖已經充滿了信心，所以我想先做一個密碼鎖來保底，能夠完成小學期，然後自己再開始自己的研究，我真正想做的是一個機械手，用我的電腦進行控制，或者更進一步，我在我的手上帶一個手套，然後通過測距將信息傳遞給下位機，下位機來做出相似的動作。這個很難，但如果只是簡單的完成實驗作業，就談不上研究了。