西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書范本

1、西華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書 目 錄摘要 11 前言 12 室溫控制系統(tǒng)的概述 13 室溫控制系統(tǒng)方案的選擇 1 3.1 單片機(jī)的選擇 1 3.2 溫度傳感器的選擇 1 3.3 顯示器的選擇 2 3.4 通信協(xié)議的選擇 24 室溫控制系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì) 2 4.1 采集終端電路設(shè)計(jì) 3 4.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 3 4.1.2 溫度傳感器電路 4 4.1.3 顯示電路 4 4.1.4 按鍵接口電路電路 4 4.1.5 溫度控制電路 4 4.1.6 串口通信電路 4 4.2 控制終端電路設(shè)計(jì) 4 4.2.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 3 4.2.2 顯示電路 4 4.2.3 按鍵接口電路電路 4 4.

2、2.4 串口通信電路 45 室溫控制系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì) 5 5.1 采集終端軟件設(shè)計(jì) 3 5.1.1 溫度檢測(cè)程序 3 5.1.2 溫度預(yù)設(shè)程序 4 5.1.3 溫度顯示程序 4 5.1.4 溫度控制程序 4 5.1.5 串口通信程序 4 5.2 控制終端軟件設(shè)計(jì) 3 5.2.1 溫度顯示程序 3 5.2.2 溫度預(yù)設(shè)程序 4 5.2.3 溫度查詢程序 4 5.2.4 串口通信程序 4結(jié)論 6總結(jié)與體會(huì) 6致謝詞 6參考文獻(xiàn) 6附錄A 使用說明書 6附錄B 系統(tǒng)原理圖 6附錄C 系統(tǒng)仿真圖 6附錄D 系統(tǒng)相關(guān)程序 6摘 要本設(shè)計(jì)以AT89S51單片機(jī)為核心的溫度控制系統(tǒng)的工作原理和設(shè)計(jì)方法。溫度信

3、號(hào)由溫度芯片DS18B20采集，并以數(shù)字信號(hào)的方式傳送給單片機(jī)。文中介紹了該控制系統(tǒng)的硬件部分，包括：溫度檢測(cè)電路、溫度控制電路、PC機(jī)與單片機(jī)串口通訊電路和一些接口電路 。單片機(jī)通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)處理，從而實(shí)現(xiàn)溫度控制的目的。文中還著重介紹了軟件設(shè)計(jì)部分，在這里采用模塊化結(jié)構(gòu)，主要模塊有：數(shù)碼管顯示程序、鍵盤掃描及按鍵處理程序、溫度信號(hào)處理程序、繼電器控制程序、超溫報(bào)警程序?！娟P(guān)鍵詞】AT89S51單片機(jī) DS18B20溫度芯片 溫度控制 串口通訊AbstractThis design take at89S51 monolithic integrated circuit as core te

4、mperature control system's principle of work and design method. The temperature signal by the temperature chip DS18B20 gathering, and transmits by digital signal's way for the monolithic integrated circuit. In the article introduced this control system's hardware part, including: Tempera

5、ture examination electric circuit, temperature-control circuit, PC machine and monolithic integrated circuit serial port communication channel and some interface circuit. The monolithic integrated circuit through carries on corresponding processing to the signal, thus realizes the temperature contro

6、l goal. In the article also emphatically introduced the software design part, uses the modular structure in here, the main module includes: Nixietube display sequence, keyboard scanning and pressed key disposal procedure, temperature signal processing procedure, black-white control procedure, excess

7、 temperature warning procedure.【Key words】AT89S51 Monolithic Integrated Circuit ；DS18B20 Temperature Chip；Temperature Control；Serial Port Communication1前言工業(yè)控制是計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)正是為了適應(yīng)這一領(lǐng)域的需要而發(fā)展起來的一門專業(yè)技術(shù)，它主要研究如何將計(jì)算機(jī)技術(shù)、通過信息技術(shù)和自動(dòng)控制理論應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過程，并設(shè)計(jì)出所需要的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)。隨著微機(jī)測(cè)量和控制技術(shù)的迅速發(fā)展與廣泛應(yīng)用，以單片機(jī)為核心的溫度采集與控制系統(tǒng)的研發(fā)

8、與應(yīng)用在很大程度上提高了生產(chǎn)生活中對(duì)溫度的控制水平。本設(shè)計(jì)就是基于單片機(jī)STC89C52溫度控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，通過本次課程實(shí)踐，我們更加的明確了單片機(jī)的廣泛用途和使用方法，以及其工作的原理。2室溫控制系統(tǒng)的概述 室溫控制系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域 ,如家電、汽車、材料、電力電子等 ,常用的控制電路根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合和所要求的性能指標(biāo)有所不同 , 在工業(yè)企業(yè)中,如何提高溫度控制對(duì)象的運(yùn)行性能一直以來都是控制人員和現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員努力解決的問題。這類控制對(duì)象慣性大,滯后現(xiàn)象嚴(yán)重,存在很多不確定的因素,難以建立精確的數(shù)學(xué)模型,從而導(dǎo)致控制系統(tǒng)性能不佳,甚至出現(xiàn)控制不穩(wěn)定、失控現(xiàn)象。傳統(tǒng)的繼電器調(diào)溫電路簡(jiǎn)單

9、實(shí)用 ,但由于繼電器動(dòng)作頻繁 ,可能會(huì)因觸點(diǎn)不良而影響正常工作?？刂祁I(lǐng)域還大量采用傳統(tǒng)的PID控制方式,但PID控制對(duì)象的模型難以建立,并且當(dāng)擾動(dòng)因素不明確時(shí),參數(shù)調(diào)整不便仍是普遍存在的問題。而采用數(shù)字溫度傳感器DS18B20，因其內(nèi)部集成了A/D轉(zhuǎn)換器，使得電路結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單，而且減少了溫度測(cè)量轉(zhuǎn)換時(shí)的精度損失，使得測(cè)量溫度更加精確。數(shù)字溫度傳感器DS18B20只用一個(gè)引腳即可與單片機(jī)進(jìn)行通信，大大減少了接線的麻煩，使得單片機(jī)更加具有擴(kuò)展性。由于DS18B20芯片的小型化，更加可以通過單跳數(shù)據(jù)線就可以和主電路連接，故可以把數(shù)字溫度傳感器DS18B20做成探頭，探入到狹小的地方，增加了實(shí)用性。更

10、能串接多個(gè)數(shù)字溫度傳感器DS18B20進(jìn)行范圍的溫度檢測(cè)。3室溫控制系統(tǒng)方案的選擇3.1 控制器的選擇 在本次將要設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)中，微機(jī)控制器無疑使最核心的部分，它的性能將直接關(guān)系到是整個(gè)控制系統(tǒng)控制功能的實(shí)現(xiàn)，運(yùn)行處理的速度，能力以及控制的精度等問題。因此，選擇一款恰當(dāng)?shù)目刂破鲗?duì)于設(shè)計(jì)者來說是非常重要及必要的。 方案一：采用ARM內(nèi)核的單片機(jī)，這類微處理器的特點(diǎn)是：功耗低，體積小，性能高。它處理能力和控制精度方面都有很高成就，執(zhí)行速度快，執(zhí)行效率高，如今的智能手機(jī)和平板電腦大多都有此類芯片的參與。因此，該類芯片適用于對(duì)控制精度和處理問題能力有著高要求的場(chǎng)合。 方案二:采用STC51系列單片機(jī)

11、，該系列單片機(jī)是深圳宏晶科技在國(guó)內(nèi)推廣的新型51內(nèi)核單片機(jī)，其性能相對(duì)于傳統(tǒng)51單片機(jī)有了很大的提升，同時(shí)保留了51單片機(jī)編程簡(jiǎn)單易學(xué)的特點(diǎn)。它的主要特點(diǎn)是：低功耗，高性能，編程簡(jiǎn)單控制，在生活中使用非常廣泛。 對(duì)以上兩種方案進(jìn)行比較，結(jié)合室溫控制系統(tǒng)的控制要求，選擇方案二，使用STC89C52單片機(jī)。它擁有8K的系統(tǒng)可編程flash存儲(chǔ)器，32個(gè)通用I/O口，簡(jiǎn)單易操作等特點(diǎn)，以及其響應(yīng)速度和控制精度等方面的要求都符合本次控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求。3.2 溫度傳感器的選擇 由于是室溫控制器，因此，溫度傳感器也是該系統(tǒng)中不可或缺的元件之一。溫度的采集和傳輸室這個(gè)系統(tǒng)控制的系統(tǒng)，牽制整個(gè)控制系統(tǒng)后續(xù)動(dòng)

12、作。 方案一：采用熱敏電阻式溫度傳感器。其特點(diǎn)是自身的電阻值隨溫度變化而變化。適用于-100-300間的溫度檢測(cè)。但其測(cè)量不精準(zhǔn)，并且要將所測(cè)信號(hào)經(jīng)放大及A/D轉(zhuǎn)換才能傳給單片機(jī)。 方案二：采用熱電偶溫度傳感器。熱電偶的測(cè)溫范圍，測(cè)溫精度都很高，并且其已經(jīng)實(shí)現(xiàn)系列化。標(biāo)準(zhǔn)化，因此在測(cè)溫領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。在工程測(cè)溫中，需要對(duì)其冷端進(jìn)行溫度補(bǔ)償。方案三：采用DS18B20數(shù)字傳感器。DS16B20是ALLAS公司生產(chǎn)的一款單總線數(shù)字溫度傳感器。其因接口電路簡(jiǎn)單，測(cè)溫以及工作溫度范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，而得到廣泛的運(yùn)用。 由于熱敏電阻溫度傳感器和熱電偶溫度傳感器都需要將所測(cè)信息進(jìn)行放大處理，然

13、后在通過A/D轉(zhuǎn)換后在傳給單片機(jī)，過程較為復(fù)雜，加上三種溫度傳感器的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較后，選擇操作較簡(jiǎn)單的DS18B20作為此次溫度控制系統(tǒng)的測(cè)溫元件，即選擇方案三。3.3 顯示器的選擇 顯示是溫度控制系統(tǒng)中的另一個(gè)重要的環(huán)節(jié)。它作為人機(jī)交流的一個(gè)平臺(tái)，可以讓用戶更好的了解所測(cè)溫度情況，以及根據(jù)自身要求對(duì)控制系統(tǒng)進(jìn)行更恰當(dāng)?shù)拿睢?方案一：采用四位一體的共陽(yáng)極數(shù)碼管。它的顯示亮度高，響應(yīng)的速度快，接線簡(jiǎn)單。但是只能顯示數(shù)字和相應(yīng)的字母。不過其性價(jià)比高，是非常常用顯示器件。  方案二：采用LCM1602液晶顯示器。LCM是將LCD、驅(qū)動(dòng)以及控制電路組合成的模塊?？梢燥@示兩行數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型為

14、字符，即可以顯示數(shù)字，也可以顯示字母。用于對(duì)顯示要求較高的場(chǎng)合。  對(duì)以上的兩種顯示方案的比較。因?yàn)楸敬嗽O(shè)計(jì)的系統(tǒng)分為數(shù)據(jù)采集終端和控制終端，對(duì)兩個(gè)模塊的顯示要求不同，因此采用不同的顯示方案。在數(shù)據(jù)采集終端，只需要顯示溫度值即可，數(shù)碼管就能滿足，故數(shù)據(jù)采集終端采用方案一。而控制終端需要顯示多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端回饋的情況，因此LCM1602符合這一要求，所以控制終端選擇方案二。3.4 通信協(xié)議的選擇 因?yàn)檫@次要設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)有多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端，所以用串行通信更合適，在此選擇RS485串行通信方式。這種通信方式可以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)通信，是半雙工的雙線通信協(xié)議，抗干擾能力非常高。4室溫控制系統(tǒng)硬件

15、電路的設(shè)計(jì)室溫控制系統(tǒng)由多個(gè)數(shù)據(jù)采集終端及控制終端組成，控制終端與數(shù)據(jù)采集終端利用RS485總線通信，進(jìn)行信息的交流。室溫控制系統(tǒng)的總設(shè)計(jì)構(gòu)想是，控制終端與數(shù)據(jù)采集終端之間采用主從式多機(jī)通信方式，即控制終端為主機(jī)，數(shù)據(jù)采集終端為從機(jī)，控制終端能發(fā)送信息給每一個(gè)采集終端或指定的數(shù)據(jù)采集終端，各數(shù)據(jù)終端發(fā)送的信息只能被控制終端接收，而數(shù)據(jù)采集終端之間不能互相通信。主從式室溫控制系統(tǒng)連接框圖如圖8.1所示。 TXD RXD 89C52 控制終端 8TXD RXD 89C52N# 數(shù)據(jù)終端TXD RXD 89C522# 數(shù)據(jù)終端 TXD RXD 89C521# 數(shù)據(jù)終端 圖4.1系統(tǒng)控制框圖 4.1

16、采集終端電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的室溫控制系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集終端使用STC89C52單片機(jī)作為微處理機(jī)，溫度傳感器選擇的是DS18B20，溫度值是通過4位一體的共陽(yáng)極數(shù)碼管來完成顯示，加熱和制冷設(shè)備的運(yùn)行是運(yùn)用繼電器的開斷加以控制，而與控制終端的信息交流則是利用RS485總線方式實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)采集終端的系統(tǒng)框圖如圖4.2所示。 顯示模塊 數(shù)碼管 測(cè)溫模塊 DS18B20 8 9 C 5 2 鍵盤模塊 通信模塊 RS485 繼電器 控制終端 加熱制冷 設(shè)備 圖4.2數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)框圖4.1.1 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 目前，51系列單片機(jī)在工業(yè)檢測(cè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，因此我們可以在許多單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，配接各

17、種類型的語(yǔ)音接口，構(gòu)成具有合成語(yǔ)音輸出能力的綜合應(yīng)用系統(tǒng)，以增強(qiáng)人機(jī)對(duì)話的功能。STC89C52單片機(jī)是深圳宏晶科技有限公司生產(chǎn)的一種單片機(jī)，在一小塊芯片上集成了一個(gè)微型計(jì)算機(jī)的各個(gè)組成部分。每一個(gè)單片機(jī)包括：一個(gè)8位的微型處理器CPU；一個(gè)512K的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器RAM；4K片內(nèi)程序存儲(chǔ)器；四個(gè)8位并行的I/O接口P0-P3，每個(gè)接口既可以輸入，也可以輸出；兩個(gè)定時(shí)器/記數(shù)器；五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)；一個(gè)全雙工UART的串行I/O口；片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率是12MHZ。以上各個(gè)部分通過內(nèi)部總線相連接。2.STC89C52單片機(jī)時(shí)序 STC8

18、9C52單片機(jī)的一個(gè)執(zhí)器周期由6個(gè)狀態(tài)(s1s6)組成，每個(gè)狀態(tài)又持續(xù)2個(gè)震蕩周期，分為P1和P2兩個(gè)節(jié)拍。這樣，一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩周期組成。若采用12MHz的晶體振蕩器，則每個(gè)機(jī)器周期為1us，每個(gè)狀態(tài)周期為16us；在一數(shù)情況下，算術(shù)和邏輯操作發(fā)生在N期間，而內(nèi)部寄存器到寄存器的傳輸發(fā)生在P2期間。對(duì)于單周期指令，當(dāng)指令操作碼讀人指令寄存器時(shí)，使從S1P2開始執(zhí)行指令。如果是雙字節(jié)指令，則在同一機(jī)器周期的s4讀人第二字節(jié)。若為單字節(jié)指令，則在51期間仍進(jìn)行讀，但所讀入的字節(jié)操作碼被忽略，且程序計(jì)數(shù)據(jù)也不加1。在加結(jié)束時(shí)完成指令操作。多數(shù)STC89C52指令周期為12個(gè)機(jī)器周期，只有乘

19、法和除法指令需要兩個(gè)以上機(jī)器周期的指令，它們需4個(gè)機(jī)器周期。 對(duì)于雙字節(jié)單機(jī)器指令，通常是在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)從程序存儲(chǔ)器中讀人兩個(gè)字節(jié)，但Movx指令例外，Movx指令是訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的單字節(jié)雙機(jī)器周期指令，在執(zhí)行Movx指令期間，外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器被訪問且被選通時(shí)跳過兩次取指操作。3.STC89C52單片機(jī)引腳介紹STC89C52單片機(jī)的40個(gè)引腳中有2個(gè)專用于主電源引腳，2個(gè)外接晶振的引腳，4個(gè)控制或與其它電源復(fù)用的引腳，以及32條輸入輸出I/O引腳。下面按引腳功能分為4個(gè)部分?jǐn)⑹鰝€(gè)引腳的功能。（1）電源引腳Vcc和VssVcc（40腳）：接+5V電源正端；Vss（20腳）：接+5V電源正端

20、。（2）外接晶振引腳XTAL1和XTAL2XTAL1（19腳）：接外部石英晶體的一端。在單片機(jī)內(nèi)部，它是一個(gè)反相放大器的輸入端，這個(gè)放大器構(gòu)成采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳接地；對(duì)于CHOMS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。XTAL2（18腳）：接外部晶體的另一端。在單片機(jī)內(nèi)部，接至片內(nèi)振蕩器的反相放大器的輸出端。當(dāng)采用外部時(shí)鐘時(shí)，對(duì)于HMOS單片機(jī)，該引腳作為外部振蕩信號(hào)的輸入端。對(duì)于CHMOS芯片，該引腳懸空不接。（3）控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳 控制信號(hào)或與其它電源復(fù)用引腳有RST/VPD、ALE/P、PSEN和EA/VPP等4種形式。（A）RST/VPD（9腳）：

21、RST即為RESET，VPD為備用電源，所以該引腳為單片機(jī)的上電復(fù)位或掉電保護(hù)端。當(dāng)單片機(jī)振蕩器工作時(shí)，該引腳上出現(xiàn)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作，使單片機(jī)復(fù)位到初始狀態(tài)。當(dāng)VCC發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值或掉電時(shí)，該引腳可接上備用電源VPD（+5V）為內(nèi)部RAM供電，以保證RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。（B）ALE/ P （30腳）：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，ALE（允許地址鎖存信號(hào)）以每機(jī)器周期兩次的信號(hào)輸出，用于鎖存出現(xiàn)在P0口的低（C）PSEN(29腳):片外程序存儲(chǔ)器讀選通輸出端,低電平有效。當(dāng)從外部程序存儲(chǔ)器讀取指令或常數(shù)期間，每個(gè)機(jī)器周期PESN兩次有效，以通過數(shù)據(jù)總線口讀回指令

22、或常數(shù)。當(dāng)訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器期間，PESN信號(hào)將不出現(xiàn)。（D）EA/Vpp（31腳）：EA為訪問外部程序儲(chǔ)器控制信號(hào)，低電平有效。當(dāng)EA端保持高電平時(shí)，單片機(jī)訪問片內(nèi)程序存儲(chǔ)器4KB（MS52子系列為8KB）。若超出該范圍時(shí)，自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器的程序。當(dāng)EA端保持低電平時(shí)，無論片內(nèi)有無程序存儲(chǔ)器，均只訪問外部程序存儲(chǔ)器。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，在EPROM編程期間，該引腳用于接21V的編程電源Vpp。 （4）輸入/輸出（I/O）引腳P0口、P1口、P2口及P3口(A).P0口（39腳22腳）：P0.0P0.7統(tǒng)稱為P0口。當(dāng)不接外部存儲(chǔ)器與不擴(kuò)展I/O接口時(shí)，它可作為準(zhǔn)雙向8位

23、輸入/輸出接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O口時(shí)，P0口為地址/數(shù)據(jù)分時(shí)復(fù)用口。它分時(shí)提供8位雙向數(shù)據(jù)總線。對(duì)于片內(nèi)含有EPROM的單片機(jī)，當(dāng)EPROM編程時(shí)，從P0口輸入指令字節(jié)，而當(dāng)檢驗(yàn)程序時(shí)，則輸出指令字節(jié)。(B).P1口（1腳8腳）：P1.0P1.7統(tǒng)稱為P1口，可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對(duì)于MCS52子系列單片機(jī)，P1.0和P1.1還有第2功能：P1.0口用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的計(jì)數(shù)脈沖輸入端T2；P1.1用作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部控制端T2EX。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P0口接收輸入的低8位地址。(C).P2口（21腳28腳）：P2.0P2.7統(tǒng)稱為P2口，一般可作

24、為準(zhǔn)雙向I/O接口。當(dāng)接有外部程序存儲(chǔ)器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256個(gè)字節(jié)時(shí)，P2口用于高8位地址總線送出高8位地址。對(duì)于EPROM編程和進(jìn)行程序校驗(yàn)時(shí)，P2口接收輸入的8位地址。(D).P3口（10腳17腳）：P3.0P3.7統(tǒng)稱為P3口。它為雙功能口，可以作為一般的準(zhǔn)雙向I/O接口，也可以將每1位用于第2功能，而且P3口的每一條引腳均可獨(dú)立定義為第1功能的輸入輸出或第2功能。P3口的第2功能見下表 表1 單片機(jī)P3.0管腳含義引腳第2功能P3.0RXD（串行口輸入端0）P3.1TXD（串行口輸出端）P3.2INT0（部中斷0請(qǐng)求輸入端，低電平有效）P3.3INT1（中斷1請(qǐng)求輸入端

25、，低電平有效）P3.4T0（時(shí)器/計(jì)數(shù)器0計(jì)數(shù)脈沖端）P3.5T1（時(shí)器/計(jì)數(shù)器1數(shù)脈沖端）P3.6WR（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通信號(hào)輸出端，低電平有效）P3.7RD（部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)輸出端，低電平有效）綜上所述，MCS51系列單片機(jī)的引腳作用可歸納為以下兩點(diǎn)：1).單片機(jī)功能多，引腳數(shù)少，因而許多引腳具有第2功能；2).單片機(jī)對(duì)外呈3總線形式，由P2、P0口組成16位地址總線；由P0口分時(shí)復(fù)用作為數(shù)據(jù)總線。在課題設(shè)計(jì)的溫度控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，控制核心是STC89C52單片機(jī)，該單片機(jī)為51系列增強(qiáng)型8位單片機(jī)，它有32個(gè)I/O口，片內(nèi)含4K FLASH工藝的程序存儲(chǔ)器，便于用電的方式瞬間擦除和改

26、寫，而且價(jià)格便宜，其外部晶振為11.0592MHz，一個(gè)指令周期為1S。使用該單片機(jī)完全可以完成設(shè)計(jì)任務(wù)，其最小系統(tǒng)主要包括：復(fù)位電路和震蕩電路電路。復(fù)位操作完成單片機(jī)片內(nèi)電路的初始化，是單片機(jī)從一種確定的狀態(tài)開始工作。將單片機(jī)的復(fù)位引腳RST保持兩個(gè)機(jī)械周期的高電平能使單片機(jī)復(fù)位。復(fù)位操作通常有兩種基本形式：上電復(fù)位和按鈕復(fù)位。這兩種形式在本系統(tǒng)中都有采用，以方便系統(tǒng)的操作。手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端RST上加入高電平（圖1）。一般采用的辦法是在RST端和正電源Vcc之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則Vcc的+5V電平就會(huì)直接加到RST端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路如所示。由于人的動(dòng)作再快也

27、會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的時(shí)間要求。這是一個(gè)上電復(fù)位電路，原理是突然給電后，VCC對(duì)電容充電，充電的過程中，復(fù)位信號(hào)電壓隨著充電時(shí)間而逐漸變低，直到電容充滿時(shí)，復(fù)位信號(hào)電壓完全降到0V，而電阻R2決定了電容充電的時(shí)間，R2越大則充電時(shí)間長(zhǎng)，復(fù)位信號(hào)從VCC回落到0V的時(shí)間也長(zhǎng)，而復(fù)位引腳在給2.5V以上時(shí)處于復(fù)位狀態(tài)，而在2.5V以下則才正常工作，89S51的典型復(fù)位時(shí)間需要1ms，可長(zhǎng)不可短，所以R2的值是由已知條件1ms，和電容22uF決定，T=RC/2，R=2T/C，可以負(fù)責(zé)的告訴你，你不需要仔細(xì)計(jì)算這里的復(fù)位時(shí)間，因?yàn)榭砷L(zhǎng)不可短，典型電路是C=10uF，R2=

28、10k，電容可以大于這個(gè)值，電阻也可以大于這個(gè)值，但是不能再小，會(huì)不保險(xiǎn)。另外R1的電阻起的作用是，當(dāng)你按下強(qiáng)制復(fù)位按鈕后，電容通過R1放電，為了讓按鍵按下后有一段延時(shí)才能復(fù)位，為了讓按鍵跟可靠。 單片機(jī)的時(shí)鐘信號(hào)由內(nèi)部震蕩電路得到，即引腳XTAL1和XTAL2外接晶振體振蕩器，構(gòu)成內(nèi)部振蕩電路。電容C1，C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，電容值一般在5pF-30pF。由于本系統(tǒng)要采用串口通信，晶振使用11.0592MHZ。晶振電路中如何選擇電容C1，C2? (1):因?yàn)槊恳环N晶振都有各自的特性，所以最好按制造廠商所提供的數(shù)值選擇外部元器件。 (2):在許可范圍內(nèi)，C1，

29、C2值越低越好。C值偏大雖有利于振蕩器的穩(wěn)定，但將會(huì)增加起振時(shí)間。 (3):應(yīng)使C2值大于C1值，這樣可使上電時(shí)，加快晶振起振。4.1.2 溫度傳感器電路 采用一線制數(shù)字溫度傳感器DS18B20來作為本課題的溫度傳感器。傳感器輸出信號(hào)進(jìn)4.7K的上拉電阻直接接到單片機(jī)的P1.0引腳上。DS18B20溫度傳感器是美國(guó)達(dá)拉斯(DALLAS)半導(dǎo)體公司推出的應(yīng)用單總線技術(shù)的數(shù)字溫度傳感器。該器件將半導(dǎo)體溫敏器件、A/D轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等做在一個(gè)很小的集成電路芯片上。本設(shè)計(jì)中溫度傳感器之所以選擇單線數(shù)字器件DS18B20，是在經(jīng)過多方面比較和考慮后決定的，主要有以下幾方面的原因：（1）系統(tǒng)的特

30、性：測(cè)溫范圍為-55+125 ，測(cè)溫精度為士0.5；溫度轉(zhuǎn)換精度912位可變，能夠直接將溫度轉(zhuǎn)換值以16位二進(jìn)制數(shù)碼的方式串行輸出；12位精度轉(zhuǎn)換的最大時(shí)間為750ms；可以通過數(shù)據(jù)線供電，具有超低功耗工作方式。（2）系統(tǒng)成本：由于計(jì)算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)的發(fā)展，新型大規(guī)模集成電路功能越來越強(qiáng)大，體積越來越小，而價(jià)格也越來越低。一支DS18B20的體積與普通三極管相差無幾，價(jià)格只有十元人民幣左右。（3）系統(tǒng)復(fù)雜度：由于DS18B20是單總線器件，微處理器與其接口時(shí)僅需占用1個(gè)I/O端口且一條總線上可以掛接幾十個(gè)DS18B20，測(cè)溫時(shí)無需任何外部元件，因此，與模擬傳感器相比，可以大大減少接線的數(shù)量

31、，降低系統(tǒng)的復(fù)雜度，減少工程的施工量。（4）系統(tǒng)的調(diào)試和維護(hù)：由于引線的減少，使得系統(tǒng)接口大為簡(jiǎn)化，給系統(tǒng)的調(diào)試帶來方便。同時(shí)因?yàn)镈S18B20是全數(shù)字元器件，故障率很低，抗干擾性強(qiáng)，因此，減少了系統(tǒng)的日常維護(hù)工作。DS18B20溫度傳感器只有三根外引線：?jiǎn)尉€數(shù)據(jù)傳輸總線端口DQ ，外供電源線VDD，共用地線GND。DS18B20有兩種供電方式：一種為數(shù)據(jù)線供電方式，此時(shí)VDD接地，它是通過內(nèi)部電容在空閑時(shí)從數(shù)據(jù)線獲取能量，來完成溫度轉(zhuǎn)換，相應(yīng)的完成溫度轉(zhuǎn)換的時(shí)間較長(zhǎng)。這種情況下，用單片機(jī)的一個(gè)I/O口來完成對(duì)DS18B20總線的上拉。另一種是外部供電方式(VDD接+5V)，相應(yīng)的完成溫度測(cè)量

32、的時(shí)間較短。 DS18B20的工作電流約為1mA，VCC一般為5V，則電阻R=5V/1mA=5K，目前用的電阻一般不是可調(diào)電阻，只是固定阻值，市場(chǎng)上有的就那么幾個(gè)型號(hào)，跟5V接近的有4.7K、5.1K的，所以就選4.7K，或者相近的電阻。 在本設(shè)計(jì)中采用外部供電方式實(shí)現(xiàn)DS18B20傳感器與單片機(jī)的連接，其接口電路如圖4所示。4.1.3 顯示電路 led數(shù)碼管（LED Segment Displays）由多個(gè)發(fā)光二極管封裝在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。數(shù)碼管實(shí)際上是由七個(gè)發(fā)光管組成8字形構(gòu)成的，加上小數(shù)點(diǎn)就是8個(gè)。這些段分別由字母a,b,c

33、,d,e,f,g,dp來表示。當(dāng)數(shù)碼管特定的段加上電壓后，這些特定的段就會(huì)發(fā)亮，以形成我們眼睛看到的2個(gè)8數(shù)碼管字樣了。如：顯示一個(gè)“2”字，那么應(yīng)當(dāng)是a亮b亮g亮e亮d亮f不亮c不亮dp不亮。LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽(yáng)極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽(yáng)數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6

34、、7、8、9、A、B、C、D、E、F。透過分時(shí)輪流控制各個(gè)LED數(shù)碼管的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。每位元數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極體的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示資料，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O口，而且功耗更低。LED數(shù)碼管要正常顯示，就要用驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數(shù)字，因此根據(jù)LED數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。靜態(tài)顯示靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都

35、由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅(qū)動(dòng)5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè)89S51單片機(jī)可用的I/O端口才32個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。動(dòng)態(tài)顯示LED數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆劃"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制

36、，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，單片機(jī)對(duì)位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點(diǎn)亮?xí)r間為12ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且功耗更低。本系統(tǒng)利用動(dòng)態(tài)顯示溫度值，其原理接線圖如下圖所示。4.1.4 鍵盤接口電路電路 鍵盤接口電路是

37、單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常重要的一環(huán)，作為人機(jī)交互界面里最常用的輸入設(shè)備。我們可以通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)或命令來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的人機(jī)通信。在設(shè)計(jì)鍵盤電路與程序前，我們需要了解鍵盤和組成鍵盤的按鍵的一些知識(shí)。是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長(zhǎng)。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵（如本學(xué)習(xí)板上所采用按鍵）。一般來說，按鍵按照結(jié)構(gòu)原理可分為兩類，一類是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如機(jī)械式開關(guān)、導(dǎo)電橡膠式開關(guān)等；另一類是無觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵，如電氣式按鍵，磁感應(yīng)按鍵等。前者造價(jià)低，后者壽命長(zhǎng)。目前，微機(jī)系統(tǒng)中最常見的是觸點(diǎn)式開關(guān)按鍵（如本學(xué)

38、習(xí)板上所采用按鍵）。按鍵按照接口原理又可分為編碼鍵盤與非編碼鍵盤兩類，這兩類鍵盤的主要區(qū)別是識(shí)別鍵符及給出相應(yīng)鍵碼的方法。編碼鍵盤主要是用硬件來實(shí)現(xiàn)對(duì)鍵的識(shí)別，非編碼鍵盤主要是由軟件來實(shí)現(xiàn)鍵盤的識(shí)別。全編碼鍵盤由專門的芯片實(shí)現(xiàn)識(shí)鍵及輸出相應(yīng)的編碼，一般還具有去抖動(dòng)和多鍵、竄鍵等保護(hù)電路，這種鍵盤使用方便，硬件開銷大，一般的小型嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)較少采用。非編碼鍵盤按連接方式可分為獨(dú)立式和矩陣式兩種，其它工作都主要由軟件完成。由于其經(jīng)濟(jì)實(shí)用，較多地應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)中（本學(xué)習(xí)板也采用非編碼鍵盤）。 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常使用機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵開關(guān)，其主要功能是把機(jī)械上的通斷轉(zhuǎn)換成為電氣上的邏輯關(guān)系。也就

39、是說，它能提供標(biāo)準(zhǔn)的TTL邏輯電平，以便與通用數(shù)字系統(tǒng)的邏輯電平相容。此外，除了復(fù)位按鍵有專門的復(fù)位電路及專一的復(fù)位功能外，其它按鍵都是以開關(guān)狀態(tài)來設(shè)置控制功能或輸入數(shù)據(jù)。當(dāng)所設(shè)置的功能鍵或數(shù)字鍵按下時(shí)，計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)完成該按鍵所設(shè)定的功能。因此，鍵信息輸入是與軟件結(jié)構(gòu)密切相關(guān)的過程。 對(duì)于一組鍵或一個(gè)鍵盤，通過接口電路與單片機(jī)相連。單片機(jī)可以采用查詢或中斷方式了解有無按鍵輸入并檢查是哪一個(gè)按鍵按下，若有鍵按下則跳至相應(yīng)的鍵盤處理程序處去執(zhí)行，若無鍵按下則繼續(xù)執(zhí)行其他程序機(jī)械式按鍵再按下或釋放時(shí)，由于機(jī)械彈性作用的影響，通常伴隨有一定時(shí)間的觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)，然后其觸點(diǎn)才穩(wěn)定下來。其抖動(dòng)

40、過程如圖1(a)所示，抖動(dòng)時(shí)間的長(zhǎng)短與開關(guān)的機(jī)械特性有關(guān)，一般為510 ms。從圖中可以看出，在觸點(diǎn)抖動(dòng)期間檢測(cè)按鍵的通與斷狀態(tài)，可能導(dǎo)致判斷出錯(cuò)。即按鍵一次按下或釋放被錯(cuò)誤地認(rèn)為是多次操作，這種情況是不允許出現(xiàn)的。為了克服按鍵觸點(diǎn)機(jī)械抖動(dòng)所致的檢測(cè)誤判，必須采取去抖動(dòng)措施，可從硬件、軟件兩方面予以考慮。一般來說，在鍵數(shù)較/O口線浪費(fèi)較大。對(duì)于比較復(fù)雜的系統(tǒng)或按鍵比較多的場(chǎng)合，可以用到矩陣鍵盤，圖2(b)中所示的為4×4的矩陣式鍵盤，其他矩陣式鍵盤的設(shè)計(jì)方法類似。4×4的矩陣式鍵盤由4根行線和4根列線交叉構(gòu)成，按鍵位于行列的交叉點(diǎn)上，這樣就構(gòu)成了16個(gè)按鍵。其中交

41、叉點(diǎn)的行列線是不連接的，當(dāng)按鍵按下的時(shí)候，此交叉點(diǎn)處的行線和列線導(dǎo)通。圖2(b) 行線通過上拉電阻接到VCC上。當(dāng)無鍵按下時(shí)，行線處于高電平狀態(tài)；當(dāng)有鍵按下時(shí)，行、列線在交點(diǎn)導(dǎo)通，此時(shí)，行線電平將由與此行線相連的列線電平?jīng)Q定。這是識(shí)別按鍵是否按下的關(guān)鍵。然而，矩陣鍵盤中的每條行線與4條列線相交，交點(diǎn)的按鍵按下與否均影響該鍵所在行線和列線的電平，各按鍵間將相互影響，鍵分析時(shí)必須將行線、列線信號(hào)配合起來作適當(dāng)處理，才能確定閉合鍵的位置。值得注意的是本文介紹的矩陣鍵盤，在傳統(tǒng)的矩陣鍵盤的輸出端加了一個(gè)四輸入與門芯片74HC21。當(dāng)四路輸入有一個(gè)為低電平的時(shí)候，輸出為低電平。將74HC21的

42、輸出端接到單片機(jī)的外部中斷0（P32管腳）上，這樣在實(shí)時(shí)性要求較高的情況下，設(shè)P00P03為全低等待按鍵觸發(fā)，當(dāng)任何一個(gè)按鍵按下的情況下，系統(tǒng)都會(huì)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，提高了鍵盤響應(yīng)時(shí)間，在系統(tǒng)實(shí)時(shí)性要求較高的情況下非常實(shí)用。原理圖如下圖所示：4.1.5 溫度控制電路 一般要校核轉(zhuǎn)向輪本設(shè)計(jì)是用單片機(jī)控制繼電器達(dá)到以弱控強(qiáng)的電路，下面再來介紹一下單片機(jī)和強(qiáng)電之間的橋梁-電磁繼電器。 電磁繼電器是有觸點(diǎn)電繼電器的一種。它是利用電磁效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電路開、關(guān)控制作用的元件，廣泛應(yīng)用在電子設(shè)備、儀器儀表及自動(dòng)化設(shè)備中。在各種自動(dòng)控制設(shè)備中，都要求用一個(gè)低壓電路提控制一個(gè)高壓的電氣電路。這樣不僅可以為電

43、子線路和電氣電路提供良好的電隔離，還可以保護(hù)電子電路和人員安全。 首先看看繼電器的驅(qū)動(dòng) 這是典型的繼電器驅(qū)動(dòng)電路圖，這樣的圖在網(wǎng)絡(luò)上隨處可以搜到，并且標(biāo)準(zhǔn)教科書上一般也是這樣的電路圖。  單片機(jī)是一個(gè)弱電器件，一般情況下它們大都工作在5V甚至更低。驅(qū)動(dòng)電流在mA級(jí)以下。而要把它用于一些大功率場(chǎng)合，比如控制電動(dòng)機(jī)，顯然是不行的。所以，就要有一個(gè)環(huán)節(jié)來銜接，這個(gè)環(huán)節(jié)就是所謂的“功率驅(qū)動(dòng)”。繼電器驅(qū)動(dòng)就是一個(gè)典型的、簡(jiǎn)單的功率驅(qū)動(dòng)環(huán)節(jié)。在這里，繼電器驅(qū)動(dòng)含有兩個(gè)意思:一是對(duì)繼電器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，因?yàn)槔^電器本身對(duì)于單片機(jī)來說就是一個(gè)功率器件：還有就是繼電器去驅(qū)動(dòng)其他負(fù)

44、載，比如繼電器可以驅(qū)動(dòng)中間繼電器，可以直接驅(qū)動(dòng)接觸器，所以，繼電器驅(qū)動(dòng)就是單片機(jī)與其他大功率負(fù)載接口。這個(gè)很重要，因?yàn)?，一直讓我們的電氣工程?我指的是那些沒有學(xué)習(xí)過相應(yīng)的電子技術(shù)的)感到迷惑不解的是:一個(gè)小小的芯片，怎么會(huì)有如此強(qiáng)大的威力來控制像電動(dòng)機(jī)這樣強(qiáng)大的東西？ 怎么樣理解這個(gè)電路圖？ 要理解這個(gè)電路，其實(shí)也比較容易。那么請(qǐng)您按照我的思路來，應(yīng)該沒有問題: 首先的，里面的三極管很重要。三極管是電子電路里很重要的一個(gè)元件。怎么樣理解三極管呢？ 簡(jiǎn)單的來說三極管有兩個(gè)作用一個(gè)是放大作用，一個(gè)是開關(guān)作用。(嚴(yán)格來講開關(guān)作用是放大作用的極限情況，不過沒關(guān)

45、系，把兩者分開，更便于理解它的工作原理)。在這里，我們只了解它跟本電路有關(guān)的開關(guān)作用 首先把三極管想成一個(gè)水龍頭 上面的VCC就是水池，繼電器是一個(gè)水輪機(jī)，下面的GND是比水池低的任何一點(diǎn)。剛才說過，三極管就是水龍頭，它的把手就是那個(gè)帶有電阻的引腳。 現(xiàn)在，單片機(jī)的某一個(gè)需要控制這個(gè)繼電器電路的輸出引腳就是一只“手”，當(dāng)單片機(jī)的這個(gè)引腳輸出低電平的時(shí)候，就像“手”在打開三極管“水龍頭”，水就從上往下流，繼電器“水輪機(jī)”就開始轉(zhuǎn)起來了。反之，如果是輸出高電平，"手”就開始關(guān)“水龍頭”，繼電器”水輪機(jī)”因?yàn)闆]有水流下來，就會(huì)停止。 這就是三極管的開

46、關(guān)作用簡(jiǎn)單的理解和記憶就是：三極管是一個(gè)開關(guān)器件，其實(shí)你真的可以將它看成是一個(gè)開關(guān)，只不過它不是用手來控制，而是用電壓(電流)來控制的，因此，三極管有些時(shí)候也被稱做電子開關(guān)(與機(jī)械開關(guān)相區(qū)別)。圖上還有一個(gè)東西，是保護(hù)二極管，如果不需要深入理解的話，你大可不必追就為什么有它存在，原理圖如下圖所示：4.1.6 串口通信電路 一般要校核轉(zhuǎn)向輪智能儀表是隨著80年代初單片機(jī)技術(shù)的成熟而發(fā)展起來的，現(xiàn)在世界儀表市場(chǎng)基本被智能儀表所壟斷。究其原因就是企業(yè)信息化的需要，企業(yè)在儀表選型時(shí)其中的一個(gè)必要條件就是要具有聯(lián)網(wǎng)通信接口。最初是數(shù)據(jù)模擬信號(hào)輸出簡(jiǎn)單過程量，后來儀表接口是RS232接口，這種接口可以實(shí)現(xiàn)

47、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，但這種方式不能實(shí)現(xiàn)聯(lián)網(wǎng)功能。隨后出現(xiàn)的RS485解決了這個(gè)問題。1. RS-485的電氣特性：采用差分信號(hào)負(fù)邏輯，邏輯"0”以兩線間的電壓差為+(26)V表示；邏輯"1"以兩線間的電壓差為-(26)V表示。接口信號(hào)電平比RS-232-C降低了，就不易損壞接口電路的芯片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL電路連接。2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps。3. RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分,接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。4. RS-485最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，傳輸

48、速率與傳輸距離成反比，在100KpbS的傳輸速率下，才可以達(dá)到最大的通信距離，如果需傳輸更長(zhǎng)的距離，需要加485中繼器。RS-485總線一般最大支持32個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果使用特制的485芯片，可以達(dá)到128個(gè)或者256個(gè)節(jié)點(diǎn)，最大的可以支持到400個(gè)節(jié)點(diǎn)。RS485接口組成的半雙工網(wǎng)絡(luò)，一般是兩線制（以前有四線制接法，只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，現(xiàn)很少采用），多采用屏蔽雙絞線傳輸。這種接線方式為總線式拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)在同一總線上最多可以掛接32個(gè)結(jié)點(diǎn)。在RS485通信網(wǎng)絡(luò)中一般采用的是主從通信方式，即一個(gè)主機(jī)帶多個(gè)從機(jī)。很多情況下，連接RS-485通信鏈路時(shí)只是簡(jiǎn)單地用一對(duì)雙絞線將各個(gè)接口的“A”、“B”端連

49、接起來。RS485接口連接器采用DB-9的9芯插頭座，與智能終端RS485接口采用DB-9（孔），與鍵盤連接的鍵盤接口RS485采用DB-9（針）。另有一個(gè)問題是信號(hào)地，上述連接方法在許多場(chǎng)合是能正常工作的，但卻埋下了很大的隱患，這有二個(gè)原因：(1)共模干擾問題： RS-485接口采用差分方式傳輸信號(hào)，并不需要相對(duì)于某個(gè)參照點(diǎn)來檢測(cè)信號(hào)，系統(tǒng)只需檢測(cè)兩線之間的電位差就可以了。但人們往往忽視了收發(fā)器有一定的共模電壓范圍，RS-485收發(fā)器共模電壓范圍為-7+12V，只有滿足上述條件，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)才能正常工作。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)線路中共模電壓超出此范圍時(shí)就會(huì)影響通信的穩(wěn)定可靠，甚至損壞接口。(2)EMI(電磁兼容

50、性)問題：發(fā)送驅(qū)動(dòng)器輸出信號(hào)中的共模部分需要一個(gè)返回通路，如沒有一個(gè)低阻的返回通道（信號(hào)地），信號(hào)中的共模部分就會(huì)以輻射的形式返回源端，整個(gè)總線就會(huì)像一個(gè)巨大的天線向外輻射電磁波。由于PC機(jī)默認(rèn)的只帶有RS232接口，有兩種方法可以得到PC上位機(jī)的RS485電路：（1）通過RS232/RS485轉(zhuǎn)換電路將PC機(jī)串口RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換成RS485信號(hào)，對(duì)于情況比較復(fù)雜的工業(yè)環(huán)境最好是選用防浪涌帶隔離柵的產(chǎn)品。（2）通過PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號(hào)為RS485類型的擴(kuò)展卡。在要求通信距離為幾十米到上千米時(shí)，廣泛采用RS-485 串行總線標(biāo)準(zhǔn)。RS-485采用平衡發(fā)送和差分接收，因此具有抑制

51、共模干擾的能力。加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測(cè)低至200mV的電壓，故傳輸信號(hào)能在千米以外得到恢復(fù)。 市場(chǎng)上一般RS-485采用半雙工工作方式，任何時(shí)候只能有一點(diǎn)處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號(hào)加以控制。RS-485用于多點(diǎn)互連時(shí)非常方便，可以省掉許多信號(hào)線。應(yīng)用RS-485 可以聯(lián)網(wǎng)構(gòu)成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯(lián)32臺(tái)驅(qū)動(dòng)器和32臺(tái)接收器。RS232,RS422,RS485是電氣標(biāo)準(zhǔn)，主要區(qū)別就是邏輯如何表示。RS232使用-12V表示邏輯1，12V表示邏輯0，全雙工，最少3條通信線（RX,TX,GND），因?yàn)槭褂媒^對(duì)電壓表示邏輯，由于干擾，導(dǎo)線電阻等原因，通訊距離不遠(yuǎn)，低速時(shí)幾

52、十米也是可以的。RS422，在RS232后推出，使用TTL差動(dòng)電平表示邏輯，就是兩根的電壓差表示邏輯，RS422定義為全雙工的，所以最少要4根通信線（一般額外地多一根地線），一個(gè)驅(qū)動(dòng)器可以驅(qū)動(dòng)最多10個(gè)接收器（即接收器為1/10單位負(fù)載），通訊距離與通訊速率有關(guān)系，一般距離短時(shí)可以使用高速率進(jìn)行通信，速率低時(shí)可以進(jìn)行較遠(yuǎn)距離通信，一般可達(dá)數(shù)百上千米。RS485，在RS422后推出，絕大部分繼承了422，主要的差別是RS485可以是半雙工的，而且一個(gè)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力至少可以驅(qū)動(dòng)32個(gè)接收器（即接收器為1/32單位負(fù)載），當(dāng)使用阻抗更高的接收器時(shí)可以驅(qū)動(dòng)更多的接收器。所以現(xiàn)在大多數(shù)全雙工485驅(qū)動(dòng)/接收器對(duì)都是標(biāo)：RS422/485的，因?yàn)槿p工RS485的驅(qū)動(dòng)/接收器對(duì)一定可以用在RS422網(wǎng)絡(luò)。（1）485通訊接口一個(gè)對(duì)通訊接口的硬件描述，它只需要兩根通訊線，既可以在兩個(gè)或兩個(gè)以上的設(shè)備之