題t目：基于單片機的通用智能測控系統--下位機部分(更新版)

　　

【正文】 ............. 8 第四章 系統硬件設計 .............................................................................................................. 9 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） V 硬件原理框圖 ............................................................................................................. 9 器件選擇 ................................................................................................................... 10 單片機 —— AT89C51 ..................................................................................... 10 A/D 轉換裝置 .................................................................................................. 14 D/A 轉換裝置 ................................................................................................. 16 RS485 總線接口 ............................................................................................ 18 鎖存器 —— 74LS373 ................................................................................... 19 硬件電路 ................................................................................................................... 21 電流電壓變換電路 ........................................................................................ 21 單片機的復位電路以及看門狗電路 ............................................................ 23 開關量光隔離電路 ........................................................................................ 24 A/D 轉換電路 .................................................................................................. 25 電壓電流變換電路 ........................................................................................ 26 D/A 轉換電路 ................................................................................................. 28 第五章 系統軟件設計 ............................................................................................................ 30 系統初始化和主程序 ............................................................................................... 30 數據采集 和處理部分的設計 ................................................................................... 31 數據采集 ........................................................................................................ 31 A/D 轉換子程序 .............................................................................................. 33 數字濾波流程圖及子程序 ............................................................................ 36 延時子程序 ............................................................................................................... 36 串口通信子程序 ....................................................................................................... 37 第六章 設計總結 .................................................................................................................... 39 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） VI 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 40 附錄 A 系統硬件連接圖 ................................................................................................... 41 附錄 B 程序源代碼 ........................................................................................................... 42 致 謝 ................................................................................................................................ 55 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 1 第一章 引 言 概述 在目前許多的單片機應用系統中，通常進行一些 信號的采集 ， 根據檢測信號的不同 ，可以用兩種方法來進行信號的采集：一是利用模數轉換器將模擬信號轉換成數字信號然后再輸入到單片機中進行信號的采集，二是利用光電耦合器對開關信號進行去除干擾然后再輸入到單片機中進行信號采集。自 20世紀 90年代以來，國際航天技術內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 2 出現了蓬勃發展的局面，首先是載人航天第二次高潮的興起，世界各航天大國均爭相發展自己的載人航天技術，以求開發宇宙資源并顯示大國的實力和軍力；其次是重返月球，再回去開發那些曾被忽視了的月球資源，并占領月球領地；第三是火星著陸，這已成為震動 1997年的國際十大科 技新聞之一；第四是人造衛星大規模地進入了應用衛星時代，為了拓寬衛星應用的領域，從而促進了小衛星蓬蓬勃勃地發展。從這一角度來看， Intel 逐漸淡出 MCU的發展也有其客觀因素。 本設計主要是結合單片機的應用 ， 單片機采用美國 ATMEL公司生產的 AT89C51，串口通信模塊選擇 RS485總線， A/D轉換器選擇 TLC0832， D/A轉換器選擇 DAC0832，同時還包括 I/V變換電路、 V/I變換電路和光電耦合器，將這些元件通過外圍電路連接起來實現模擬量和開關量的采集和輸出。 單片機 AT89C51控制數據采集的軟件是用 C51語言編寫的，上位機的界面是用 VB編寫的。 數據輸出模塊 數據輸出模塊 的 設計主要是單片機通過 DAC0832數模轉換器和 V/I變換電路輸出控制信號去控制現場 執行機構 。 2) 擺動時間 （ Slew Time） ： D/A 的輔助放大器改變輸出電壓所需要的時間。這兩組電源的地應分別接數字地和模擬地，并要注意這兩組電源的變壓器繞組之間應具有良好的絕緣和良好的靜電隔離。 3) 當該芯片與單片機連接時，為保證正常工作， 有兩個重要的時鐘關系必須考慮：第一，最小的 WR 存儲脈沖寬度 .對于全部有效工作的電源電壓和溫度，它都被內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 8 定義為 500ns，但若 Vcc=15V，典型的脈沖寬度只有 100ns；第二，要保證 90ns的最小數據保持時間或誤差數據被鎖存的時間。 3. 要考慮和檢測部件、控制部件等外部部件的連接方便、工作可靠。 AT89C51 可構成真正的單片機最小應用系統，縮小系統體積，增加系統的可靠性，降低了系統成本。當 P0 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。這是由于內部上拉的緣故。 如表 所示 ， P3 口同時為閃爍編程內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 14 和編程校驗接收一些控制信號。當一個時鐘的時間間隔被自動插入后，可以使多種轉換器選定的通道穩定。為了降低成本，某些 D/A 轉換器只包含解碼網絡和開關陣列。這對使用者是非常有利的：首先，在一個系統中，任何一個 DAC 都可以同時保留兩組數據；其次，雙緩沖允許在系統中使用任何數字的 DAC。 G 端控制鎖存器的狀態，當 G 為高電平時，鎖存器輸出（ 1Q～ 8Q）狀態和輸入端（ 1D～ 8D）狀態相同； G 端從高電平返回低電平（下降沿）時，輸入端（ 1D～ 8D）的數據鎖入 1Q～ 8Q 中。它的主要作用時利用其鎖存的功能，解決高速 CPU和低速外設的速度匹配問題。原理圖如圖 所示： 內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 22 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 :I C 1R5R6R3R4V+VI n+I nR1R2WYR8 R9R 11W R 3W R 2R 10V++I C 2 V o utW R 1V1V2 圖 由運放和電阻等組成的 I/V轉換電路 轉換原理：由熱工儀表送來的 0～ 10mA 或 4～ 20mA 的電流信號經 R1 電阻將其轉換為 0～ 5V或 1～ 5V， 為了使 Vout 能輸出正向信號，前邊加了一級反向比例放大電路 (即IC1 部分 )，同時也具有阻抗變換等作用 ，第二級是一個加法器， 它的作用是當變送器送來的是 4～ 20mA 電流信號時，第一級放大電路輸出為 1～ 5V，而不是 0～ 5V，為了使1～ 5V變成 0～ 5V，而加了第二級的加法器調解 WR2 電位器使 V2 端電壓為 1V，經 過調解加法器的 WR3 電位器 (即放大倍數 )即可使輸出為 0～ 5V。②穩壓二極管 WY， 剛加電時 ， 隨著時間的變化 ， 它的穩壓值也隨著變化 ， 開始變化比較大 ， 隨時間的增加 ， 變化逐漸減少 ， 大約需要二個月左右才能穩定下來。 由硬件連接圖所示， X25045 芯片內包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統的監控時間。它們對微機系統的影響 ,最終是通過傳輸導線、地線等施加于微機控制系統，而大部分是以電壓的形式表現出來。兩路輸入信號中一路信號 (熱工儀表輸出的控制信號 )為標準的大電流信號 (4~20mA)，經 I/V轉換器 (精密電阻 )轉換成模擬電壓信號后送入 A/D 轉換器，通過內蒙古科技大學畢業設計說明書（畢業論文） 26 A/D 變換后送入單片機；另一路信號為 +5V的模擬信號，也送入 A/D 轉換器，通過 A/D變換后送