【文章內(nèi)容簡介】 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具有在片校準功能。兩個獨立的抽取濾波器可被編程到 1KHz的樣率?？梢允褂脙?nèi)部的 ,也可以用差分外部基準進行比率測量。 ADC0中包含個可編程增益放大器 ,有 8種增益設(shè)置 ,最大增益可達 128倍。模擬多路選擇器將ADC的差輸 入與 8個外部引腳及內(nèi)部溫度傳感器相連?？梢允褂脙?nèi)部輸入緩沖器為直接連接的變送器供高輸入阻抗。一個 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 I/O引腳 (兩個 8位口和一個 1位口 )。 C8051F350/1/2/3端口的工作情況與標準 8051相似 ,但有一些改進。每個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。在標準 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?？赏ㄟ^設(shè)置交叉開關(guān)控制寄存器將片內(nèi)的計數(shù)器 /定時器、串行總線、硬件中斷或其它數(shù)字信號配置為出現(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。 C8051F350 有兩個電壓基準選項：內(nèi)部 參考電壓或外部參考電壓。 ADC0CF 寄存器中的 AD0VREF 位選擇基準源。 內(nèi)部電壓基準電路包含一個 、溫度性能穩(wěn)定的帶隙電壓基準發(fā)生器和一個兩倍增益的輸出緩沖放大器，產(chǎn)生 壓基準。 當內(nèi)部電壓基準被使用時， 它被驅(qū)動輸出到 VREF+引腳，此時 VREF引腳被接到 AGND。通過將寄存器 ADC0MD 中的 AD0EN 位置‘ 1’和將寄存器 ADC0CF中的 AD0VREF 位清‘ 0’來使能內(nèi)部電壓基準。 當內(nèi)部振蕩器被使能時，內(nèi)部振蕩器的偏壓發(fā)生器被自動使能。 REF0CN 中的 BIASE 位也可以用于在內(nèi)部振蕩器未被使能使能的情況下來使能內(nèi)部振蕩器的偏壓發(fā)生器。類似地，寄存器 REF0CN中的 REFBE 位可用于使能內(nèi)部帶隙基準發(fā)生器，該帶隙基準發(fā)生器為 ADC、 IDAC、時鐘乘法器和內(nèi)部電壓基準所用。 ADC 的電壓基準由寄存器 ADC0CF中的 ADC0VREF 選擇。當 ADC0VREF位被置‘ 1’時， ADC 使用外部電壓基準源；當 ADC0VREF 位被清‘ 0’時， ADC使用內(nèi)部基準。 定時器 C8051F350內(nèi)部有 4個 16位計數(shù)器 /定時器：其中兩個與標準 8051 中的計數(shù)器 /定時器兼容，另外兩個是 16 位自動重裝載定時器，可用于其他外設(shè)或作為通用定時器使用。這些定時器可以用于測量時間間隔，對外部事件計數(shù)或產(chǎn)生周期性的中斷請求。定時器 0和定時器 1幾乎完 全相同，有四種工作方式。定時器 2和定時器 3均可作為一個 16位或兩個 8位自動重裝載定時器。定時器2 和定時器 3還具有 smaRTClock捕捉方式，可用于測量 smaRTClock時鐘（相對于另一振蕩器 ） 基于 Modbus 協(xié)議的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 8 第 5 章 系統(tǒng)電源 本次綜合設(shè)計 中介紹的直流穩(wěn)壓電源一般是線性穩(wěn)壓電源 , 它是 將起 電壓調(diào)整的作用 器件始終工作在線性放大區(qū)，由 50Hz 工頻變壓器、整流器、濾波器和串聯(lián)調(diào)整穩(wěn)壓器組成。 它的基本工作原理為：工頻交流電源經(jīng)過變壓器降壓、 整流、濾波 、再次濾波 后成為一穩(wěn)定的直流電 源 。圖中其余部分是起電壓調(diào)節(jié)，實現(xiàn)穩(wěn)壓作 用的控制部分。電源接上負載后，通過采樣電路獲得 輸出 電壓，將此 輸出 電壓與基準電壓進行比較 。 如果輸出電壓小于基準電壓，則將誤差值經(jīng)過放大電路放大后送入調(diào)節(jié)器的輸入端，通過調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)使輸出電壓增加，直到與基準值相等；如果輸出電壓大于基準電壓，則通過調(diào)節(jié)器使輸出減小 ，最后直至與基準電壓相等 。 這種穩(wěn)壓電源具有優(yōu)良的紋波及動態(tài)響應(yīng)特性 。 此次 設(shè)計所用到的電源是 ，此電源是在 +5V電源的基礎(chǔ)上用一個 HT7133穩(wěn)壓芯片將電壓穩(wěn)在 ，以達到單片機和 ADM2582供電制要求。電路圖如圖 51所示 圖 51 系統(tǒng)電源 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計說明書 9 第 6 章 軟件設(shè)計 編程軟件 Keil C51 是美國 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容單片機 C 語言軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51 軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全 Windows 界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到 Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。下面詳細介紹 Keil C51 開發(fā)系統(tǒng)各部分功能和使用。 我 們用開發(fā)軟件 Keil uVision3 來編寫、修改所需程序和下載程序到單片機運行。其下介紹 Keil uVision3 的使用步驟： Keil uVision3，得到主畫面 ，如圖 61所示 ： 2. 新建界面 Projectnew project，如圖 62 所示 ： ，如 圖 63 所示 ： 圖 61 Keil uVision3基本畫面 圖 62 KeiluVision3 的新建界面 基于 Modbus 協(xié)議的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 10 文件的創(chuàng)建和添加，如 圖 64所示 ： 編程語言的介紹 C 語言 [1]是一種面向過程的計算機 程序設(shè)計語言 ，它是目前眾多 計算機語言 中舉世公認的優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)程序設(shè)計語言之一。它由美國 貝爾 研究所 1972年推出。 1978后， C語言已先后被移植到大、中、小及微型機上。 C語言發(fā)展如 此迅速，而且成為最受歡迎的語言之一，主要因為它具有強大的功能。許多著名的 系統(tǒng)軟件 ，如 DBASE Ⅳ都是由 C 語言編寫的。用 C 語言加上一些匯編語言子程序，就更能顯示 C 語言的優(yōu)勢了，像 PC DOS 、 WORDSTAR等就是用這種方法編寫的。 C 語言主要有以下特點： 圖 63 單片機的選擇界面 圖 64 添加 C文件 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計說明書 11 C是中級語言。它把 高級語言 的 基本結(jié)構(gòu)和語句與低級語言的實用性結(jié)合起來。 C 語言可以像匯編語言一樣對位、字節(jié)和地址進行操作， 而這三者是 計算機 最基本的工作單元。 C 是結(jié)構(gòu)式語言。結(jié)構(gòu)式語言的顯著特點是 代碼 及數(shù)據(jù)的分隔化，即程序的各個部分除了必要的信息交流外彼此獨立。這種結(jié)構(gòu)化方式可使程序?qū)哟吻逦?，便于使用、維護以及調(diào)試。 C 語言是以 函數(shù)形式提供給用戶的，這些函數(shù)可方便的調(diào)用，并具有多種循環(huán)、條件語句控制程序流向，從而使程序完全結(jié)構(gòu)化。 C 語言功能齊全。具有各種各樣的 數(shù)據(jù)類型 ，并引入了 指針 概念，可使程序效率更高。另外 C語言也具有強大的圖形功能，支持多種顯示器和驅(qū)動器。而且計算功能、 邏輯判斷 功能也比較強大，可以實現(xiàn)決策目的的游戲。 C語言適用范圍大。適合于多種 操作系統(tǒng) ，如 Windows、 DOS、 UNIX等等；也適用于多種機型。 C語言對編寫需要 硬件 進行操作的場合，明顯優(yōu)于其它解釋型高級語言，有一些大型 應(yīng)用軟件也是用 C語言編寫的。 C語言具有繪圖能力強，可移植性，并具備很強的數(shù)據(jù)處理能力，因此適于編寫系統(tǒng)軟件， 三維 ， 二維 圖形和動畫。它是 數(shù)值計算 的高級語言。 基于 C 語言的這些特點，我們選用 C 語言來作為編程語言。 組態(tài)王軟件 組態(tài)王開發(fā)監(jiān)控 系統(tǒng)軟件 ，是新型的工業(yè) 自動控系統(tǒng) ，它以標準的工業(yè)計算機軟、硬件平臺構(gòu)成的集成系統(tǒng)取代傳統(tǒng)的封閉式系統(tǒng)。 它具有適應(yīng)性強、開放性好、易于擴展、經(jīng)濟、開發(fā)周期短等優(yōu)點。通常可以把這樣的系統(tǒng)劃分為控制層、監(jiān)控層、管理層三個層次結(jié)構(gòu)。其中監(jiān)控層對下連接控制層，對上連接管理層，它不但實現(xiàn)對現(xiàn)場的實時監(jiān)測與控制，且在自動控制系統(tǒng)中完成上傳下達、組態(tài)開發(fā)的重要作用。尤其考慮三方面問題：畫 面、數(shù)據(jù)、動畫。通過對監(jiān)控系統(tǒng)要求及實現(xiàn)功能的分析，采用組態(tài)王對監(jiān)控系統(tǒng)進行設(shè)計。 組態(tài) 也為試驗者提供了可視化監(jiān)控畫面，有利于試驗者實時現(xiàn)場監(jiān)控。而且，它能充分利用 Windows 的圖形編輯功能，方便地構(gòu)成監(jiān)控畫面，并以動畫方式顯示控制設(shè)備的狀態(tài)，具有報警窗口、實時趨勢 曲線 等，可便利的生成各種報表。它還具有豐富的 設(shè)備驅(qū)動程序 和靈活的組態(tài)方式、數(shù)據(jù)鏈接功能。 下面介紹組態(tài)監(jiān)控界面的建立，其步驟如下： 1. 雙擊 組態(tài)王 ，得到主畫面 ，啟動“組態(tài)王”工程管理器（ ProjManager） ，選擇菜單“文件 \新建工程”或單擊“新建”按鈕，彈出如圖 64所示 基于 Modbus 協(xié)議的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 12 ，按照步驟進行建立工程和存檔，直到出現(xiàn)如下界面則創(chuàng)建成功。如圖 65所示 圖 65 建立工程完成 ，選擇數(shù)據(jù)傳輸波特率等相關(guān)參數(shù)。如圖 66 所示 圖 64 新建工 程界面 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計說明書 13 圖 66 設(shè)置串口 COM2，新建 I/O設(shè)備，按照提醒設(shè) 置需要的參數(shù)。如圖 67所示 圖 67 設(shè)備配置向?qū)? ，單擊畫面，出現(xiàn)新建畫面，根據(jù)操作手冊進行畫面建立。如圖 68所示 基于 Modbus 協(xié)議的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng) 14 圖 68 新畫面 吉林化工學(xué)院信息與控制工程學(xué)院專業(yè)綜合設(shè)計說明書 15 第 7 章 結(jié)論 本設(shè)計運用組態(tài)王和 C8051F3500 單片機及 ADM2582 設(shè)計的一個簡單、實用、測量精度高的電壓采集和組態(tài)監(jiān)控畫面系統(tǒng)，它可以把溫度測量精度控制在177。 。 在這次硬件課程設(shè)計過程中，我得到了童老師 和王老師悉心的指導(dǎo)，是我在短期內(nèi)學(xué)會了MODBUS 通信協(xié)議和 CRC校驗的計算 方法，以及組態(tài)王上位機與下位機通信的參數(shù) 設(shè)定。 通過這次畢業(yè)設(shè)計，使我深刻地認識到學(xué)好專業(yè)知識的重要性，也理解了理論聯(lián)系實際的含義，并且檢驗了 這一年 年的學(xué)習(xí)成果。雖然在這次設(shè)計中對于知識的運用和銜接還不夠熟練。但是我將在以后的工作和學(xué)習(xí)中繼續(xù)努力、不斷完善。這三 星期 的設(shè)計是對過去所學(xué)知識的系統(tǒng)提高和擴充的過程，為今后的發(fā)展打下了良好的基礎(chǔ)。