【正文】 ............................ 41 從機系統(tǒng)初始化 .................................................................................. 43 RS485 總線的程序設(shè)計 ................................................................................. 45 繼電器控制程序的設(shè)計 ................................................................................ 46 2 路 DA 輸出控制程序設(shè)計 .......................................................................... 46 3 路 AD 采集程序設(shè)計 .................................................................................. 47 本章小結(jié) ........................................................................................................ 50 5 總結(jié)與展望 .............................................................................................................. 51 總結(jié) ................................................................................................................ 51 展望 ................................................................................................................ 51 謝 辭 .......................................................................................................................... 53 參考文獻 ...................................................................................................................... 54 附件一 電路原理圖 .................................................................................................... 56 附件二 PCB 圖 ........................................................................................................... 59 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 1 頁 共 59 頁 1 緒 論 研究的背景與意義 數(shù)據(jù)采集與控制技術(shù)是信息科學(xué)的重要分支之一，它研究數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理以及控制等問題。本文首先對涉及的 RS485 協(xié)議進行介紹，其次會給出遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制系統(tǒng)的硬件設(shè)計方案，硬件設(shè)計中包括 單片機應(yīng)用電路、電源穩(wěn)壓電路、AD采集電路、 DA電路、 RS485接口電路、繼電器控制電路幾個部分的硬件 電路設(shè)計。 南華大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計 (論文 ) 題 目 基于 RS485 的遠(yuǎn)程采 集與控制器設(shè)計 專業(yè)名稱 通 信 工 程 論文 (設(shè)計 ) 內(nèi)容及要求： 一、 論文內(nèi)容 ，主要包括處理器最小系統(tǒng)、 3 路 AD/DA 采集電路、組繼電器控制電路、 RS485 通信電路等； 2. 完成軟件程序的編寫，主要包括系統(tǒng)初始化、 AD/DA 驅(qū)動、 485 通信協(xié)議等； 能夠通過 RS485 遠(yuǎn)程通信采集 3 路節(jié)點信號，并能反饋 2 路模擬控制量。 本文設(shè)計的目的是實現(xiàn) 3路數(shù)據(jù)采集處理， 2路數(shù)據(jù)反饋裝置， 2路繼電器控制遠(yuǎn)程控制。 remote munications。 近年來，大規(guī)模集成電路的飛速發(fā)展，計算機 技術(shù)不斷地推廣應(yīng)用，傳統(tǒng)的儀器儀表、數(shù)字測量技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方面升華到一個全新的階段 [2]。由于形式復(fù)雜和多樣，問題和實用性也比較多，許多技術(shù)目的單一，并不成系統(tǒng)。 DAS 系統(tǒng)在硬件配置上的獨特要求 ,在進行具體結(jié)構(gòu)設(shè)計時應(yīng)綜合考慮各種因素以滿足用戶的需求 [7， 8]。串行總線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)向分布式系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和智能化方向發(fā)展。 國內(nèi)自九十年代初開始研制遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)系統(tǒng)，由于中國的實際國情，長期一直沒有相應(yīng)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。程序設(shè)計為硬件服務(wù)，說明時畫出流程圖，以增強程序可讀性。 方案（一）： 以 ARM 處理器為控制核心，優(yōu)點是系統(tǒng)外設(shè)豐富，可以節(jié)省大量的外圍設(shè)備及布線面積。非常適合點對點的通訊。整個系統(tǒng)分為兩個部分：主機部分與從機部分。然后根據(jù)本文任務(wù)要求對系統(tǒng)方案進行論證。為了解決上述問題， RS485/422 通訊方式就應(yīng)運而生了。由于EIA 提出的建議標(biāo)準(zhǔn)都是以 ―RS‖作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標(biāo)準(zhǔn)以 RS 作前綴稱謂。6V 177。在此區(qū)域內(nèi)的信號處理將由通訊接口的 RS232 收發(fā)器決定。 圖 RS485 發(fā)送器的示意圖 圖 RS485 接收器的示意圖 通常情況下，發(fā)送發(fā)送器 A、 B 之間的正電平在 +2～ +6V，是一個邏輯狀態(tài)；負(fù)電平在 2～ 6V，是另一個邏輯狀態(tài)。 定義邏輯 1（正邏輯電平）為 B＞ A 的狀態(tài)，邏輯 0為 A＞ B 的狀態(tài)， A、 B 之間的壓差不小于 200mV。一般來說， 15 米長雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。 在過去的 20 年時間里，建議性標(biāo)準(zhǔn) RS485 作為一種多點差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。 下面將 分別 對 ModBus 協(xié)議 (RTU 模式 ) 、多 功能 電能 表通訊 規(guī)約(DL/T6451997)進行簡單介紹。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時間，這是最容易實現(xiàn)的 (如圖 124 的 T1T2T3T4 所示 )。如果在幀完成之前有超過 個字符時間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。 例如：從一個主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼： 0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進制 03H） 對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)同樣的功能代碼。 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 起始位 0 8位數(shù)據(jù) D0～ D7 偶校驗位 停止位 1 傳送方向從低到高位，一個起始位、一個停止位、一個偶校驗位、 8 位數(shù)據(jù)位，總共 11位。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。 在該系統(tǒng)中，單片機是整個系統(tǒng)的核心，整個系統(tǒng)運行的控制由單片機進行處理。 2．工作電壓： ~（ 5V 單片機） /~（ 3V 單片機）。 10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶振 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路）。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 19 頁 共 59 頁 ： PDIP28， SOP28， PDIP20， SOP20， PLCC32,TSSOP20(超小封狀 ，定貨 )本系統(tǒng)采用的是 POSP28 封裝單片機。如 7805 的輸出電壓是 5V，但實際電壓可能是 到 ，用戶需要精度要求比較高的話，可在出廠時將實際測出的工作電壓值記錄在單片機內(nèi)部的 EEPROM 里面，以供計算。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 圖 RS485 接口電路 本系統(tǒng)采用的 MAX485 接口芯片是 Maxim 公司的一種 RS485 芯片。半雙工的通信方式可以實現(xiàn)多節(jié)點的對等通信網(wǎng)絡(luò)。 6N137 引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖 37 所示。 信號從腳 2 和腳 3 輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流 電壓轉(zhuǎn)換后送到與門的一個輸入端，與門的另一個輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 25 頁 共 59 頁 2路 DA轉(zhuǎn)換電路 TLC5615簡介 本系統(tǒng)的 2路 DA轉(zhuǎn)化電路都用到了 TLC5615芯片， TLC5615是一個串行 10 位 DAC芯片，性能比早期電流型輸出的 DAC要好。發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號輸出，由于沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號，又有隔離干擾的作用。除此之外， 6N137 還具有一個控制端 ,通過對該端的控制 , 可使 光耦 輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。為了提高信噪比，抑制系統(tǒng)中噪聲對模擬和 AD 電路的干擾，本系統(tǒng)的 MAX485 接口電路中單片機串行數(shù)據(jù)接收端 RXD、單片機串行數(shù)據(jù)發(fā)送端 TXD 與 MAX485使能端 RS485E 分別先連接到 6N137 光耦合器上。從圖中可以看出， MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部包含有一個驅(qū)動器和接收器，RO 和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機連接時只需分別與單片機的 RXD 和 TXD 相連即可； RE____ _和 DE 端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng) RE____ _為邏輯 0 時，器件處于 接收狀態(tài)；當(dāng) DE 為邏輯 1 時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因為 MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機的一個管腳控制這兩個引腳即可； A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端，當(dāng) A 引腳的電平高于 B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A 引腳的電平低于 B 時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。電路的工作原理為：12V 接入后，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 IN 和 GND 兩端形成一個并不十分穩(wěn)定的直流電壓。電源模塊電路如 圖 所示。 共 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。 14． ADC， 10 位精度 ADC，共 8 路。 6．通過 I/O 口（ 27/23 個），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏。 AD 電路負(fù)責(zé) 3 路節(jié)點信號的采集工作， DA 電路負(fù)責(zé) 2 路模擬控制量的反饋工作。接下來的系統(tǒng)軟件設(shè)計和硬件設(shè)計都是基于 RS485 通信協(xié)議設(shè)計的。 前導(dǎo)字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送 1 個或多個字節(jié) FEH，以喚醒接收方。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項的數(shù)目，域中實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。當(dāng) Modbus 協(xié)議用于更高水平的網(wǎng)絡(luò)，廣播可能不允許或以其它方式代替。當(dāng)?shù)谝粋€域（地址域）接收到，每個設(shè)備都進行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認(rèn)消息內(nèi)容是否可用 。 查詢： 查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功 能。由于RS485 標(biāo)準(zhǔn)是基于 PC 的 UART 芯片上的處理方式，因 此，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù)單元的格式（ 8N1 格式）： 1 位邏輯 0 的起始位， 6/7/8 位數(shù)據(jù)位，1 位可選擇的奇 (ODD)/偶 (EVEN)校驗位， 1/2 位邏輯 1 的停止位。在矩距離、或低波特率波數(shù)據(jù)傳輸時可不需終端匹配電阻，即一般在 300 米以下、 19200bps 不需終端匹配電阻。 V 發(fā)送器負(fù)載（歐姆） 60Ω 最大發(fā)送器數(shù)量 32 單位負(fù)載 最大接收器數(shù)量 32 單位負(fù)載 RS485 標(biāo)準(zhǔn)的最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率為 10Mbps。 對于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將 AA與 BB 對應(yīng)相連。 電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）于 1983 年制訂并發(fā)布 RS485 標(biāo)準(zhǔn)，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會（ TIA）修訂后命名為 TIA/EIA485A，習(xí)慣地稱之為 RS485 標(biāo)準(zhǔn)。200mV 177。 表格 列出了 RS23 RS42 RS485 通訊方式的區(qū)別。 RS422是由 RS232 發(fā)展而來，它是為彌補 RS232 之不足而提出的。 第五章：對全文進行總結(jié)，分析文章的創(chuàng)