題t目：基于單片機的通用智能測控系統--下位機部分-文庫吧在線文庫

　　

【正文】 各引腳功能說明如表 所示 : 表 MAX485 引腳功能表 引腳 名稱 功能 1 RO 接收器輸出 2 RE 接收器輸出使能，為“ 0”時允許接收器輸出 3 DE 驅動器輸出使能，為“ 1”是允許驅動器工作 4 DI 驅動器輸入 5 GND 地 6 A 接收器非反相輸入和驅動器非反相 輸出端 7 B 接收器反相輸入和驅動器反相輸出端 8 Vcc 電源 MAX485 最大的優點在于它的多點總線互連功能 ，它可以連接一臺主機和多臺終端同時通信， 由于它是半雙工方式，只能有一方發送，一方接受，而且它采用差動電平接收的方法提高抗干擾能力，適合在比較惡劣的環境下工作。因此在進行 I/O 接口擴展和存儲器擴展時，可以利用地址鎖存器將地址信號從地址 /數據總 線分離出來，以實現總線的分時復用。 把從熱工儀表輸出的 4~20mA 電流信號轉換成 0~5V 的電壓信號輸出。由于使用環境溫度不同最少得 1W以上。 單片機的復位電路以及看門狗電路 看門狗電路 （ Watchdog），簡稱 WD。數據不管輸入 /輸出都 是高位在先。 光電隔離器的作用有：第一，它有隔離開關的作用，因為它具有通斷功能；第二，它具有電平轉換的功能，因為相互隔離的前后級之間的電源是單獨的，電源電壓的等級也可以是不同的。由于電路采用電流并聯負反饋，因此具有較好的恒流性能。把從 D/A 轉換裝置 及反向器 輸出的 0~5V 電壓信號轉換成 4~20mA的輸出。本設計是應用 TIL113 光電耦合器來實現的開關量輸入，電路圖如圖 所 示：采用光 — 電隔離技術，不但可以最大限度地防止現場強電磁干擾的竄入，而且可以防止工頻電源中高次諧波的干擾，也可以有效地切斷電路當中級與級之間的電的聯系，從而保證各級電路內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 25 能獨立可靠地工作。圖 電路中， CPU的復位信號共有 3 個：上電復位 (C R4)，人工復位 (S、 R R5)和 Watchdog復位 (C R6)，通過或門綜合后加到 RESET 端。如果該系統用于“熱力系統”，則每年都需要二個月左右的調整才能穩定。 因為 1V 總為負值 (即 1～ 5V)， 2V 總為正值 (即 +1V)， 適當調解 3WR ，可使 IC2的輸出為 0～ 5V，即將 0到 1V去掉。第一，作為輸入口時， 當報警后，單片機開始讀取開關量信息，此時發出以控制信號加到 74LS373的 G 端，使輸入信號再 74LS373 中鎖存，同時把該信號經反相加到 C51 的 INT1 端上，使 單片機響應中斷后在中斷服務程序中將鎖存的數據輸入到在累加器 A 中；第二，74LS373 作為輸出口時，其通過 74LS373 的接線方式有兩種，一種是中斷方式，一中是查詢方式。 1 2 3 4 5 6 7 8ABCD87654321DCBAT i t l eN u m be r R e v i s i o nS i z eA2D a t e : 2 4 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 ( 2 ) \ P R E V I O ~ 1 D BD r a w n B y:1Q22Q53Q64Q95Q126Q157Q168Q19OE11D32D43D74D85D136D147D178D18LE11U27 4L S 3 73 圖 74LS373 引腳 其中： ? 1D～ 8D 為數據輸入端 ? 1Q～ 8Q 為數據輸出端 ? E 為輸出控制端，當 E 為低電平，允許 1Q～ 8Q 輸出到 OUT1～ 8 上，當 E為高電平時，輸出線 OUT1～ 8 為浮空狀態 ? G為數據 輸入控制線，當 G為高電平時，輸出端 1Q～ 8Q的狀態和輸入端 1D～8D 的狀態相同，當 G 為低電平時（下降沿），輸入端 1D～ 8D 的數據鎖存到1Q～ 8Q 的 8 位鎖存器中。例如，當CS=WR2=XRER=0， ILE=1，寄存器就處于“透明”狀態，即直通工作方式。電子開關陣列與 D/A 轉換器的二進制位相 對應，每閉合一個電子開關，就增加一個二進制權電流（或電壓）增量，并加到輸出求和總線上。 SAR 比較器用于對電阻梯形內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 16 網絡輸出的逐次信號和輸入模擬信號進行比較，比較器輸出則用于表示大于還是小于電阻梯形網絡的輸出。 電源及時鐘： VCC、 VSS； XTAL XTAL2。在給出地址 “1”時，它利用內部上拉優勢，當對外部八位地址數據存儲器進行讀寫時，P2 口輸出其特殊功能寄存器的內容。在 FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當 FIASH 進行校驗時， P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高?？捎?5V電壓編程，而且擦寫時間僅需 10 毫秒，僅為 8751/87C51 的擦除時間的百分之一，與 8751/87C51 的 12V電壓擦寫相比，不易損壞器件，沒有兩種電源的要求，改寫時不拔下芯片，適合許多嵌入式控制領域。 5. 考慮硬件結構有一定的靈活性和可擴充性。 要注意簡化電路結構 必須使電路盡量簡化，即“越簡單越可 靠”性工程的重要定理，“簡單”在產品中表現為電路簡單和元器件少，這就要求使用盡量功能多、性能好的元器件。例如： 1) 外部時鐘的時 鐘頻率 （ Clock Rate） ： 每種 A/D 轉換器都要求一定范圍的時鐘頻率。例如放大器、比較器輸出電壓、電流因溫度變化發生偏移時，內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 7 將影響轉換器零誤差。 在單片機內部利用軟件實現串口通信 、 模擬量和數字量的采集以及輸出。 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。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。 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。 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。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。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。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。 Measurement and control system。 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。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。 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 。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。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。 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。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。 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。 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。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。 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。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P3 口也可作為 AT89C51 的一些特殊功能口 。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。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。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。 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。 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。 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。如果這里的精度不夠 ， 那么后面的轉換精度也無從說起。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。 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。 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。 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