題t目：基于單片機的通用智能測控系統--下位機部分-wenkub

　

【正文】 現串口通信 、 模擬量和數字量的采集以及輸出。使用串口總線然后再經過一個電平轉換，單片機可以直接與上位機進行通信。 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 5 模擬量的采集選用 I/V變換電路將由熱工儀表輸出的標準電流信號轉換成標準的電壓信號以及選用 TLC0832作為模數轉換器，然后選用 AT89C51做為控制器，當采集 的電壓信號越限時現場報警。在本地端 RS485，具有讀 、 寫 、 片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機系統總線上。其中電流信號須經過 I/V變換電路，將其變換成 0～ 5V標準電壓信號然后再經過 TLC0832轉換器將電壓信號轉換成數字量，這樣單片機才能采集。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統。 Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨大優勢，將 MCS51 從單片微型計算機迅速發展到微控制器。 （ Micro Controller Unit）階段，主要的技術發展方向是：不斷擴展滿足嵌入式應用時，對象系統要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。 單片機的技術發展史 單片機誕生于 20 世紀 70 年代末，經歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段。 智能測控系統的功能 本 智能測控系統實際上是標準信號，主要是電量的智能測控系統，被測參數包括兩路模擬信號及一路開關信號，要求能按定時和隨機兩種方式完成上述參數的采集并傳送至上位系統。本文就以 TLC0832為例，詳細介紹了 模數轉換器 在單片機應用系統中的應用。 Serial interface。該系統能夠應用于一般工業測控要求的場合，系統具有低耗能、結構簡單、 可靠性高、速度快、連接方便 等特點。由于智能測控系統面向不同的應用領域，采用不同的實現途徑，使用不同的開發環境，因此其設計調試過程往往是復雜而且痛苦的。本設計主要介紹了基于單片機的通用測控系統，能夠實現采集 4~20mA 模擬量和開關量并輸出 4~20mA 的模擬量和開關量，并將數據實時地傳回上位機等功能。 智能測控系統是工業生產發展的必然要求，也是計算機及網絡技術在 工業領域中的控制功能進一步加強的必要條件，因此本次設計就更具有了討論和研究的現實意義。 Measurement and control system。 同時介紹了 DAC0832數模轉換器以及光電耦合器在單片機中的應用。 測控系統的發展趨勢 測控技術的發展與航天技術的發展息息相關。 即單片微型計算機（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態嵌入式系統的最佳體系結構。它所涉及的領域都與對象系統相關，因此，發展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。因此，當我們回顧嵌入式系統發展道路時，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績。 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 4 第二章 系統方案設計 設計內容 測控系統由控制中心和現場檢測兩部分組成 。同時在本設計中，單片機還要采集另外一個信號即是開關信號，在開關信號進入單片機之前須通過光電耦合器對開關信號進行去除干擾。單片機 AT89C51控制串口通信模塊主要是通過串口中斷指令實現的。 開關量的采集選用 AT89C51單片機，在開關量進入單片機以前須采用光電耦合器去除干擾。AT89C51以串口中斷服務指令讀取上位機發送的信息，并以串口數據發送指令向上位機發送數據，從而實現上、下位機的通信。 1. 在正常情況下，即 A/D 轉換器通道 CH0 的值大于通道 CH1 的值時單片機執行串口 寫 操作，經過軟件處理后將數字量經過 RS485 總線傳送到上位系統中去。 轉換器設計 1. 在設計轉換器時，要考慮的因素有： 1) 穩定時間（ Setting Time）： D/A 從輸入數字碼發生變動到輸出穩定的電壓值所占的時間，或稱置位時間。電阻網絡、電流開關的溫度系數將影響轉換器的線性誤差等。同時模數轉換器需要幾組電源電壓，一般來說 +5V 是供數字部分使用的， +15V是供模擬部分使用的。要按其規定配接外部時鐘電路，保證合適的時鐘頻率，不然將影響 A/D 的轉換時間甚至精確度。 2) 該芯片為電流輸出型 D/A 轉換器件，要獲得模擬電壓輸出時，需外加轉換電路。 采用成熟技術和通用器件 成熟技術和通用技術器件意味著經過了長期的可靠性再增長過程，具有較完整的可靠性有關數據，使研制產品的可靠性有了基本保證。 2. 硬件結構設計要便于儀表的調試、維修以及用戶的操作使用。 6. 硬件結構的設計要考慮機殼造型的美觀和加工方便。它與 MCA51 系列單片機在指令系統和引腳上完全兼容，不僅可完全代替 MCS51 系列單片機，而且能使系統具有許多 MCS51 系列產品沒有的功能。工作電壓范圍寬 ~6V，全靜態工作，工作頻率寬在 0Hz~24MHz 內，比 8751/87C51 等 51系列的 6MHz~12MHz 更具有靈活性，系統能快能慢。 3．管腳功能 ： GND：接 地 P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P1 口： P1 口是一個內部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口 ， P1 口緩沖器能接收輸出 4個 TTL門電流。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口 。 A/D 轉換裝置 本設計選用 的 8 位 A/D 轉換器是 TLC0832 八位逐次逼近模數轉換器。CS 在整個轉換過程中必須置為低電平，接 著從處理器接受一個時鐘。在轉換過程中，轉換的數據同時從 DO 端輸出，并以最高位 (MSB)開頭。用多路器地址選擇模擬輸入通道的方法如表 所示： 表 選擇模擬輸入通道信號 通道號 CH0 CH1 輸入數據流（ bit） 110 111 D/A 轉換裝置 本設計選用的是 DAC0832，它基本組成包括基準電壓源，電阻解碼網絡，電子開關陣列和相加運算放大器四部分。電阻解碼網絡是 D/A 轉換器的核心，常用的電阻網絡有二進制加權電阻網絡和 R2R 梯形電阻網絡。即數據在進入倒 T 型電阻網絡之前，必須經過兩個獨立控制的寄存器。當 WRI=1時，數據鎖存，模擬輸出不變；當 WR1=0 時，模擬輸出更新。 鎖存器 —— 74LS373 74LS373 是透明的帶有三態門的鎖存器，其原理結構圖如圖所示，當三態門的使能信號線 CE 為低電平時，三態門處于導通狀態，允許 Q 端輸出； CE 為高電平時，輸出內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 20 三態門斷開，輸出對外電路呈 高阻狀態。 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 21 從以上的結構分析我們可以看出， 74LS373 最基本的功能時鎖存數據，但在不同的接口電路中，不同的接線方式，使它有其他一些不同的功能。 74LS373 作為擴展 I/O 使用 ： 74LS373 作為擴展 I/O 使用時，把它看作外部數據存儲器的一個單元，和外部數據存儲器統一編址，可以對其進行讀寫操作。在本設計中我選用了中斷方式。 本設計選用的 I/V 變換電路是由運放、穩壓 二極管和電阻等組成。 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 23 該電路的優點：①當變送器送來的信號為 0～ 10mA時 ， 使 V2為 0V， 即可使輸出為 0～5V；當變送器送來的信號為 4～ 20mA時 ， 使 V2端為 +1V，調解 WR3即可使輸出為 0～ 5V。如果這里的精度不夠 ， 那么后面的轉換精度也無從說起。帶來了很大的麻煩。其作用是檢測單片機的運行，一旦發現死機或程序跑飛現象，將發出復位信號恢復程序的正常運行。 C R6 的時間常數不必太大，有數百微秒即可，因為這時 CPU 的振蕩器已經在工作。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \新建文件夾 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:C1123ANDC2R4R6R5V C CS1V C C8R E S E T7S C K6SI5CS1SO2WP3V S S4V5X 2 40 4 5P 1. 6P 1. 5P 1. 7P 1. 4P 1. 01P 1. 12P 1. 23P 1. 34P 1. 45P 1. 56P 1. 67P 1. 78R S T / V P D9P 3. 0 / R x D10P 3. 1 / T xD11P 3. 2 / I N T 012P 3. 3 / I N T 113P 3. 4 / T 014P 3. 5 / T 115P 3. 6 / W R16P 3. 7 / R D17X T A L 218X T A L 119GND20P 2. 021P 2. 122P 2. 223P 2. 324P 2. 425P 2. 526P 2. 627P 2. 728P S E N29A L E / P R O G30E A / V p p31P 0. 732P 0. 633P 0. 534P 0. 435P 0. 336P 0. 237P 0. 138P 0. 039V C C40I C 28 9C 5 1V C CV C C1 0K2 0μ F1 0K1K0 .1 μ F 圖 復位電路及看門狗 開關量光隔離電路 工業生產過程中各種干擾來自電源、強電、磁場等居多。 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 17 J un 2 00 8 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni s t r a t or \桌面 \ M yD e s i g bD r a w n B y :R1Ki+5I N T 0D0 R2+5 圖 開關量輸入電路原理圖 圖中 Ki─代表系統外部任何某一種開關信息。 A/D 轉換電路 A/D 轉換模塊任務為采樣由熱工儀表的輸出的模擬信號，然后轉換成微處理器能夠處理的數字信號。 本文選用的 V/I 轉換電路是 由運算放大器 N 及晶體管 V V2 組成。 電路如圖 所示： 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 27 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eBD a t e : 2 0 J u n 2 0 08 S he e t o f F i l e : C : \ D o c u m e n t s a n d S e t t i n gs \ A d m i n i s t r a t o r \桌面 \ M y D e s i g n .d dbD r a w n B y:+_+△ ∞NR1R2R5R4R3R7RLR6V1N P NV2N P NUiUb+EIo 圖 V/I 變換電路 分析如下： 利用疊加原理，可求出在 iu ， bu ，及輸出電流 oI 作用下，運算放大器 N 的 同相及反相輸入。 Ub 為偏置電壓，用以進行零位平移。 TLC0832 與單片機的接口電路如圖 所示： 1 2 3 4 5 6ABCD654321DCBAT i t leN u m be r R e v i s i onS i z eBD a t e : 18 J un 2 00 8 S he e t o f F i l e : C : \ D o c um e nt s a n d S e tt i ng s \ A d m i ni s t r a t or \桌面 \ M yD e s i g bD r a w n B y :P 1. 01P 1. 12P 1.