基于RS485網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì) 通信工程等專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 畢業(yè)論文

1、東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 摘要 摘要摘要 遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國(guó)防等諸領(lǐng)域中的應(yīng)用十分廣泛。 測(cè)控技術(shù)的現(xiàn)代化，已被公認(rèn)為科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。隨 著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和電子技術(shù)的飛速發(fā)展，在現(xiàn)代遠(yuǎn)程測(cè)控領(lǐng)域中，各先進(jìn) 的測(cè)控技術(shù)、測(cè)控設(shè)備和遠(yuǎn)程通信手段層出不窮。本文主要是介紹基于 rs-485 總線 的網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)由前端和后臺(tái)兩部分組成，前端包括溫度采集器和電機(jī)控 制器兩個(gè)模塊；而后臺(tái)則是基于 rs-485 總線由 pc 機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程測(cè)控。實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)程 溫度的檢測(cè)傳輸和電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制。整個(gè)系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、功能靈活 多樣、造價(jià)低廉等優(yōu)點(diǎn)，可

2、以應(yīng)用于多種場(chǎng)所的各種遠(yuǎn)程測(cè)量控制。 關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：rs-485 總線，溫度采集器，電機(jī)控制器，遠(yuǎn)程測(cè)控技術(shù)，pc 機(jī) 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) abstract abstractabstract the remote monitoring and control technology is applied widely in the modern science and technology, the industrial production and the national defense and in other various domains. the remote monitoring

3、 and control technology modernization has been recognized as the important condition and the clear indication of the science and technology and the production modernization. along with the incresing development of the computer technology, the communication and the electronic technology, in the moder

4、n remote monitoring and control domain there are all kinds of advanced monitoring and control technology and equipment and the long- distance means of communication. this article mainly intoduces bus network control system based on the rs-485,. the system is composed by front end and the backstage t

5、wo parts. front end includes temperature gathering and electrical machinery controller two modules; but the backstage carried on the remote monitoring and control based on the rs- 485 bus by pc machine. has realized is reversing the control to the long- distance temperature examination transmission

6、and the electrical machinery. the overall system has the structure simply, the reliability high, the function nimble diverse, the construction cost is inexpensive and so on the merit, may be supposed to use in the many kinds of places each kind of long-distance survey control. keykey words:words: rs

7、-485 bus, temperature gathering, electrical machinery controller, long-distance observation and control technology, pc machine 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒論 第一章第一章 緒論緒論 1.1 課題背景及研究意義 隨著我們的工業(yè)環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜，工程師們?cè)谧屵@些設(shè)備和環(huán)境越來(lái)越復(fù)雜的 同時(shí)，也不斷的努力讓它們?cè)絹?lái)越“簡(jiǎn)單”流線型的裝配、簡(jiǎn)單的人機(jī)交互。 正是他們對(duì)這個(gè)看似矛盾的理想的追求，才使我們今天出現(xiàn)了這么多的智能化設(shè)備。 上述這一切都離不開數(shù)據(jù)采集技術(shù)的發(fā)

8、展，它是實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互、狀態(tài)監(jiān)測(cè)、設(shè)備控 制的基礎(chǔ)。隨著電子工業(yè)的發(fā)展，尤其是 pc 的出現(xiàn)，大大的促進(jìn)了工業(yè)自動(dòng)化的程 度，現(xiàn)在越來(lái)越多的設(shè)備實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)控制和無(wú)人職守，而這一切又促進(jìn)了數(shù)據(jù)采集 技術(shù)的發(fā)展。在科學(xué)技術(shù)研究的各行各業(yè)中，常常利用 pc 或工控機(jī)對(duì)各種數(shù)據(jù)進(jìn)行 采集，如液位、溫度、壓力、頻率等。同時(shí)隨著計(jì)算機(jī)數(shù)字通信技術(shù)及信息技術(shù)的 發(fā)展，推動(dòng)了自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步；特別是近十年來(lái)興起的總線技術(shù)，是計(jì)算機(jī)數(shù)字 通信技術(shù)向工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的延伸，它的發(fā)展將促使自動(dòng)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生重大變革， 總線技術(shù)的一個(gè)顯著特點(diǎn)是其開放性，允許并鼓勵(lì)不同廠家按照總線技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，自 主開發(fā)具有特點(diǎn)及專有技術(shù)的產(chǎn)

9、品。依照總線技術(shù)規(guī)范，不同廠家產(chǎn)品可以方便完 成組態(tài)與集成，構(gòu)成面向行業(yè)、適合行業(yè)特點(diǎn)的自主控制系統(tǒng)。這一特點(diǎn)為更多的 自動(dòng)化產(chǎn)品制造商自主開發(fā)并推出自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的自動(dòng)化系統(tǒng)提供了可能。也為自 動(dòng)化系統(tǒng)集成商開發(fā)面向行業(yè)應(yīng)用的成套技術(shù)和自動(dòng)化系統(tǒng)提供了機(jī)會(huì)?？偩€技術(shù) 以其先進(jìn)性、實(shí)用性、可靠性、開放性的優(yōu)點(diǎn)，必然成為未來(lái)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展的主 流?；诂F(xiàn)在流行的智能化設(shè)備和近些年來(lái)興起的總線技術(shù)，我的設(shè)計(jì)課題是基于 rs-485 總線的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，研究的就是這方面的基本知識(shí)。 1.2 發(fā)展?fàn)顩r 從上個(gè)世紀(jì) 90 年代以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們的生產(chǎn)行為、生活方 式都發(fā)生了重大的變化，作為

10、生活生產(chǎn)中非常重要的一項(xiàng)技術(shù)即測(cè)控技術(shù)的重要性 正在逐漸被人們所認(rèn)識(shí)和重視。測(cè)控系統(tǒng)的演變，是一個(gè)從集中監(jiān)控向網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控的 發(fā)展歷史。早期的測(cè)控系統(tǒng)，采用大型儀表集中對(duì)各個(gè)重要設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行測(cè)控， 并通過(guò)操作盤來(lái)進(jìn)行集中式操作。而計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)是以監(jiān)測(cè)控制計(jì)算機(jī)為主體， 加上檢測(cè)裝置、執(zhí)行機(jī)構(gòu)與被監(jiān)測(cè)控制的對(duì)象(生產(chǎn)過(guò)程)共同構(gòu)成的整體。在該系 統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)過(guò)程的檢測(cè)、監(jiān)督和控制功能。在現(xiàn)代企業(yè)的生產(chǎn)和管理 中，大量的物理量、環(huán)境參數(shù)、工藝數(shù)據(jù)、特性參數(shù)需要進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)、監(jiān)督管理 和自動(dòng)控制。由于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程控制要求的高環(huán)境適應(yīng)性、高實(shí)時(shí)性、和高可靠性 等特點(diǎn)，自動(dòng)控制與檢測(cè)技術(shù)一直沿

11、著自己的道路發(fā)展，測(cè)控領(lǐng)域所使用的通信技 術(shù)都自成體系，許多通信協(xié)議不開放，而且大多數(shù)系統(tǒng)都是面向單臺(tái)，或單一類型 的設(shè)備。隨著生產(chǎn)力的進(jìn)步，設(shè)備的分布越來(lái)越離散單一的，各自獨(dú)立的測(cè)控系統(tǒng) 已不能適應(yīng)工業(yè)化的需求，于是便產(chǎn)生了分布式系統(tǒng)。這種系統(tǒng)以計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)為基 礎(chǔ)，使系統(tǒng)資源分配趨于合理。但是由于目前運(yùn)行的絕大多數(shù)分布式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還只 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第一章 緒論 是在局域網(wǎng)上，通常的測(cè)控僅局限于同一地點(diǎn)，所以具有一定的地域局限性。 internet 能實(shí)現(xiàn)資源的共享，從而使人們有能力解決以前在極有限的資源下很難解 決的問(wèn)題，為遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的發(fā)展提供了有利的條件。遠(yuǎn)程測(cè)控是本地計(jì)

12、算機(jī)通過(guò) 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如 internet/intranet，對(duì)遠(yuǎn)端進(jìn)行測(cè)控。 1.3 方案確定 對(duì)于遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)而言，一般有：應(yīng)用專線的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng) ，利用公用 電話網(wǎng)的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，采用 232/422/485 總線，現(xiàn)場(chǎng)總線的遠(yuǎn)程通信，采用光纖 通道的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)，基于 internet 的遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng) ，基于無(wú)線通信的遠(yuǎn)程測(cè)控 系統(tǒng)這六種方案，由此可以知道這個(gè)系統(tǒng)的發(fā)展正逐步走向多功能化，由于各 485 總線的接線少，成本低，通信距離長(zhǎng)，因此我的設(shè)計(jì)選擇了基于 rs485 總線遠(yuǎn)程測(cè) 控系統(tǒng)這個(gè)比較簡(jiǎn)單的方案。 1.4 方案任務(wù) 設(shè)計(jì)基于 rs-485 總線的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng),完成對(duì)遠(yuǎn)端

13、溫度的測(cè)量和對(duì)遠(yuǎn)端電機(jī)的 正反控制,有抗干擾的措施,保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽俊?（1）基于 rs-485 總線網(wǎng)絡(luò)的測(cè)控系統(tǒng)設(shè)計(jì) （2）測(cè)量溫度電路設(shè)計(jì) （3）報(bào)警電路設(shè)計(jì) （4）控制電機(jī)正反轉(zhuǎn)電路設(shè)計(jì) （5）串行通信電路設(shè)計(jì) 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 第二章第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1 本方案電路介紹 隨著串行通信的廣泛應(yīng)用，工業(yè)控制，數(shù)據(jù)通信等各方面都需要用到串行通信， 因此本設(shè)計(jì)的目的也就在于此，然而 rs-485 是美國(guó)電器工業(yè)聯(lián)合會(huì)制定的利用平衡 雙絞線作傳輸線的多點(diǎn)通訊標(biāo)準(zhǔn)，它采用差分信號(hào)進(jìn)行傳輸，最大傳輸距離可達(dá) 1.2km，最大可以連 32 個(gè)驅(qū)動(dòng)器和收發(fā)器

14、，接受器最小靈敏度可達(dá)到200mv，最大 傳輸速率可達(dá)到 2.5mb/s，因此 rs-485 正是高靈敏度，遠(yuǎn)距離，多點(diǎn)通訊制定的標(biāo) 準(zhǔn)，因此本次設(shè)計(jì)選用 rs-485 串行通信標(biāo)準(zhǔn)?；?rs-485 的測(cè)控系統(tǒng)，分為軟件 和硬件兩部分， 我設(shè)計(jì)的是硬件部分，在硬件方面主要包括前端和后臺(tái)部分。前端 包括溫度采集器部分，包括傳感器，放大器，a/d 轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)；電機(jī)控制器 部分，包括電動(dòng)機(jī)和單片機(jī)；后臺(tái)是監(jiān)控部分，包括 max485，rs232/485 轉(zhuǎn)換器和 pc 機(jī)。 2.1.1 原理描述 第一步完成溫度采集器的設(shè)計(jì)，它主要是由與被測(cè)控對(duì)象相匹配的傳感器，將 對(duì)象的狀態(tài)放大到合適放大

15、倍數(shù)的放大器，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的 a/d 轉(zhuǎn)換 器，和對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的單片機(jī)組成；第二步是完成電機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，它主要是 由電機(jī)和控制電機(jī)的單片機(jī)組成；第三步是完成測(cè)控端的設(shè)計(jì)，基于 rs-485 總線進(jìn) 行數(shù)據(jù)的傳輸，然后我們采用了 rs-232/485 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換傳送到 pc 機(jī)上， 實(shí)現(xiàn)了對(duì)遠(yuǎn)端溫度的測(cè)量和遠(yuǎn)端電機(jī)的控制。 2.1.2 思路介紹 我的總體設(shè)計(jì)思路是該系統(tǒng)分為兩分，第一部分是系統(tǒng)前端，該部分包括溫度 采集器和電機(jī)控制器兩部分。第二部分是系統(tǒng)后臺(tái)，該部分包括 rs-485 網(wǎng)絡(luò)， rs232/485 轉(zhuǎn)換器和 pc 機(jī)三部分。 溫度采集器設(shè)計(jì)了信號(hào)采集模塊，

16、數(shù)據(jù)處理模塊和數(shù)據(jù)傳輸模塊。信號(hào)采集模 塊是由模擬量輸入部分、通道開關(guān)部分、放大部分 3 部分組成，其中，模擬量輸入 部分是用了溫度傳感器 pt100，傳感器是將被測(cè)的非電物理量轉(zhuǎn)換為電量的一種裝 置，利用 pt100 的鉑電阻的阻值隨溫度變化這一原理進(jìn)行測(cè)量，然后通過(guò)電路設(shè)計(jì) 把電阻轉(zhuǎn)換成更加穩(wěn)定更好處理的電壓值進(jìn)入通道開關(guān)；通道開關(guān)部分是選擇了 cd4051bc 多路選擇開關(guān)，由于需要與溫度傳感器 pt100 相匹配所以選擇了多進(jìn)一出 的 cd4051bc 芯片，這種多路選擇開關(guān)是 3 輸入 8 通道的選擇實(shí)現(xiàn)對(duì)于輸入信號(hào)的選 擇；放大部分的放大倍數(shù)是由 pt100 溫度和阻值關(guān)系來(lái)確定的

17、，通過(guò)對(duì)所采集的電 壓信號(hào)進(jìn)行一定值的放大得到比較合適的電壓值進(jìn)入 a/d 轉(zhuǎn)換器。數(shù)據(jù)處理模塊是 由 a/d 轉(zhuǎn)換部分組成，其中 a/d 轉(zhuǎn)換部分是將所采到的模擬電壓值進(jìn)行 a/d 轉(zhuǎn)換成 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 為數(shù)字電壓值，這樣才能送進(jìn)單片機(jī)里進(jìn)行處理，這里我們選擇了 0809 芯片，該芯 片是一種逐次比較式 8 路模擬輸入，8 位數(shù)字量輸出的 ad 轉(zhuǎn)換器，可以和溫度傳 感器和單片機(jī)相匹配；數(shù)據(jù)傳輸模塊是由單片機(jī)部分，存儲(chǔ)器部分 2 部分組成，其 中單片機(jī)部分是硬件電路的核心，這部分是想用 c51 完成的，這里我選擇了的是型 號(hào)為 89c51 的單片機(jī)和 504

18、5 可編程看門狗監(jiān)控 e2prom 共同實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸，該部 分可以完成輸入通道的選擇、采集的數(shù)據(jù)的處理、報(bào)警的控制、傳輸?shù)脑O(shè)置，對(duì)波 特率的控制，和對(duì) pc 機(jī)的控制，另外為了更好的對(duì)遠(yuǎn)程溫度進(jìn)行測(cè)量我還設(shè)計(jì)了報(bào) 警顯示部分，其中針對(duì)所采信號(hào)超出溫度傳感器的報(bào)警上下限來(lái)設(shè)計(jì)的一個(gè)顯示模 塊，電機(jī)控制器是通過(guò)單片機(jī)來(lái)控制電機(jī)的正反轉(zhuǎn)。 整個(gè)系統(tǒng)用了單片機(jī) c51 語(yǔ)言進(jìn)行編寫，后臺(tái)用了 vb 編寫，實(shí)現(xiàn)了可視化。系 統(tǒng)前端和后臺(tái)是依據(jù) rs-485 標(biāo)準(zhǔn)來(lái)實(shí)現(xiàn)串行通信的，通信的協(xié)議用的是昌暉公司內(nèi) 部的協(xié)議。 最后本設(shè)計(jì)采用到的芯片有溫度傳感器 pt100，通道開關(guān)芯片 4051，放大器 lf

19、353，a/d 轉(zhuǎn)換芯片 0809，5045 可編程看門狗監(jiān)控 e2prom，傳輸芯片 max485,rs232/485 轉(zhuǎn)換器和 89c51 單片機(jī)。 2.1.3 實(shí)現(xiàn)方法 基于 rs-485 總線的網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)首先完成的是硬件電路原理圖的設(shè)計(jì)，硬件電 路板的設(shè)計(jì)，制板和焊接，然后在完成軟件程序的設(shè)計(jì)和調(diào)試。這樣便完成了整個(gè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 第三章第三章 硬件電路設(shè)計(jì)硬件電路設(shè)計(jì) 3.1 總體硬件結(jié)構(gòu)組成 pc機(jī) rs232/485轉(zhuǎn)換器 電機(jī) 控制 器2 溫度 采集 器3 電機(jī) 控制 器4 溫度 采集 器1 電機(jī) 控制 器n . rs-48

20、5網(wǎng)絡(luò) 后臺(tái) 前端 圖 3-1 rs-485 網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)硬件方框圖 3.2 單機(jī)版測(cè)控系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn) 溫度 采集 器 電機(jī) 控制 器 pc機(jī) rs232/485轉(zhuǎn) 換器 前端 后臺(tái) 圖 3-2 單機(jī)版測(cè)控系統(tǒng)硬件方框圖 3.3 前端系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 3.3.1 溫度采集器設(shè)計(jì) 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 溫度 傳感 器 通道 開關(guān) a/d轉(zhuǎn) 換器 單片 機(jī) 圖 3-3 溫度采集器模塊框圖 3.3.1.1 信號(hào)采集模塊 圖 3-4 信號(hào)采集電路 1.溫度傳感器 本設(shè)計(jì)所選用的溫度傳感器是 pt100。 那么 pt100 工作原理及其主要技術(shù)參數(shù)如下： pt100 傳感器是利用鉑

21、電阻的阻值隨溫度變化而變化、并呈一定函數(shù)關(guān)系的特 性來(lái)進(jìn)行測(cè)溫，其溫度/阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系為： （1）-200t0時(shí)，rpt100=1001+at+bt2+ct3（t-100） （1） （2）0t850時(shí)，rpt100=100（1+at+bt2） 式中，a=3.9080210-3；b=-5.8010-7；c=4.273510-12。pt100 溫度傳感器的 主要技術(shù)參數(shù)如下：測(cè)量范圍：-200+850；允許偏差值：a 級(jí) （0.150.002t） ， b 級(jí)（0.300.005t） ；熱響應(yīng)時(shí)間30s；最小置 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 入深度：熱 電阻的最小置入深度200m

22、m；允許通過(guò)的電流5ma。另外，pt100 溫度傳感器還 具有抗振動(dòng)、穩(wěn)定性好、準(zhǔn)確度高、耐高壓等優(yōu)點(diǎn)。 我們可以對(duì)照下表看。 表 3-1 pt100 鉑熱電阻分度表 t 0123456789 0100.0100.39100.78101.17101.56101.95102.34102.73103.12103.51 10103.90104.29104.68105.07105.46105.85106.24106.63107.02107.40 20107.79108.18108.57108.96109.35109.73110.12110.51110.90111.29 30111.67112.0611

23、2.45112.83113.22113.61114.00114.38114.77115.15 40115.54115.93116.31116.70117.08117.47117.86118.24118.63119.01 50119.40119.78120.17120.55120.94121.32121.71122.09122.47112.86 那么在這里，如圖 3-4 所示，pt100 的阻值范圍為 18.92390.48（）， vcc=+5v，在本試驗(yàn)為了方便實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集，我們是不可能采集電阻值，而需要采 集的是電壓值，因?yàn)殡妷褐蹈€(wěn)定更好處理，那么接下來(lái)關(guān)于該模塊電路圖的設(shè)計(jì) 我們可以這

24、樣想：由于 10k 遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于 390.48，因此可以形成一個(gè)類似于恒流源出來(lái) 的電流 i=u/r=5/10000=0.5ma，所以在這里選擇 10k,那么為什么要一個(gè)恒流源呢？ 是因?yàn)榇搜b置是需要把電阻轉(zhuǎn)換成電壓，在把電壓轉(zhuǎn)換到溫度，所以有一個(gè)恒流源 就可以使 u=r*i 的 u 和 r 成線形關(guān)系，這樣就便于轉(zhuǎn)換。由于鉑電阻的阻值比較小， 因此考慮到線阻是必要的，但是本次設(shè)計(jì)采用理想的狀態(tài)因此我們可以如下計(jì)算： 比如我們計(jì)算在 20的時(shí)候：從表中看到 pt100 的阻值為 107.79 那么 u=0.0005*107.79=0.05389v 這樣便可以得出通過(guò)溫度傳感器采得理想電壓值.那么接

25、下來(lái)之所以接的電阻阻值均 為 4.7k，是因?yàn)殡娏鲝?vcc 流出后會(huì)走 rtd1,rtd2.rtd3 然后流到地上，形成一個(gè) 回路，這過(guò)程中便可以采到三點(diǎn)的電壓值，由于限流的作用是為本實(shí)驗(yàn)的需要是只 采電壓值。因此選擇 4.7k 在這邊是因?yàn)?4.7k 的作用就是限流。 2.通道開關(guān) 本設(shè)計(jì)所選用的通道開關(guān)是 4051 芯片。 由于智能儀器在檢驗(yàn)和控制外部裝置狀態(tài)時(shí)，常常需要采用許多開關(guān)量作輸入 輸出信號(hào)。從原理上講，開關(guān)信號(hào)的輸入/輸出比較簡(jiǎn)單。這些信號(hào)只有開和關(guān)，通 和斷或者高電平和低電平兩種狀態(tài)，相當(dāng)于二進(jìn)制的 0 和 1。如果要控制某個(gè)執(zhí)行 器的工作狀態(tài)，只須輸出 0 和 1，即可接

26、通發(fā)光二極管，繼電器或無(wú)觸點(diǎn)開關(guān)的通/ 斷，以實(shí)現(xiàn)諸如閥門的開啟與關(guān)閉，超限聲光報(bào)警或電動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和停止。對(duì)以單 片機(jī)為核心的智能儀器而言，因其內(nèi)部已具有并行 i/o 端口，有時(shí)可以直接檢測(cè)和 接收外界的開關(guān)量信號(hào)，但外界的開關(guān)量信號(hào)的電平幅度必須與單片機(jī) i/o 接口的 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 信號(hào)電平相符合，若不符，必須對(duì)其進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換后，再輸入到單片機(jī)的 i/o 口上， 若要輸出控制外部功率較大的開關(guān)設(shè)備，則應(yīng)在輸出通道中設(shè)計(jì)功率放大電路，以 使輸出信號(hào)能驅(qū)動(dòng)這些設(shè)備。單片機(jī)處理開關(guān)量信號(hào)必須有信號(hào)輸入接口。其電氣 接口形式比較多，常見的有 ttl 電平，cm

27、os 電平，非標(biāo)準(zhǔn)電平，開關(guān)或繼電器的觸 點(diǎn)等。由于這些電平信號(hào)功率有限，加上外界還存在各種干擾和影響，這些電平一 般不能直接用來(lái)驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備，因此在開關(guān)量輸入輸出通道中須采用各種緩沖，放 大，隔離和驅(qū)動(dòng)電路等措施。 表 3-2 4051 真值表 inhcba4051 00000 00011 00102 00113 01004 01015 01106 01117 1*none 從真值表中可以看出6腳inh必須接地，這樣才會(huì)有選擇，如果abc取的值不同， 則可以決定取x0-x7中的任意一腳。因此4051芯片是通過(guò)地址線選擇通道，是多進(jìn)一 出的一種芯片，由于pt100鉑電阻的阻值比較小，我們是必要

28、考慮到線阻，這樣我們 的可以模擬線阻通道進(jìn)行測(cè)量，因此就有了多路模擬量輸入，具體的說(shuō)，針對(duì)本設(shè) 計(jì)是3路模擬量輸入，因此選擇了4051多路轉(zhuǎn)換開關(guān)。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 圖 3-5 4051 芯片引腳圖 3.放大器部分 本設(shè)計(jì)所選用的放大器是lf353同相比例放大器。 放大器是信號(hào)處理的基本電路，其作用是將微弱信號(hào)增強(qiáng)（放大）到所需的數(shù) 值。放大器是由半導(dǎo)體三極管，電阻，電容及電源等元器件構(gòu)成的二端口網(wǎng)絡(luò)，其 中輸入端接信號(hào)源，輸出端接負(fù)載。放大的含義有兩個(gè)，一方面是將微弱的電信號(hào) 增強(qiáng)到人們所需的數(shù)值，另一方面是要求放大后的波形與放大前的波形相同或基本 相同，

29、即不失真的要求。由于放大器的輸出功率有所增強(qiáng)，而增強(qiáng)的功率不是來(lái)自 于輸入端的信號(hào)源，而是來(lái)自電路中的直流電源，因此，放大的實(shí)質(zhì)是用較小的能 量來(lái)控制較大的能量。放大器的主要性能指標(biāo)： 增益是衡量放大器放大能力的參數(shù)，定義為輸出變化量的幅值與輸入變化量的 幅值之比（稱為放大倍數(shù)） 。輸入電阻和輸出電阻 放大器的輸入端要從信號(hào)源吸取 電流，吸取電流的大小表明了放大器對(duì)信號(hào)源的影響程度，因此放大器的輸入端呈 現(xiàn)出阻抗特性，其等效阻抗就是放大器的輸入阻抗，當(dāng)信號(hào)頻率不高不低時(shí)，輸入 電流與輸入電壓基本同相，可用輸入電阻表示，定義為 vi/ii=ri。ri 越大，放大器 從信號(hào)源吸取的電流越小，輸入端

30、所得的電壓 vi 越接近信號(hào)源電壓 vs，所以輸入 電阻是衡量放大器對(duì)信號(hào)源影響程度的參數(shù)。而輸出電阻 ro 越小，放大器帶負(fù)載前 后的輸出電壓相差越小，即放大器受負(fù)載影響的程度越小，所以輸出電阻是衡量放 大器帶負(fù)載能力的參數(shù)。理想放大器的 ri=無(wú)窮，ro=0 從信號(hào)的觀點(diǎn)講，運(yùn)算放大器有三個(gè)端子，即反相出入端 vn，同相輸入端 vp， 和輸出端 vo，所謂反相輸入端就是反相輸入端輸入（同相輸入端接地） ，則輸出信 號(hào)在相位上與輸入信號(hào)相位相反，那么同相輸入端就是同相輸入端輸入（反相輸入 端接地） ，則輸出信號(hào)在相位上也輸入信號(hào)相位相同。除了這三個(gè)端子還有兩個(gè)電源 端和頻率補(bǔ)償端和調(diào)零端.運(yùn)

31、算放大器最重要的特點(diǎn)就是對(duì) vp 和 vn 的差模分量 vid=vn-vp 有很強(qiáng)的放大能力，而共模分量 vic 卻很弱。一個(gè)理想運(yùn)算放大器的輸 出僅僅影響差模信號(hào).對(duì)于工作在線形區(qū)的理想運(yùn)放，利用它的理想?yún)?shù)可以導(dǎo)出下 面兩條重要法則：1，在線形區(qū)內(nèi)，由于 v0 為有限值，而 avo 趨于無(wú)窮，所以 vid=vn-vp=vo/avo 約為 0（vn 約=vp）即理想運(yùn)放兩端間的電壓為零，常稱為虛短。 2，由于 vid 約=0，而 ri 趨于無(wú)窮，所以運(yùn)放的輸入電流 ii=vid/ri 約為 0， ，即理 想運(yùn)放的兩輸入端不取用電流（但不是斷開） ，一般稱為虛斷。同相輸入端的放大比 為 1+r

32、f/r，也就是 u0=ui（1+rf/r） 反相輸入端的放大比為-rf/r，也就是u0=ui（-rf/r）. 如圖3-4所示，本設(shè)計(jì)中放大倍數(shù)=1+rf/r=1+120k/10k=13.此處的4.7k也是限流 的作用，為的是進(jìn)放大器的是電壓值，并且選用同相放大器，第一是因?yàn)樽杩贡容^ 大電流不容易流失，可以順利的放大。第二是因?yàn)槲以O(shè)計(jì)的電路的電壓值均為正值。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 3.3.1.2 數(shù)據(jù)處理模塊 圖3-6 溫度處理電路 1.a/d轉(zhuǎn)換器 本設(shè)計(jì)選用的a/d轉(zhuǎn)換器是adc0809芯片 用cpu處理模擬信號(hào)的前提就是將模擬信號(hào)數(shù)字化，即進(jìn)行a/d轉(zhuǎn)換,根據(jù)

33、檢測(cè)精 度 ：對(duì)于一臺(tái)具體的設(shè)備，其技術(shù)指標(biāo)中包含檢測(cè)精度指標(biāo)，通過(guò)這個(gè)指標(biāo)就可以 換算出所需設(shè)備的a/d轉(zhuǎn)換最低指標(biāo)，只要選擇轉(zhuǎn)換精度比最低指標(biāo)高一些的a/d器 件就可以滿足設(shè)計(jì)要求。通常精度和分辨率是不同的，受非線性誤差的影響，分辨 率高的精度不一定高，當(dāng)器件的非線性誤差控制在1位之內(nèi)時(shí)，a/d轉(zhuǎn)換器件用位數(shù) 所表示的分辨率與其轉(zhuǎn)換精度基本相同，習(xí)慣上就用位數(shù)來(lái)衡量其轉(zhuǎn)換精度。根據(jù) 采樣頻率：被檢測(cè)信號(hào)有其頻率特性，為獲取該信號(hào)的真實(shí)數(shù)據(jù)，采樣頻率至少要 超過(guò)信號(hào)上限頻率的2倍，由于工作原理和制造工藝的不同，a/d轉(zhuǎn)換器件的工作頻 率也不同。 那么下現(xiàn)我們就先來(lái)了解一下adc0809與51

34、 單片機(jī)的接口 1.adc0809 的邏輯結(jié)構(gòu) adc0809 是8位逐次逼近型a/d轉(zhuǎn)換器。它由一個(gè)8路模擬開關(guān)、一個(gè)地址鎖存譯碼器、 一個(gè)a/d 轉(zhuǎn)換器和一個(gè)三態(tài)輸出鎖存器組成。多路開關(guān)可選通8個(gè)模擬通道，允許8 路模擬量分時(shí)輸入，共用a/d 轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。三態(tài)輸出鎖器用于鎖存a/d 轉(zhuǎn)換完 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 的數(shù)字量，當(dāng)oe 端為高電平時(shí)，才可以從三態(tài)輸出鎖存器取走轉(zhuǎn)換完的數(shù)據(jù)。 圖 3-7 adc0809 結(jié)構(gòu)圖 2.adc0809 的工作原理 in0in7：8 條模擬量輸入通道 adc0809 對(duì)輸入模擬量要求：信號(hào)單極性，電壓范圍是05v，若信號(hào)

35、太小，必 須進(jìn)行放大；輸入的模擬量在轉(zhuǎn)換過(guò)程中應(yīng)該保持不變，如若模擬量變化太快，則 需在輸入前增加采樣保持電路。 輸入和控制線：4條ale 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。當(dāng)ale線為高電平 時(shí)，地址鎖存與譯碼器將a， b，c 三條地址線的地址信號(hào)進(jìn)行鎖存，經(jīng)譯碼后被選 中的通道的模擬量進(jìn)入轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。a，b 和c 為地址輸入線，用于選通 in0in7 上 的一路模擬量輸入。 表3-3 acd0809通道選擇表 cba 選擇的通道 000in0 001in1 010in2 011in3 100in4 101in5 110in6 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 111i

36、n7 數(shù)字量輸出及控制線：11 條st 為轉(zhuǎn)換啟動(dòng)信號(hào)。當(dāng)st 上跳沿時(shí)，所有內(nèi)部寄存器 清零；下跳沿時(shí)，開始進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換；在轉(zhuǎn)換期間，st 應(yīng)保持低電平。eoc 為轉(zhuǎn)換 結(jié)束信號(hào)。當(dāng)eoc 為高電平時(shí)，表明轉(zhuǎn)換結(jié)束；否則，表明正在進(jìn)行a/d 轉(zhuǎn)換。oe 為輸出允許信號(hào)，用于控制三條輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。oe1， 輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)；oe0，輸出數(shù)據(jù)線呈高阻狀態(tài)。d7d0 為數(shù)字量輸出線。 因adc0809的內(nèi)部沒有時(shí)鐘電路，所需時(shí)鐘信號(hào)必須由外界提供，adc0809的時(shí)鐘信 號(hào)由clock端送入，其最高頻率為640mhz，在這個(gè)最高頻率下adc0809的ad轉(zhuǎn)換時(shí) 間為1

37、00us左右。當(dāng)adc0809用于at89c51單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)，若at89c51采用6mhz的晶振， 則adc0809的時(shí)鐘信號(hào)可以由at89c51的ale經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻電路獲取。這時(shí)adc0809 的時(shí)鐘頻率為500khz，ad轉(zhuǎn)換時(shí)間為130us。 3.adc0809 應(yīng)用說(shuō)明 a.adc0809 內(nèi)部帶有輸出鎖存器，可以與at89s51 單片機(jī)直接相連。 b.初始化時(shí)，使st 和oe信號(hào)全為低電平。 c.送要轉(zhuǎn)換的哪一通道的地址到a，b，c 端口上。 d.在st 端給出一個(gè)至少有100ns 寬的正脈沖信號(hào)。 e.是否轉(zhuǎn)換完畢，我們根據(jù)eoc 信號(hào)來(lái)判斷。 f.當(dāng)eoc變?yōu)楦唠娖綍r(shí)，這時(shí)給o

38、e 為高電平，轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)就輸出給單片機(jī)了。 4.單片機(jī)讀取ad轉(zhuǎn)換結(jié)果的方法有三種 (1)延遲法單片機(jī)啟動(dòng)adc0809后，延時(shí)130us以上，可以讀到正確的ad轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (2)查詢法eoc必須接到at89c51的一條io線上。單片機(jī)啟動(dòng)adc0809后，延遲 10us，檢測(cè)eoc，若eoc=0則 ad轉(zhuǎn)換沒有結(jié)束，繼續(xù)檢測(cè)eoc直到eoc=1。當(dāng)eoc=1時(shí)，ad轉(zhuǎn)換已經(jīng)結(jié)束，單片 機(jī)讀取ad轉(zhuǎn)換結(jié)果。 (3)中斷法eoc必須經(jīng)過(guò)非門接到at89c51的中斷請(qǐng)求輸入線int0或int1上，at89c51 的中斷觸發(fā)方式為下降沿觸發(fā)。單片機(jī)啟動(dòng)ad轉(zhuǎn)換后可以做其它工作，當(dāng)ad轉(zhuǎn) 換結(jié)束時(shí)，e

39、oc由o一1經(jīng)過(guò)非門傳到int端，at89c51收到中斷請(qǐng)求信號(hào)，若at89c51 開著中斷，則進(jìn)入中斷服務(wù)程序，在中斷服務(wù)程序中單片機(jī)讀取ad轉(zhuǎn)換的結(jié)果。 本設(shè)計(jì)是采用中斷法讀取a/d轉(zhuǎn)換結(jié)果，因此在電路中0809芯片的eoc端接到非 門在傳到int端。圖3-6中為典型的adc0809與89c51的中斷方式接口。 在本設(shè)計(jì)中由于pt100的精度是1，我們所考慮的溫度范圍是0-200，因此我 們選用8位a/d轉(zhuǎn)換器。這樣可以和溫度傳感器相匹配，假設(shè)0809的基準(zhǔn)電壓為0- 5v，則如果室內(nèi)溫度為20，則我們把放大倍數(shù)設(shè)為92倍，這樣可以把電壓放大到 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電

40、路設(shè)計(jì) 2.5v，通過(guò)0809之后便可以得到數(shù)字量80h，那么依據(jù)這種方法我們?cè)O(shè)定了同相比例 放大器的放大倍數(shù)，使得整個(gè)系統(tǒng)正常的運(yùn)行。 3.3.1.3 數(shù)據(jù)傳輸模塊 圖 3-8 數(shù)據(jù)傳輸電路 1.看門狗部分 本設(shè)計(jì)選用的是 5045 看門狗芯片。 可編程看門狗監(jiān)控 e2prom5045 芯片介紹： 圖 3-9 5045 結(jié)構(gòu)圖 x5045 把三種常用的功能：看門狗定時(shí)器，電壓監(jiān)控和 e2prom 組合在單個(gè)封裝 之內(nèi)，這種組合降低了系統(tǒng)成本并減少了對(duì)電路板空間的要求?？撮T狗定時(shí)器對(duì)微 控制器提供了獨(dú)立的保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)系統(tǒng)故障時(shí)，在可選的超時(shí)周期之后，x5045 看 門狗將以 reset 信號(hào)作

41、出響應(yīng)，用戶可從三個(gè)預(yù)置的值中選擇此周期 一旦選定，即使在電源周期變化之后，此周期也不變。利用 x5045 低 vcc 檢測(cè) 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 電路，可以保護(hù)系統(tǒng)使之免受低電壓狀況的影響。當(dāng) vcc 降低到最小 vcc 轉(zhuǎn)換點(diǎn) 以下時(shí)，系統(tǒng)復(fù)位。復(fù)位一直確保到 vcc 返回且穩(wěn)定為止。x5045 的存貯器部分 是 cmos 的 4096 位串行 e2prom，它的內(nèi)部按 512*8 來(lái)組織。x5045 的特點(diǎn)是具 有允許簡(jiǎn)單的三線總線工作的串行外設(shè)接口（serialperpheral interface spi）和軟件協(xié)議。x4054 利用了icor 公司專有

42、的 direct write 晶片，提供最 少為 100000 次的使用期限和最小為 100 年的數(shù)據(jù)保存期。 表 3-4 5045 引腳介紹 可編程的看門狗定時(shí)器的特點(diǎn)，低 vcc 檢測(cè)，直至 vcc=1v 復(fù)位信號(hào)有效，1mhz 時(shí)鐘速率，512*8 位串行 e2prom，低功耗 cmos，10ua 等待電流，3ma 工作電流， 2.7-5.5v 電源電壓，塊鎖存，片內(nèi)偶然性寫保護(hù)，高可靠性。如圖 3-8 在這里我們 選擇 5045 是因?yàn)?5045 具有自動(dòng)復(fù)位功能，而且 5045 的看門狗功能也是很好的. 并 且也可以存放一些編程所需的臨時(shí)變量。 2.單片機(jī)部分 本設(shè)計(jì)選用的 cpu

43、是 at89c51 型號(hào)的單片機(jī). a)晶振部分 為了各功能部件的運(yùn)行，單片機(jī)都是以時(shí)鐘控制信號(hào)為基準(zhǔn)的，因此時(shí)鐘頻率 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 也就直接影響了單片機(jī)的速度，時(shí)鐘電路的質(zhì)量也直接影響了單片機(jī)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。 時(shí)鐘電路一般有兩種，一種是內(nèi)部時(shí)鐘方式，一種是外部時(shí)鐘方式。由于本設(shè)計(jì)只 有一片mcs-51單片機(jī)，所以我們選用內(nèi)部時(shí)鐘方式。下面我們介紹一下內(nèi)部時(shí)鐘方 式的工作原理。首先mcs-51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器， 該高增益反相放大器的輸入端為芯片引腳的xtal1，輸出端為引腳的xtal2，這兩個(gè) 引腳跨越接石英晶體振蕩器和微調(diào)電

44、路這就構(gòu)成了一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。 2個(gè)時(shí) 鐘引腳xtal1,xtal2外接晶體與片內(nèi)的反相放大器構(gòu)成1個(gè)振蕩器，它為單片機(jī)提供 時(shí)鐘控制信號(hào)。2個(gè)時(shí)鐘引腳也可以外接獨(dú)立的晶體振蕩器。(1)xtal1：接外部晶體 的1個(gè)引腳，該引腳內(nèi)部是一個(gè)反相放大器的輸入端。這個(gè)反相放大器構(gòu)成了片內(nèi)振 蕩器。如果采用外接晶體振蕩器時(shí)，此引腳接地。（2）xtal2:接外部晶體的另一端， 此引腳內(nèi)部接至內(nèi)部反相放大器的輸出端。若采用外部時(shí)鐘振蕩器時(shí)，該引腳接收 時(shí)鐘振蕩器的信號(hào)，即把此信號(hào)直接接到內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生器的輸入端。為了對(duì)整個(gè)系 統(tǒng)更加穩(wěn)定，通常電路中選擇的是30pfd的電容，此處的電容是為了抗干擾。然后再

45、 通過(guò)d觸發(fā)器4024分頻，這樣便可以得到a/d轉(zhuǎn)換器所需要的頻率， 。但為了串行通信 波特率的設(shè)定，所以選用的是11.0592mhz 3.3.2 電機(jī)控制器 1、電動(dòng)機(jī)正、反轉(zhuǎn)控制：可以采用繼電器控制，通過(guò)開關(guān)切換對(duì)小車的速度進(jìn) 行調(diào)節(jié)，但繼電器響應(yīng)時(shí)間慢，機(jī)械接觸易損壞，可靠性不好?？梢圆捎脝纹瑱C(jī)控 制達(dá)林頓管使之工作在 pwm 占空比可調(diào)的開關(guān)狀態(tài)，調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。 達(dá)林頓管 采用 tip132，控制電流可達(dá) 8a。q3、q4、q5、q6 為達(dá)林頓管，如圖 3-10 當(dāng) ug1 為 高電平、ug2 為低電平時(shí)，q3、q6 導(dǎo)通，q4、q5 截止，電動(dòng)機(jī)正轉(zhuǎn)。當(dāng) ug1 為低電 平、ug

46、2 為高電平時(shí)，q4、q5 導(dǎo)通，q3、q6 截止，電動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)。ug1、ug2 采用 200hz 的周期信號(hào)控制，通過(guò)對(duì)信號(hào)的占空比的調(diào)節(jié)來(lái)對(duì)車速進(jìn)行調(diào)節(jié)。這樣，假 設(shè)控制信號(hào)最小脈寬為 0.2ms，則速度可分 25 檔控制。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 圖 3-10 電動(dòng)機(jī)電路 3.4 后臺(tái)系統(tǒng)電路設(shè)計(jì) 單片機(jī) max 485 rs232/ 485轉(zhuǎn) 換器 pc機(jī) 光電隔離 rs-485總線 圖 3-11 后臺(tái)模塊框圖 圖3-12 rs-485總線電路 3.4.1 rs-485網(wǎng)絡(luò) 計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊 二種方式。由于串

47、行通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時(shí)，避 免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。在串行通訊時(shí)，要求通訊雙方都采用一 個(gè)標(biāo) 準(zhǔn)接口，使不同的設(shè)備可以方便地連接起來(lái)進(jìn)行通訊。串行數(shù)據(jù)傳輸接口rs- 232/422/485，rs-232接口標(biāo)準(zhǔn)是eia廣泛使用的標(biāo)準(zhǔn)，它有許多種不同的版本，例 如rs-232-c，rs-232-d，rs-232-e等。rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)是20世紀(jì)60年代為了利用電話 網(wǎng)絡(luò)作為媒介，通過(guò)調(diào)制解調(diào)器把不同距離范圍內(nèi)的設(shè)備相互連接在一起而制定的。 由于當(dāng)時(shí)主要采用電話線串行連接實(shí)現(xiàn)距離遠(yuǎn)訪問(wèn)，這使得rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)在終端和 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）

48、 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 計(jì)算機(jī)中被廣泛采用。它的全名是數(shù)據(jù)終端設(shè)備（dte）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（dce）之 間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn),該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的db25連接器， 對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。一般只 使用3-9 條引線。rs-232-c最常用的9條引線的信號(hào)內(nèi)容見表3-4 表3-4 引腳序號(hào) 信號(hào)名稱 符號(hào) 流向 功能 2 發(fā)送數(shù)據(jù) txd dtedcedte 發(fā)送串行數(shù)據(jù) 3 接收數(shù)據(jù) rxd dtedcedte 接收串行數(shù)據(jù) 4 請(qǐng)求發(fā)送 rts dtedcedte 請(qǐng)求dce將線路切 換到發(fā)送方式 5 允許發(fā)送 cts dtedc

49、edce 告訴dte線路已接通 可以發(fā)送數(shù)據(jù) 6 數(shù)據(jù)設(shè)備準(zhǔn)備好 dsr dtedcedce 準(zhǔn)備好 7 信號(hào)地信號(hào) 公共地 8 載波檢測(cè) dcd dtedce 表示dce接收到遠(yuǎn) 程載波 20 數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備好 dtr dtedce dte準(zhǔn)備好 22 振鈴指示 ri dtedce 表示dce與線路接 通,出現(xiàn)振鈴 一些設(shè)備與pc機(jī)連接的rs-232-c接口,因?yàn)椴皇褂脤?duì)方的傳送控制信號(hào),只需三 條接口線,即發(fā)送數(shù)據(jù)、接收數(shù)據(jù)和信號(hào)地。所以采用db-9的9芯插頭座，傳 輸線采用屏蔽雙絞線。rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)的電器特性是定義了邏輯“1”和邏輯“0”的 最高和最低電壓，邏輯“1”是從-3v到-2

50、5v，通常為-12v；邏輯“0”從3v到25v， 通常為12v；而-3v到3v之間的任何電壓都處于未定義的邏輯狀態(tài)。如果線路上沒有 脈沖則電壓應(yīng)維持在邏輯電平-12v。接收端的0v電壓將被釋放為線路中斷或短路。 為了避免通信線路上的噪聲干擾，rs-232-c的信號(hào)需要大的電壓擺幅。由于發(fā)送器 和接受器之間具有公共的信號(hào)地，不可能使用雙端信號(hào)，從而導(dǎo)致共模噪聲會(huì)固有 的耦合到信號(hào)傳輸系統(tǒng)中經(jīng)濟(jì)，除非共模信號(hào)能夠被清除。ttl電平在邏輯“0” （0.8v或更低）和邏輯“1” （2.0v或更高）之間的電壓至少大于1.2v，這樣大約 0.5v的噪聲電壓就可能將信號(hào)改變，由此可見ttl電平太容易受干擾的

51、影響，不適合 于長(zhǎng)距離信號(hào)傳輸。而在使用電動(dòng)機(jī)，復(fù)印機(jī)，打印機(jī)以及類似的設(shè)備的場(chǎng)合下， 共模噪聲容易達(dá)到幾伏電壓，迫使rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)采用較高傳送電壓的主要原因就是 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 公共信號(hào)地，但即使采用這樣的高的電壓，rs-232-c標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)頻率也只能達(dá)到 20khz，最大距離也只有30m，因此在這個(gè)距離以內(nèi)信號(hào)才能安全地連起來(lái)。不僅如 此，rs232接口標(biāo)準(zhǔn)是一種廣泛的普及標(biāo)準(zhǔn)但此標(biāo)準(zhǔn)推出較早，在現(xiàn)代金融，保險(xiǎn)， 電信，電子化網(wǎng)絡(luò)已暴露出明顯的問(wèn)題。一是：兩串口設(shè)備間收發(fā)信號(hào)不隔離，經(jīng) 過(guò)較長(zhǎng)電纜，且直接連一起，能有一發(fā)送器發(fā)送。半雙工方式，主從只

52、能一個(gè)發(fā)。 全雙工方式，主站總可發(fā)送，從站只能有一個(gè)發(fā)送。我們?cè)谶@里選擇使用485標(biāo)準(zhǔn)通 信。這也是本設(shè)計(jì)系統(tǒng)立題的依據(jù)。本設(shè)計(jì)我們選用了max485芯片。 3.4.2 max485芯片 max485 接口芯片是 maxim 公司的一種 rs485 芯片。 采用單一電源+5v 工作，額定電流為 300 a，采用半雙工通訊方式。它完成將 ttl 電平轉(zhuǎn)換為 rs485 電平的功能。max485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單,內(nèi)部含 有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器。ro 和 di 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單 片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的 rxd 和 txd 相連即可；/re 和 de 端分別為

53、接收和發(fā) 送的使能端，當(dāng)/re 為邏輯 0 時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) de 為邏輯 1 時(shí)，器件處于 發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)?max485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩 個(gè)引腳即可；a 端和 b 端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端,當(dāng) a 引腳的電平高于 b 時(shí)， 代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) a 的電平低于 b 端時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。在與單片機(jī)連 接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單。只需要一個(gè)信號(hào)控制 max485 的接收和發(fā)送即可。同時(shí)將 a 和 b 端之間加匹配電阻，一般可選 100 的電阻 3.4.3 rs232/485轉(zhuǎn)換器 通常pc機(jī)都配有rs-232串行標(biāo)準(zhǔn)接口，這樣max485芯片

54、電平和pc機(jī)電平就是不 同的，因此需要用一個(gè)rs232/485轉(zhuǎn)換器，把rs-232接口轉(zhuǎn)換為rs-485接口，實(shí)現(xiàn)依 據(jù)rs-485標(biāo)準(zhǔn)的遠(yuǎn)程通信。 3.4.4 抗干擾設(shè)計(jì) 抗干擾設(shè)計(jì)為了防止打雷之類的意外事件發(fā)生，我們?cè)趥鬏數(shù)牟糠旨尤肓斯怆?隔離器， 用光隔的作用是光隔后的地和其他所有的地接的不同是為了實(shí)現(xiàn)光隔的目 的，實(shí)現(xiàn)如果上位機(jī)接在外面可以防雷擊，即使雷擊了也影響不了整個(gè)電路的功能 實(shí)現(xiàn) 3.5 多機(jī)通信的實(shí)現(xiàn) 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) pc機(jī) 串行通信接口 電機(jī) 控制 器2 溫度 采集 器3 電機(jī) 控制 器4 溫度 采集 器1 電機(jī) 控制 器n . rs-

55、485網(wǎng)絡(luò) 圖 3-13 多機(jī)通信方框圖 將一臺(tái) pc 機(jī)和若干個(gè)單片機(jī)構(gòu)成小型分布式測(cè)控系統(tǒng)，是目前單片機(jī)應(yīng)用的一大趨 勢(shì) 圖 3-14 波盤開關(guān)接口圖 3.5.1 撥盤開關(guān)部分 在某些單片機(jī)系統(tǒng)中，有時(shí)需要輸入一些控制參數(shù)，這些參數(shù)一經(jīng)設(shè)定將維持 不變，除非給系統(tǒng)斷電后重新設(shè)定。這時(shí)使用數(shù)字撥盤既簡(jiǎn)單直觀，又方便可靠 撥盤種類很多，但使用最方便的撥盤是十進(jìn)制輸入，bcd 碼輸出的 bcd 碼撥盤。這 種撥盤的每片撥盤具有 09 十個(gè)位置，每個(gè)位置都有相應(yīng)的數(shù)字顯示，代表?yè)鼙P輸 入的十進(jìn)制數(shù)，因此，每片撥盤可以代表 1 位十進(jìn)制數(shù)，需要幾位十進(jìn)制數(shù)就選擇 幾片 bcd 碼撥盤拼接。bcd 碼

56、撥盤后面有 5 個(gè)接點(diǎn)，其中 a 為輸入控制線，另外 4 根是 bcd 碼輸入線。撥盤撥到不同的位置時(shí)，輸入控制線 a 分別與 4 根 bcd 碼輸出 線中的 某根或某幾根接通，其接通的 bcd 碼輸出線狀態(tài)正好與撥盤指示的十進(jìn)制數(shù) 相一致。單片 bcd 碼撥盤可以與任何 1 個(gè) 4 位的 i/o 口或擴(kuò)展的 i/o 口相連，以輸 入 bcd 碼，a 端接+5v。為了使輸出端在不與控制端 a 相連時(shí)有確定的電平，常將 8.4.2.1 輸入端通過(guò)電阻拉低。控制端 a 接+5v，當(dāng)撥盤撥至某輸入十進(jìn)制數(shù)時(shí)，相 應(yīng)的 8.4.2.1 有效端輸出高電平， （4.2 端為有效端） ，無(wú)效端為低電平。這時(shí)

57、撥盤 輸出的 bcd 碼為正邏輯（原碼） 。如果控制端 a 接地，8.4.2.1 輸入端通過(guò)電阻上拉 至高電平時(shí)，撥盤輸出的 bcd 碼為負(fù)邏輯（反碼） 。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第三章 硬件電路設(shè)計(jì) 如圖 3-14，在本設(shè)計(jì)中撥盤開關(guān)和上拉電阻設(shè)置的原因是為了完全由軟件設(shè)置波特 率和設(shè)備號(hào)，可以直觀的從硬件電路上面設(shè)置，選擇 1，2，3 腳為設(shè)置波特率的腳， 這樣就有 8 種波特率，300，600，1200，2400，4800，9600 等，因?yàn)楣怦钅沁叺淖?大速率只能是 10k，因此 9600 也就差不多了，那么如果撥盤開關(guān)的第一個(gè)開關(guān)畢和 開啟會(huì)有不同的結(jié)果，出現(xiàn) 01 的結(jié)果，

58、這樣便可以調(diào)節(jié)不同的選擇，其余的 4，5，6，7，8 均設(shè)置為接設(shè)備號(hào)的。此處的只要設(shè)置是通過(guò)軟件設(shè)置八位的狀態(tài) 來(lái)決定使用什么波特率和哪幾臺(tái)設(shè)備一起執(zhí)行操作，通過(guò)人手動(dòng)的設(shè)置來(lái)選擇想要 的波特率和設(shè)備號(hào)。這樣可以實(shí)現(xiàn)多種速率，多機(jī)通信。 3.6 電源部分 小功率直流電源，一般由變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓電路四部分組成。其工作 過(guò)程是：首先由變壓器將 220v 的交流電壓變換為所需要的交流電壓值，然后利用二 極管單向?qū)щ娦詫⒔涣麟妷赫鞒蔀閱雾?xiàng)脈沖的直流電壓。再通過(guò)電容或電感等儲(chǔ) 能元件組成的濾波電路減小其脈沖成分，從而得到比較平滑的直流電壓，經(jīng)過(guò)整流， 濾波后得到的直流電壓易受電網(wǎng)波動(dòng)及負(fù)載變

59、化的影響，必須加穩(wěn)壓電路，利用負(fù) 反饋等措施維持輸出直流電壓穩(wěn)定。 本設(shè)計(jì)中用到的大部分是+5v 電源和地，只是電動(dòng)機(jī)部分用到的是 18v，因此在 此就沒有直接設(shè)計(jì)電源，為了測(cè)試需要直接用到了實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的電源。 東華理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第四章 調(diào)試與改進(jìn) 第四章第四章 調(diào)試與改進(jìn)調(diào)試與改進(jìn) 在硬件部分和軟件部分都完成之后，要進(jìn)行整體調(diào)試。將程序燒進(jìn)單片機(jī)后， 對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行上電調(diào)試。 在調(diào)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)了幾個(gè)問(wèn)題，下面將對(duì)其進(jìn)行說(shuō)明。 1、在將電源打開后，發(fā)現(xiàn)芯片 a/d 轉(zhuǎn)換器的芯片 0809 熱得厲害。在對(duì)電路原理圖 和電路板檢查后發(fā)現(xiàn)，芯片的位置竟然接反了，這是個(gè)很低級(jí)的錯(cuò)誤，由于粗心

60、大 意而造成的。再把芯片正確接后，故障排除。 2、在打開界面后，運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)無(wú)法通訊。檢查后，發(fā)現(xiàn)波特率撥盤與 pc 機(jī)設(shè)置的 波特率不對(duì)應(yīng)。當(dāng)然無(wú)法通訊。由于本系統(tǒng)采用的手動(dòng)的撥盤與軟件共同設(shè)置傳輸 波特率，所以在硬件設(shè)置的是要特別注意波特率撥盤一定要與軟件的選擇相對(duì)應(yīng)， 這樣才能保證通訊正常。 3、波特率撥盤置好后，發(fā)現(xiàn)仍然無(wú)法正常通訊。在問(wèn)過(guò)指導(dǎo)老師后，了解到原來(lái)是 由于將 485 和 202 兩個(gè)芯片都是用了，系統(tǒng)無(wú)法進(jìn)行芯片選擇，所以無(wú)法通訊。解 決的方法就是將兩個(gè)芯片中的任意一個(gè)拔掉，既可以實(shí)現(xiàn)通訊正常。由于本系統(tǒng)是 基于 rs-485 所做，所以將芯片 202 拔掉。重新開機(jī)，通訊