【正文】 通 常 我 們 用 9 針 線 接 口 進(jìn) 行 通信 ， 實(shí) 際 上 只 用 到 TXD、 RXD、 GND 三 根 線 ， 單 端 傳 輸 方 式 ， 最 大 傳 輸 距 離 是 15 米 ， 最 大 傳 輸速 度 20Kbit/s， 具 有 串 行 傳 輸 只 需 要 一 根 傳 輸 線 即 可 ， 在 成 本 上 可 以 有 一 定 的 節(jié) 約 。但 是 典 型 的 RS232 信 號(hào) 在 正 負(fù) 電 平 之 間 擺 動(dòng) ， 在 發(fā) 送 數(shù) 據(jù) 時(shí) ， 發(fā) 送 端 的 驅(qū) 動(dòng) 器 輸 出 正 電 平 在+5～ +15V， 負(fù) 電 平 在 5～ 15V 之 間 。 當(dāng) 沒 有 數(shù) 據(jù) 傳 輸 時(shí) ， 線 上 未 TTL,從 開 始 傳 輸 數(shù) 據(jù) 到 結(jié) 束 ，線 上 電 平 從 TTL 電 平 到 RS232 電 平 再 返 回 TTL 電 平 。 接 收 器 典 型 的 正 工 作 電 平 再 +3～ +12V， 負(fù) 電平 在 3～ 12V。 由 于 發(fā) 送 電 平 和 接 收 電 平 的 差 僅 為 2V 到 3V， 所 以 共 模 抑 制 能 力 差 ， 再 加 上 雙 絞線 上 的 分 布 電 容 ， 其 傳 送 距 離 最 大 為 15M， 最 高 速 率 為 20Kbit/s。 由 于 RS232 用 于 一 對(duì) 收 發(fā) 設(shè) 備通 訊 ， 所 以 它 只 適 合 本 地 設(shè) 備 之 間 的 通 訊 。方 案 二 ： 采 用 RS485 串 行 總 線 方 式 ， 它 也 是 外 部 串 行 總 線 ， RS485 可 以 采 用 二 線 與 四 線 方式 ， 二 線 制 可 以 真 正 實(shí) 現(xiàn) 多 點(diǎn) 雙 向 通 訊 。 而 在 采 用 四 線 連 接 時(shí) ， 只 能 實(shí) 現(xiàn) 點(diǎn) 對(duì) 多 的 通 信 ， 也 就是 只 有 一 個(gè) 主 設(shè) 備 ， 其 他 全 為 從 設(shè) 備 。 它 的 特 點(diǎn) 是 輸 入 為 差 分 輸 入 方 式 ， 最 大 傳 輸 距 離 為 1200 米 ，最 大 傳 輸 速 率 為 10Mbit/s， 其 優(yōu) 點(diǎn) 是 在 RS232 基 礎(chǔ) 上 其 抗 干 擾 能 力 極 強(qiáng) ， 同 一 根 電 纜 線 的 數(shù) 據(jù) 傳輸 可 以 不 受 其 他 線 路 的 干 擾 ， 還 具 有 總 線 收 發(fā) 器 靈 敏 度 很 高 ， 能 檢 測 很 低 的 電 壓 （ 200mV） ， 在遠(yuǎn) 距 離 傳 輸 時(shí) 也 能 使 信 號(hào) 得 以 恢 復(fù) 。 RS485 的 接 口 信 號(hào) 電 平 較 RS232 低 ， 不 易 是 接 口 電 路 的 芯片 受 到 損 壞 。 由 于 RS485 的 種 種 優(yōu) 點(diǎn) ， 使 它 成 為 眾 多 工 程 師 的 首 選 串 行 接 口 。所 以 基 于 RS485 的 優(yōu) 點(diǎn) ， 本 設(shè) 計(jì) 也 采 用 方 案 二 作 為 通 信 方 式 。 ADM2852 的 選 擇RS485 電 路 總 體 上 可 以 分 為 隔 離 型 與 非 隔 離 型 。 隔 離 型 比 非 隔 離 型 在 抗 干 擾 、 系 統(tǒng) 穩(wěn) 定 性等 方 面 都 比 較 好 ， 但 有 一 些 要 求 比 較 低 的 場 合 也 可 以 用 非 隔 離 型 。為 防 止 電 磁 干 擾 或 者 電 源 尖 峰 脈 沖 干 擾 ， 所 以 盡 管 本 設(shè) 計(jì) 電 路 較 為 簡 單 ， 傳 輸 距 離 較 近 ，但 為 了 安 全 ， 選 用 隔 離 型 電 路 。ADM2582 是 高 集 成 度 數(shù) 據(jù) 收 發(fā) 器 ， 支 持 177。15 kVESD 保 護(hù) 及 信 號(hào) 和 電 源 隔 離 ， 該 器 件 適 合 用于 多 點(diǎn) 傳 輸 線 上 的 高 速 通 信 ， 內(nèi) 部 集 成 隔 離 式 DCDC 電 源 ， 無 需 外 加 DCDC 模 塊 。 采 用 5V 或 供 電 ， 實(shí) 現(xiàn) 完 全 集 成 的 信 號(hào) 與 電 源 隔 離 RS485 解 決 方 案 。 ADM2582 驅(qū) 動(dòng) 器 具 有 高 電 平 有 效使 能 特 性 ， 也 具 有 低 電 平 有 效 接 收 器 使 能 特 性 ， 禁 止 時(shí) 可 使 接 收 器 輸 出 進(jìn) 入 高 阻 抗 狀 態(tài) 。吉 林 化 工 學(xué) 院 信 息 與 控 制 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 綜 合 設(shè) 計(jì) 說 明 書 3 第 3 章 硬 件 電 路 設(shè) 計(jì)在 設(shè) 計(jì) 方 案 選 定 好 之 后 ， 需 要 對(duì) 整 個(gè) 系 統(tǒng) 的 實(shí) 現(xiàn) 過 程 有 個(gè) 具 體 的 思 考 分 析 ， 并 拿 出 一 個(gè) 具體 的 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 方 案 框 圖 ， 將 整 個(gè) 實(shí) 現(xiàn) 過 程 模 塊 化 ， 便 于 硬 件 電 路 的 設(shè) 計(jì) 和 分 工 焊 接 ， 便 于 硬 件 的檢 錯(cuò) 和 硬 件 的 調(diào) 試 。 圖 31， 便 是 選 定 的 方 案 一 的 系 統(tǒng) 實(shí) 現(xiàn) 框 圖 。采集電路A/D轉(zhuǎn)換單片機(jī)RS485PC機(jī)組態(tài)界面3 . 3 V 直流電源 圖 31 工 作 流 程 圖 RS484 通 信 電 路 圖RS485 數(shù) 據(jù) 信 號(hào) 采 用 差 分 傳 輸 方 式 ， 也 稱 作 平 衡 傳 輸 ， 它 使 用 一 對(duì) 雙 絞 線 ， 將 其 中 一 線 定義 為 A， 另 一 線 定 義 為 B。 RS485 可 以 采 用 二 線 與 四 線 方 式 ， 二 線 制 可 實(shí) 現(xiàn) 真 正 的 多 點(diǎn) 雙 向 通 信 。RS485 總 線 ， 在 要 求 通 信 距 離 為 幾 十 米 到 上 千 米 時(shí) ， 廣 泛 采 用 RS485 串 行 總 線 標(biāo) 準(zhǔn) 。 RS485 采用 平 衡 發(fā) 送 和 差 分 接 收 ， 因 此 具 有 抑 制 共 模 干 擾 的 能 力 。 加 上 總 線 收 發(fā) 器 具 有 高 靈 敏 度 ， 能 檢測 低 至 200mV 的 電 壓 ， 故 傳 輸 信 號(hào) 能 在 千 米 以 外 得 到 恢 復(fù) 。 RS485 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 。 RS485 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 RS485 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 。 RS485 驅(qū) 動(dòng) 器 可 以 用 在 RS422 網(wǎng) 絡(luò) 中 應(yīng) 用 。 RS485 的 最 大 傳 輸 距 離 約為 1219 米 ， 最 大 傳 輸 速 率 為 10Mbps。 平 衡 雙 絞 線 的 長 度 與 傳 輸 速 率 成 反 比 ， 在 100Kbps 速 率 以下 ， 才 可 能 使 用 規(guī) 定 最 長 的 電 纜 長 度 。 只 有 在 很 短 的 距 離 下 才 能 獲 得 最 高 速 率 傳 輸 。 一 般 100 米長 雙 絞 線 最 大 傳 輸 速 率 僅 為 1Mbps。在 短 距 離 的 信 息 傳 輸 過 程 中 ， 可 以 忽 略 大 部 分 的 干 擾 ， 即 可 以 不 使 用 雙 絞 線 。 在 沒 有 強(qiáng) 干擾 的 影 響 時(shí) ， 信 號(hào) 傳 輸 的 終 端 也 可 以 不 加 抗 共 模 干 擾 的 電 阻 。 有 的 情 況 ， 485 總 線 芯 片 的 供 電 電源 也 會(huì) 引 起 干 擾 ， 在 這 種 情 況 下 ， 需 要 對(duì) 供 電 電 源 進(jìn) 行 隔 離 ， 圖 33 所 示 的 電 路 就 是 消 除 電 源 干擾 的 一 種 電 路 設(shè) 計(jì) 方 案 ?；?于 Modbus 協(xié) 議 的 數(shù) 據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 4 圖 32 RS485 通 信 原 理 圖 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)如 下 圖 33 所 示 是 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng) 供 電 電 源本 次 設(shè) 計(jì) 采 用 +5V 電 源 供 電 ， 由 于 C8051F350 單 片 機(jī) 的 工 作 電 壓 范 圍 為 ， 所 以 選擇 作 為 電 源 穩(wěn) 壓 器 ， 輸 出 穩(wěn) 定 的 電 壓 為 單 片 機(jī) 和 ADM2582E 使 用 。 如 圖 34所 示 。GNX9IOUYZB/39。圖 33 單 片 機(jī) 最 小 系 統(tǒng)PKeap吉 林 化 工 學(xué) 院 信 息 與 控 制 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 綜 合 設(shè) 計(jì) 說 明 書 5 圖 34 系 統(tǒng) 電 源基 于 Modbus 協(xié) 議 的 數(shù) 據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 6 第 4 章 核 心 元 器 件 的 介 紹 C8051F350 微控制器C8051F350器 件 是 完 全 集 成 的 低 功 耗 混 合 信 號(hào) 片 上 系 統(tǒng) 型 MCU， 具 有 片 內(nèi) 上 電 復(fù) 位 、 VDD監(jiān) 視 器 、看 門 狗 定 時(shí) 器 和 時(shí) 鐘 振 蕩 器 的 C8051F41x器 件 是 真 正 能 獨(dú) 立 工 作 的 片 上 系 統(tǒng) 。 FLASH存 儲(chǔ) 器 還 具 有在 系 統(tǒng) 重 新 編 程 能 力 ， 可 用 于 非 易 失 性 數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ) ， 并 允 許 現(xiàn) 場 更 新 8051固 件 。 用 戶 軟 件 對(duì) 所 有 外設(shè) 具 有 完 全 的 控 制 ， 可 以 關(guān) 斷 任 何 一 個(gè) 或 所 有 外 設(shè) 以 節(jié) 省 功 耗 。 片 內(nèi) Silicon Labs 二 線 （ C2） 開 發(fā) 接 口 允 許 使 用 安 裝 在 最 終 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 上 的 產(chǎn) 品 MCU 進(jìn) 行 非 侵入 式 （ 不 占 用 片 內(nèi) 資 源 ） 、 全 速 、 在 系 統(tǒng) 調(diào) 試 。 調(diào) 試 邏 輯 支 持 觀 察 和 修 改 存 儲(chǔ) 器 和 寄 存 器 ， 支持 斷 點(diǎn) 、 單 步 、 運(yùn) 行 和 停 機(jī) 命 令 。 在 使 用 C2 進(jìn) 行 調(diào) 試 時(shí) ， 所 有 的 模 擬 和 數(shù) 字 外 設(shè) 都 可 全 功 能 運(yùn)行 。 兩 個(gè) C2 接 口 引 腳 可 以 與 用 戶 功 能 共 享 ， 使 在 系 統(tǒng) 調(diào) 試 功 能 不 占 用 封 裝 引 腳 。每 種 器 件 都 可 在 工 業(yè) 溫 度 范 圍 （ 45℃ 到 +85℃ ） 內(nèi) 用 的 電 壓 工 作 。 端 口 I/O 和/RST 引 腳 都 容 許 5V 的 輸 入 信 號(hào) 電 壓 。 C8051F350/1/2/3 采 用 28 腳 QFN （ 也 稱 為 MLP 或MLF）封 裝 或 32 腳 LQFP 封 裝 。 如 圖 41 所 示圖 41 C8051F350 頂 視 圖吉 林 化 工 學(xué) 院 信 息 與 控 制 工 程 學(xué) 院 專 業(yè) 綜 合 設(shè) 計(jì) 說 明 書 7 24 或 16 位 模 /數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 (ADC0)C8051F350/1/2/3內(nèi)部有一個(gè)全差分24位(C8051F350/1)或16位(C8051F352/3)SigmaDelta的數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC),該ADC具有在片校準(zhǔn)功能。兩個(gè)獨(dú)立的抽取濾波器可被編程到1KHz的樣率。,也可以用差分外部基準(zhǔn)進(jìn)行比率測量。ADC0中包含個(gè)可編程增益放大器,有8種增益設(shè)置,最大增益可達(dá)128倍。模擬多路選擇器將ADC的差輸入與8個(gè)外部引腳及內(nèi)部溫度傳感器相連。可以使用內(nèi)部輸入緩沖器為直接連接的變送器供高輸入阻抗。一個(gè)8位的偏移DAC允許修正較大的輸入偏移電壓。 端口輸入/輸出C8051F350/1/2/3有17個(gè)I/O引腳(兩個(gè)8位口和一個(gè)1位口)。C8051F350/1/2/3端口的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051相似,但有一些改進(jìn)。每個(gè)端口引腳都可以被配置為模擬輸入或數(shù)字I/O引腳。被選擇作為數(shù)字I/O的引腳還可以被配置為推挽或漏極開路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止以節(jié)省功耗。數(shù)字交叉開關(guān)允將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到端口I/O引腳。可通過設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的計(jì)數(shù)器/定時(shí)器、串行總線、硬件中斷或其它數(shù)字信號(hào)配置為出現(xiàn)在端口I/O引腳。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用端口I/O和所需要的模擬和數(shù)字資源的組合。 電 壓 基 準(zhǔn) 選 擇C8051F350 有 兩 個(gè) 電 壓 基 準(zhǔn) 選 項(xiàng) ： 內(nèi) 部 參 考 電 壓 或 外 部 參 考 電 壓 。 ADC0CF 寄 存 器 中 的 AD0VREF 位 選 擇 基 準(zhǔn) 源 。 內(nèi) 部 電 壓 基 準(zhǔn) 電 路 包 含 一 個(gè) 、 溫 度 性 能 穩(wěn) 定 的 帶 隙 電 壓 基 準(zhǔn) 發(fā) 生 器 和 一 個(gè) 兩 倍 增 益 的輸 出 緩 沖 放 大 器 ， 產(chǎn) 生 的 電 壓 基 準(zhǔn) 。 當(dāng) 內(nèi) 部 電 壓 基 準(zhǔn) 被 使 用