【正文】 .................................................................................. 10 A/D 轉(zhuǎn)換裝置 .................................................................................................. 14 D/A 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換電路 .................................................................................................. 25 電壓電流變換電路 ........................................................................................ 26 D/A 轉(zhuǎn)換電路 ................................................................................................. 28 第五章 系統(tǒng)軟件設計 ............................................................................................................ 30 系統(tǒng)初始化和主程序 ............................................................................................... 30 數(shù)據(jù)采集 和處理部分的設計 ................................................................................... 31 數(shù)據(jù)采集 ........................................................................................................ 31 A/D 轉(zhuǎn)換子程序 .............................................................................................. 33 數(shù)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(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） VI 參 考 文 獻 ............................................................................................................................ 40 附錄 A 系統(tǒng)硬件連接圖 ................................................................................................... 41 附錄 B 程序源代碼 ........................................................................................................... 42 致 謝 ................................................................................................................................ 55 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 1 第一章 引 言 概述 在目前許多的單片機應用系統(tǒng)中，通常進行一些 信號的采集 ， 根據(jù)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(shù)轉(zhuǎn)換器將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)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。 前者利用單片機內(nèi)部的定時器，只需通過軟件編程就可以實現(xiàn) 對數(shù)據(jù)的采集 ，具有性價比高、接口電路 簡單 等優(yōu) 點，但時間控制精度受到晶振頻率和所選擇的數(shù)據(jù)傳輸方式等方面的影響，從而導致精度不高；而后者是利用 光電耦合器的去除干擾等特點 ，它具 有 使用靈活 和 誤差較小等優(yōu)點。本文就以 TLC0832為例，詳細介紹了 模數(shù)轉(zhuǎn)換器 在單片機應用系統(tǒng)中的應用。 同時介紹了 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器以及光電耦合器在單片機中的應用。 另外，為了實現(xiàn)上位機與單片機的通信，本設計采用了 RS485，它是一個串口通信總線的通用接口芯片。在本地端 RS485，具有讀 、 寫 、 片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機系統(tǒng)總線上。 智能測控系統(tǒng)的功能 本 智能測控系統(tǒng)實際上是標準信號，主要是電量的智能測控系統(tǒng)，被測參數(shù)包括兩路模擬信號及一路開關信號，要求能按定時和隨機兩種方式完成上述參數(shù)的采集并傳送至上位系統(tǒng)。 測控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢 測控技術的發(fā)展與航天技術的發(fā)展息息相關。自 20世紀 90年代以來，國際航天技術內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 2 出現(xiàn)了蓬勃發(fā)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(fā)展自己的載人航天技術，以求開發(fā)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(fā)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(wèi)星大規(guī)模地進入了應用衛(wèi)星時代，為了拓寬衛(wèi)星應用的領域，從而促進了小衛(wèi)星蓬蓬勃勃地發(fā)展。這些舉世矚目的航天技術成就牽引了測控技術的發(fā)展，相應地在 80— 90年代，測控技術的發(fā)展出現(xiàn)了幾項突出的成就，一是跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng) （ TDR5S） 的建成，實現(xiàn)了天基測控；二是美國的 GPS和蘇聯(lián) GUNSS的投入使用，形成了天基導航網(wǎng)；三是深空測控通信的發(fā)展。 單片機的技術發(fā)展史 單片機誕生于 20 世紀 70 年代末，經(jīng)歷了 SCM、 MCU、 SOC 三大階段。 即單片微型計算機（ Single Chip Microputer）階段，主要是尋求最佳的單片形態(tài)嵌入式系統(tǒng)的最佳體系結構。 “ 創(chuàng)新模式 ” 獲得成功，奠定了 SCM 與通用計算機完全不同的發(fā)展道路。在開創(chuàng)嵌入式系統(tǒng)獨立發(fā)展道路上， Intel 公司功不可沒。 （ Micro Controller Unit）階段，主要的技術發(fā)展方向是：不斷擴展?jié)M足嵌入式應用時，對象系統(tǒng)要求的各種外圍電路與接口電路，突顯其對象的智能化控制能力。它所涉及的領域都與對象系統(tǒng)相關，因此，發(fā)展 MCU 的重任不可避免地落在電氣、電子技術廠家。從這一角度來看， Intel 逐漸淡出 MCU的發(fā)展也有其客觀因素。在發(fā)展 MCU 方面，最著名的廠家當數(shù) Philips 公司。 Philips 公司以其在嵌入式應用方面的巨大優(yōu)勢，將 MCS51 從單片微型計算機迅速發(fā)展到微控制器。因此，當我們回顧嵌入式系統(tǒng)發(fā)展道路時，不要忘記 Intel 和 Philips 的歷史功績。 ，向 MCU 階段發(fā)展的重要因素，就是尋求應用系統(tǒng)在芯片上的最大化解決；因此，專用單片機的發(fā)展自然形成了 SOC 化趨勢。隨內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 3 著微電子技術、 IC 設計、 EDA 工具的發(fā)展，基于 SOC 的單片機應用系統(tǒng)設計會有較 大的發(fā)展。因此，對單片機的理解可以從單片微型計算機、單片微控制器延伸到單片應用系統(tǒng)。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 4 第二章 系統(tǒng)方案設計 設計內(nèi)容 測控系統(tǒng)由控制中心和現(xiàn)場檢測兩部分組成 。 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(chǎn)的 AT89C51，串口通信模塊選擇 RS485總線， A/D轉(zhuǎn)換器選擇 TLC0832， D/A轉(zhuǎn)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(xiàn)模擬量和開關量的采集和輸出。 用單片機 AT89C51作為核心微控制器，控制采集由現(xiàn)場熱工儀表輸 出的 4～ 20mA標準電流信號。其中電流信號須經(jīng)過 I/V變換電路，將其變換成 0～ 5V標準電壓信號然后再經(jīng)過 TLC0832轉(zhuǎn)換器將電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，這樣單片機才能采集。同時在本設計中，單片機還要采集另外一個信號即是開關信號，在開關信號進入單片機之前須通過光電耦合器對開關信號進行去除干擾。由單片機輸出的數(shù)字信號也得經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器 DAC0832將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，然后再經(jīng)過 V/I轉(zhuǎn)換電路 將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號然后再去控制現(xiàn)場 執(zhí)行機構 。為了實現(xiàn)上 、下位機之間的通信本設計采用了 RS485總線， 它是一個串口 通信總線的通用接口芯片。在本地端 RS485，具有讀 、 寫 、 片選控制線以及中斷輸出，可以方便地掛接到單片機系統(tǒng)總線上。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(xiàn)的。 單片機 AT89C51控制數(shù)據(jù)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。 系統(tǒng)組成 數(shù)據(jù)采集模塊 本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集主要包括模擬量的采集和開關量的采集。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)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(zhuǎn)換成標準的電壓信號以及選用 TLC0832作為模數(shù)轉(zhuǎn)換器，然后選用 AT89C51做為控制器，當采集 的電壓信號越限時現(xiàn)場報警。 開關量的采集選用 AT89C51單片機，在開關量進入單片機以前須采用光電耦合器去除干擾。單片機采集開關量是采用中斷指令采集的。 串口通信模塊 串口通信模塊是單片機通過串口與上位機連接，本設計串口總線選用的是 RS485總線。使用串口總線然后再經(jīng)過一個電平轉(zhuǎn)換，單片機可以直接與上位機進行通信。AT89C51以串口中斷服務指令讀取上位機發(fā)送的信息，并以串口數(shù)據(jù)發(fā)送指令向上位機發(fā)送數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)上、下位機的通信。 數(shù)據(jù)輸出模塊 數(shù)據(jù)輸出模塊 的 設計主要是單片機通過 DAC0832數(shù)模轉(zhuǎn)換器和 V/I變換電路輸出控制信號去控制現(xiàn)場 執(zhí)行機構 。 內(nèi)蒙古科技大學畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文） 6 第三章 方案設計應注意的問題 總體設計（功能設計） 本次設計主要是通過單片機的內(nèi)部處理及外圍芯片的配合用軟件來實現(xiàn)智能的測控系統(tǒng)。 在單片機內(nèi)部利