Simulink串口與匿名上位機通信實驗
一、實驗目的
- 熟悉匿名上位機通信協議；
- 使用Simulink仿真串口發送可變數據；
- 觀察仿真波形，瞭解控制系統參數的調節。
二、實驗環境
Win10 PC機；Matlab16a；ANO_TC匿名上位機V65；Keil5；兩個串口
三、實驗原理
1. 匿名上位機通信協議V6.00
▲SUM等於從該數據幀第一字節開始，也就是幀頭開始，至該幀數據的最後一字節所有字節的和，只保留低八位，高位捨去。
▲協議中長度字節LEN表示該數據幀內包含數據的字節總長度，不包括幀頭、功能字、長度字節和最後的校驗位，只是數據的字節長度和。比如該幀數據內容爲3個int16型數據，那麼LEN等於6。
▲發送設備和目標設備的S_ADDR、D_ADDR字節，請查詢設備定義表確定，比如拓空者發送至上位機，則S_ADDR=0x05，D_ADDR=0xAF。
▲協議分爲3大部分，顯示用數據幀、命令及參數數據幀、用戶自定義數據幀。
▲顯示用數據幀：本部分爲飛控或者其他下位機發送顯示用數據給上位機用，單向通信，下位機只需要按格式發送數據即可。
▲命令及參數數據幀：本部分爲各種校準命令、參數讀寫命令等，因數據重要，故涉及雙向驗證。
- 0xE0命令幀：上位機發送以0xE0爲功能字的命令幀，下位機收到命令幀後，需要按照收到的命令數據，原樣返回上位機進行驗證，上位機收到並驗證通過後表示本命令發送成功。
- 0xE1參數幀：上位機發送以0xE1爲功能字的參數幀，下位機收到參數幀後，需要按照收到的參數數據，將該參數返回上位機，上位機收到並驗證通過後表示本參數設置成功。
2. Matlab simulink Serial port 模塊
（1）matlab simulink模塊在 Instrument Control Toolbox裏
SerialPort 相關模塊的詳細說明：
https://cn.mathworks.com/help/instrument/direct-interface-communication-in-simulink.html
https://cn.mathworks.com/help/instrument/serialreceive.html
（2）最簡單的simulink 串口發數據的例子：這個例子往串口3上發數據，[1 2 3 4]四個字節，串口3設置波特率爲9600。
需要注意的是Serial Send模塊默認的輸入類型爲uint8型的一維數組，所以要設置 Constant模塊的類型：
還要注意設置Constant 的Sample time:
（3）最簡單的接收串口數據的例子：接收來自串口2的數據。值得注意的是Serial Receive模塊可以設置爲block（堵塞）模式和非block模式，block模式下程序會一直卡住等待接收來自串口的數據，非block模式則不然。下面是例子是block模式下的例子。
（本部分來源：CSDN作者：少安的磚廠
原文：https://blog.csdn.net/qq_28093585/article/details/77441546 ）
四、實驗內容
本實驗以2位可變數據爲例，做simulink數據與匿名上位機的仿真實驗。具體地， simulink模擬串口com3，與匿名上位機進行串口通信，將可變數據的仿真結果可視化。在上位機端改變數據，利用仿真結果圖可以更好地調整控制系統的參數（PID參數），以提高效率、改善調參複雜的工作。
1. 建立Simulink Model
根據數據幀格式在simulink中建立一個simulink mode，創建過程請參看實驗一步驟。建立一個Constant，數據幀格式設置如下圖所示。
Block的具體插入路徑如下：
1）Simulink Library Browser –> HDL Verifier –> Instrument Control Toolbox
2）Simulink Library Browser –> Commonly Used Blocks –> Constant
3）Simulink Library Browser –> HDL Coder -> Commonly Used Blocks –> In1
4）Simulink Library Browser –> HDL Coder -> Math Operations –> Vector Concatenate / Add
5）Simulink Library Browser –> Serial Configuration
6）Simulink Library Browser –> sinks -> Display
根據匿名上位機協議，對整個數據字節求和，作爲校驗和。
創建離散時間信號作爲可變數據，Period設置爲2。爲了加以區分，兩個離散信號加一個常數擡高信號幅度，能夠在匿名上位機上看到可變的仿真波形。
根據協議要求，數據類型需要轉爲uint8，在這裏也可以直接將in2端輸出數據的格式設置爲uint8類型。
2. 與匿名上位機通信，觀察仿真波形。
COM3串口波特率：115200，8爲數據位，無校驗位，1爲停止位。
說明：
- 本實驗使用到的串口爲COM3，大家在仿真時設置相應的串口號；
- 本實驗仿真信號爲離散時間信號，根據離散採樣理論，週期性進行時間採樣，作爲可變數據發送；而使用連續信號達不到本實驗的效果。
- 使用simulink仿真時，時間參數尤爲重要，現就本實驗中使用到的時間參數做詳細說明。
-
Sample time（Constant）：
塊的採樣時間是一個參數，指示在模擬期間塊生成輸出的時間以及在適當時更新其內部狀態。內部狀態包括但不限於記錄的連續和離散狀態。
通常，Simulink允許您在塊對話框或命令行中指定顯式SampleTime參數，從而提供此功能。沒有SampleTime參數的塊具有隱式採樣時間。您無法指定隱式採樣時間。 Simulink根據系統中塊的上下文確定它們。 Integrator塊是具有隱式採樣時間的塊的示例。 Simulink自動將其採樣時間設置爲0。
採樣時間可以基於端口或基於塊。對於基於塊的採樣時間，塊的所有輸入和輸出以相同的速率運行。對於基於端口的採樣時間，輸入和輸出端口可以以不同的速率運行。 -
Period:
Simulink中，信號源的產生有兩種方式，一種是time-based，另一種是 sample based。以time-based爲例，打開sine wave模塊的設置頁面，在sine type中選擇 Time based。
Sample time中輸入採樣時間ts。在使用system generator配置時，注意在clocking選項下面，FPGA clock period 和 simulink system period的選擇。把siimulink system period設置爲ts，也可以設置成1，前面的那些信號源，最好就用sample based了。
參考鏈接：
https://ww2.mathworks.cn/help/simulink/ug/brrdmmw-2.html;jsessionid=af199d9164261ab19aa8907e6470
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