【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。、。 TLP5214引腳 TLP5214原理圖光電耦合器是以光為媒介傳輸電信號(hào)的一種電光電轉(zhuǎn)換器件。它由發(fā)光源和受光器兩部分組成。把發(fā)光源和受光器組裝在同一密閉的殼體內(nèi)，彼此間用透明絕緣體隔離。發(fā)光源的引腳為輸入端，受光器的引腳為輸出端。 在光電耦合器輸入端加電信號(hào)使發(fā)光源發(fā)光，光的強(qiáng)度取決于激勵(lì)電流的大小，此光照射到封裝在一起的受光器上后，因光電效應(yīng)而產(chǎn)生了光電流，由受光器輸出端引出，這樣就實(shí)現(xiàn)了電光電的轉(zhuǎn)換。在本設(shè)計(jì)的電路中，光電耦合的輸入引腳接撥動(dòng)開關(guān)，輸出引腳接74HC541緩沖器 TLP5214電路圖 輸入模塊在輸入模塊中，本次設(shè)計(jì)用的是八位三態(tài)同相輸出總線緩沖器74HC541芯片，它能很好的將外設(shè)送來(lái)的數(shù)據(jù)暫時(shí)存放，以便處理器將它取走。有了緩沖器，就可以使高速工作的CPU與慢速工作的外設(shè)起協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。由于緩沖器接在數(shù)據(jù)總線上，故必須具有三態(tài)輸出功能。其引腳圖、。 74HC541引腳圖 74HC541原理圖 74HC541功能表 輸入輸出OE1 OE2AnYnLLLLLLHHXHXZHXXZL為低電平；H為高電平；X為任何電平；Z為高阻態(tài)。從功能表中可以看出，當(dāng)OE1 和OE2 都為低時(shí)，芯片導(dǎo)通，當(dāng)有一端為高時(shí)，芯片則呈現(xiàn)高阻態(tài)。在本次設(shè)計(jì)中，OE1 引腳接地，OE2 引腳接單片機(jī)的P2口，通過(guò)單片機(jī)發(fā)出的指令來(lái)控制74HC541芯片的導(dǎo)通與阻斷。，芯片導(dǎo)通，信號(hào)從芯片的輸入端傳到輸出端；當(dāng)發(fā)出高電平時(shí)，芯片呈現(xiàn)高阻態(tài)，信號(hào)暫寄存在芯片74HC541的輸入端。主要起到協(xié)調(diào)和緩沖作用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送的同步。 74HC541電路圖 輸出模塊在輸出模塊中，本次設(shè)計(jì)用的是鎖存器74HC574芯片。鎖存器是把若干個(gè)鐘控D觸發(fā)器的控制端CP連接起來(lái)，用一個(gè)公共的控制信號(hào)來(lái)控制，而各個(gè)數(shù)據(jù)端仍然是各自獨(dú)立地接收數(shù)據(jù)的元器件。鎖存器是一種對(duì)脈沖電平敏感的存儲(chǔ)單元電路，它可以在特定輸入脈沖電平作用下改變狀態(tài)。用這種形式構(gòu)成的一次能傳送或存儲(chǔ)多位數(shù)據(jù)的電路稱為鎖存器。輸出端的狀態(tài)不會(huì)隨輸入端的狀態(tài)變化而變化，只有在有鎖存信號(hào)時(shí)輸入的狀態(tài)被保存到輸出，直到下一個(gè)鎖存信號(hào)。通常只有0和1兩個(gè)值。典型的邏輯電路是D觸發(fā)器。其引腳圖、。 74HC574引腳圖 74HC574原理圖 74HC574功能表 輸入輸出ENAALEDnQnLLLLHHHLZHHZL為低電平；H為高電平；為上升沿；Z為高阻態(tài)。從功能表中可以看出，當(dāng)ENA為低，ALE為上升沿時(shí)芯片導(dǎo)通，當(dāng)ENA為高時(shí)，芯片則呈現(xiàn)高阻態(tài)。在本次設(shè)計(jì)中，ENA 引腳接地，ALE 引腳接單片機(jī)的P2口，通過(guò)單片機(jī)發(fā)出的指令來(lái)控制74HC574芯片的導(dǎo)通與阻斷。，芯片導(dǎo)通，信號(hào)從芯片的輸入端傳到輸出端；輸出端一直保持該信號(hào)，直到下一次的鎖存信號(hào)。 74HC574電路圖 串口模塊通信方式介紹　　數(shù)據(jù)通信主要采用并行通信和串行通信兩種方式?！?（1）并行通信并行通信時(shí)數(shù)據(jù)的各個(gè)位同時(shí)傳送，可以字或字節(jié)為單位并行進(jìn)行。并行通信速度快，但用的通信線多、成本高，故不宜進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信。（2）串行通信串行通信時(shí)數(shù)據(jù)是一位一位順序傳送，只用很少幾根通信線，串行傳送的速度低，但傳送的距離可以很長(zhǎng)，因此串行適用于長(zhǎng)距離而速度要求不高的場(chǎng)合。從通信雙方信息的交互方式看，串行通信方式可以有以下三種：　 （1）單工通信。只有一個(gè)方向的通信而沒(méi)有反方向的交互。 　 （2）半雙工通信。通信雙方都可以發(fā)送（接收）信息，但不能同時(shí)雙向發(fā)送。半雙工通信線路簡(jiǎn)單，有兩條通信線就行了，這種方式得到廣泛應(yīng)用。　 （3）全雙工通信。通信雙方可以同時(shí)發(fā)送和接收信息，雙方的發(fā)送與接收裝置同時(shí)工作。全雙工通信的效率最高，但控制相對(duì)復(fù)雜一些，系統(tǒng)造價(jià)也較高。通信線至少三條（其中一條為信號(hào)地線），或四條（無(wú)信號(hào)地線）?！　〈型ㄐ胖校瑐鬏斔俾视妹棵胫袀魉偷奈粩?shù)（位/秒）來(lái)表示，稱之為波特率（bps）。常用的標(biāo)準(zhǔn)波特率有300、600、1200、2400、4800、9600和19200 bps等。RS232 電平介紹 單片機(jī)是一種數(shù)字集成芯片，數(shù)字電路中只有兩種電平：高電平和低電平。單片機(jī)輸出和輸入為TTL電平，其中高電平為+15V，低電平為0V。計(jì)算機(jī)的串口為RS232C電平，其中高電平為12 V，低電平為+12V。而且重要的是，RS232C電平為負(fù)邏輯電平，因此當(dāng)計(jì)算機(jī)與單片機(jī)之間要通信時(shí)需加電平轉(zhuǎn)換芯片。MAX232芯片介紹MAX232芯片就是實(shí)現(xiàn)RS232電平與TTL電平轉(zhuǎn)換的。它是由MAXIM公司生產(chǎn)的、包含兩路接受器和驅(qū)動(dòng)器的IC芯片，它的內(nèi)部有一的電源電壓轉(zhuǎn)換器，可以把輸入的+5V電源電壓變換為RS232輸出電平所需的+10V電壓。所以，采用此芯片接口的串行通信系統(tǒng)只需要單一的+5V電源就可以了。對(duì)于沒(méi)有+12V電源的場(chǎng)合，其適應(yīng)性更強(qiáng)，加之其價(jià)格適中，硬件接口簡(jiǎn)單，所以被廣泛利用。、。 MAX232引腳圖 MAX232原理圖，芯片上半部分電容CCCC4及V+，V—是電源變換電路部分。在實(shí)際應(yīng)用中，器件對(duì)電源噪聲很敏感，因此VCC必須要對(duì)地加去耦電容C5。按芯片手冊(cè)介紹，電容CCC∕16V的電解電容，在具體設(shè)計(jì)電路時(shí)，這4個(gè)電容要盡量靠近MX232芯片，以提高抗干擾能力。芯片的下半部分為發(fā)送和接收部分。實(shí)際應(yīng)用中,T1IN、T2IN可直接連接TTL∕CMOS電平的51單片機(jī)串行發(fā)送端TXD；R1OUT、R2OUT可直接連接TTL∕CMOS電平的51單片機(jī)串行接收端RXD；T1OUT、T2OUT可直接連接PC機(jī)的RS232串行的接收端RXD；R1IN、R2IN可直接連接PC機(jī)的RS232串口的發(fā)送端TXD。現(xiàn)從MAX232芯片中兩路發(fā)送，接受中選擇一路作為接口。要注意其發(fā)送、接收的引腳要對(duì)應(yīng)。如使T1IN連接單片機(jī)的發(fā)送端TXD，則PC機(jī)的RS232接收端RXD一定要對(duì)應(yīng)接T1OUT引腳。同時(shí)R1OUT連接單片機(jī)的RXD引腳，PC機(jī)的RS232發(fā)送端TXD對(duì)應(yīng)接R1IN 引腳。其數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程如下：，TTL電平從單片機(jī)的TXD端發(fā)送，經(jīng)過(guò)MAX232轉(zhuǎn)換為RS232電平后從MAX232的14引腳T1OUT發(fā)出，在連接到實(shí)驗(yàn)板上串口座的3引腳，在經(jīng)過(guò)交叉串口線后，連接至PC機(jī)的串口座的第2引腳RXD端，至此計(jì)算機(jī)接收到數(shù)據(jù)。PC機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)從PC機(jī)串口座的第3腳TXD端發(fā)送出數(shù)據(jù)。 串行口通信模塊電路圖 設(shè)備選型綜上所述。 器件表器件名稱型號(hào)／規(guī)格數(shù)量萬(wàn)能板150*150mm1單片機(jī)STC89C52RC1晶振1陶瓷電容20P4電解電容10u2電容1048電容10u1按鍵5*5m4撥動(dòng)開關(guān)4發(fā)光二極管2電阻10K4電阻1K2MAX23216PIN1USB接頭4PIN174HC541174HC5741TLP521414 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)單片機(jī)軟件設(shè)計(jì)流程一般分為下列步驟：（1）分析系統(tǒng)對(duì)軟件的要求；（2）在此基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件總體設(shè)計(jì)，包括程序整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和對(duì)程序進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，模塊化設(shè)計(jì)即將程序劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的模塊；（3）畫出每一個(gè)專用模塊的詳細(xì)流程圖，并選擇合適的語(yǔ)言編寫程序；（4）按照軟件總體設(shè)計(jì)時(shí)給出的結(jié)構(gòu)框圖，將各模塊連接成一個(gè)完整的程序；在主程序的設(shè)計(jì)中要合理地調(diào)用各模塊程序，特別注意各模塊的入口、出口及對(duì)硬件的資源占用情況。采用模塊化設(shè)計(jì)方法以后，依據(jù)系統(tǒng)的功能要求將軟件的初始化模塊、中斷模塊、主程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)試，然后把它們連接起來(lái)，進(jìn)行總調(diào)。 在劃分模塊時(shí)，每個(gè)模塊不宜太長(zhǎng)，冗長(zhǎng)復(fù)雜的設(shè)計(jì)不宜調(diào)用與運(yùn)行；應(yīng)使模塊之間相互獨(dú)立，盡可能限制模塊之間的信息交換，以利于模塊的調(diào)試；應(yīng)盡量利用已有并且熟悉的模塊。模塊化設(shè)計(jì)有一下優(yōu)點(diǎn)：無(wú)論是硬件還是軟件，每一個(gè)模塊都相對(duì)獨(dú)立，故能獨(dú)立地進(jìn)行設(shè)計(jì)、研制、調(diào)試和修改，從而使復(fù)雜的工作得以簡(jiǎn)化。模塊之間的相互獨(dú)立也有助于研制任務(wù)的分解和設(shè)計(jì)人員之間的分工合作，這樣可提高工作效率和儀表的研制速度。上述各種研制調(diào)試完成之后，還需要將它們按一定的方法連接起來(lái)，以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)輸入、傳輸、處理和輸出等各種功能。 軟件編程介紹本設(shè)計(jì)中所需的軟件有兩種，分別是編寫下位機(jī)的編程語(yǔ)言和編寫上位機(jī)的編程語(yǔ)言。我采用的是C語(yǔ)言和VB語(yǔ)言。下面是對(duì)這兩種語(yǔ)言的介紹。 C語(yǔ)言介紹軟件設(shè)計(jì)是技術(shù)的關(guān)鍵，簡(jiǎn)潔的硬件配置是靠軟件來(lái)支撐的，軟件編制一般按功能來(lái)劃分，做到標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化，并便于功能的擴(kuò)充。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的信息參數(shù)宜編制獨(dú)立的參數(shù)模塊，以便于在運(yùn)行中修改。C語(yǔ)言是一種編譯型程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，它兼顧了多種高級(jí)語(yǔ)言的特點(diǎn)，并具備匯編語(yǔ)言的功能。用C語(yǔ)言來(lái)編寫目標(biāo)系統(tǒng)軟件，會(huì)大大縮短開發(fā)周期，且明顯地增加軟件的可讀性，便于改進(jìn)和擴(kuò)充，以研制出規(guī)模更大、性能更完備的系統(tǒng)。用C語(yǔ)言進(jìn)行單片機(jī)程序設(shè)計(jì)是單片機(jī)開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢(shì)。單片機(jī)的程序設(shè)計(jì)應(yīng)該以C語(yǔ)言為主，以匯編語(yǔ)言為輔。匯編語(yǔ)言掌握到只要可以讀懂程序，在時(shí)間要求比較嚴(yán)格的模塊中進(jìn)行程序的優(yōu)化即可。采用C語(yǔ)言也不必對(duì)單片機(jī)和硬件接口的結(jié)構(gòu)有很深入的了解，編譯器可以自動(dòng)完成變量的存儲(chǔ)單元的分配，編譯者就可以專注于應(yīng)用軟件部分的設(shè)計(jì)，大大加快軟件的開發(fā)速度。采用C語(yǔ)言可以很容易地進(jìn)行單片機(jī)的程序移植工作，有利于產(chǎn)品中單片機(jī)的重新選型。C語(yǔ)言有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)不要求了解，僅要求對(duì)單片機(jī)的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解；（2）寄存器的分配、不同存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類型等細(xì)節(jié)可有編譯器管理；（3）程序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，可分為不同的函數(shù)，這種方式可使程序結(jié)構(gòu)化；（4）具有將可變的選擇與特殊操作組合在一起的能力，改善了程序的可讀性；（5）關(guān)鍵字及運(yùn)算函數(shù)可用近似人的思維過(guò)程方式使用；（6）編程及程序調(diào)試時(shí)間顯著縮短，從而提高效率；（7）提供的庫(kù)包含許多標(biāo)準(zhǔn)子程序，具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力；（8）已編號(hào)的程序可容易地植入新程序，因?yàn)镃語(yǔ)言具有方便的模塊化編程技術(shù)。因此用C語(yǔ)言作為主語(yǔ)言，調(diào)用匯編語(yǔ)言編寫子模塊，二者相互結(jié)合，可以提高程序執(zhí)行速度和效率，達(dá)到事半功倍的效果。如需快速控制時(shí)，可用匯編語(yǔ)言，如采樣，A/D轉(zhuǎn)換等；而用C語(yǔ)言編寫數(shù)據(jù)處理程序及人機(jī)界面程序，可以充分利用C語(yǔ)言的庫(kù)函數(shù)。 VB介紹VB是Visual Basic的簡(jiǎn)稱，是由美國(guó)微軟公司于1991年開發(fā)的一種可視化的、面向?qū)ο蠛筒捎檬录?qū)動(dòng)方式的結(jié)構(gòu)化高級(jí)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，可用于開發(fā) Windows 環(huán)境下的各類應(yīng)用程序。它簡(jiǎn)單易學(xué)、效率高，且功能強(qiáng)大可以與 Windows 專業(yè)開發(fā)工具SDK相媲美。在Visual Basic環(huán)境下，利用事件驅(qū)動(dòng)的編程機(jī)制、新穎易用的可視化設(shè)計(jì)工具，使用Windows內(nèi)部的廣泛應(yīng)用程序接口（API）函數(shù)，動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)（DLL）、對(duì)象的鏈接與嵌入（OLE）、開放式數(shù)據(jù)連接（ODBC）等技術(shù)，可以高效、快速地開發(fā)Windows環(huán)境下功能強(qiáng)大、圖形界面豐富的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。 下位機(jī)軟件方案設(shè)計(jì)該課題設(shè)計(jì)的單片機(jī)程序見附錄II。根據(jù)系統(tǒng)功能，將整體程序劃分為主程序、初始化和中斷三部分。主程序是執(zhí)行單片機(jī)的讀寫操作，初始化是設(shè)定單片機(jī)的初始狀態(tài)以及初始值，中斷主要是根據(jù)通信協(xié)議對(duì)輸入值進(jìn)行判斷，然后去執(zhí)行相關(guān)操作。主程序與中斷是通過(guò)中間變量 rdBUFF和 wrBUFF連接的。 通信指令格式指令功能舉例舉例發(fā)送返回備注0x010x30按位讀輸入0x0A是輸入第10通道0x010x00或0x010x310x34按字節(jié)讀輸入0x31是讀18通道組成的字節(jié)0x31一個(gè)字節(jié)第一通道對(duì)應(yīng)字節(jié)最低位0x35讀所有通道0x37讀所有通道0x37六個(gè)字節(jié)0x710x80按位輸出置零0x71是把輸出通道1置低0x71無(wú)0x810x90按位輸出置一0x81是把輸出通道1置高0x81無(wú)0x910x92按字節(jié)輸出0x91是輸出18通道組成的字節(jié)0x91+一個(gè)字節(jié)無(wú)第一通道對(duì)應(yīng)字節(jié)最低位0x93按字節(jié)輸出所有0x93是輸出116通道的兩個(gè)字節(jié)0x93+兩個(gè)字節(jié)無(wú)第一通道對(duì)應(yīng)第一字節(jié)最低位，第九通道對(duì)應(yīng)第二字節(jié)最低位主程序主要是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。首先將單片機(jī)初始化，選通輸入緩沖芯片74HC541 ，再將P1口采集到的值按位取反后賦給中間變量r