【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 是供電。15腳DNG、16腳VCC。從MAX232芯片中的兩路發(fā)送接收中任選一路作為接口，要注意其發(fā)送與接收引腳對(duì)應(yīng)，否則可能對(duì)器件或計(jì)算機(jī)串口造成永久性損壞。如選他T1IN接單片機(jī)的發(fā)送端TXD，則PC機(jī)、的RS232C的接收端RD一定要對(duì)應(yīng)接T1OUT引腳。同時(shí)，R1OUT接單片機(jī)的接受端RXD引腳，則PC機(jī)的RS232C的發(fā)送端TD一定要對(duì)應(yīng)接R1IN引腳。 RS232C的特性 在RS232C的規(guī)范中，電壓值在+3V～+15V(一般使用+6V)稱(chēng)為“0”或“ON”。電壓在3V～15V(一般使用6V)稱(chēng)為“1”或“OFF”；計(jì)算機(jī)上的RS232C“高電位”約為9V，而“低電位”則約為9V。在串行通信中，數(shù)據(jù)通常是在兩個(gè)站之間傳送，按照數(shù)據(jù)在通信線(xiàn)路上的傳送方向可分為3種基本的傳送方式：?jiǎn)喂?、半雙工和全雙工。單工工作模式下，一方只能發(fā)送信號(hào)而另一方只能接收信號(hào)。半雙工工作模式下，雙方都可以發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，但不可同時(shí)進(jìn)行。RS232C為全雙工工作模式，其信號(hào)的電壓是參考地線(xiàn)而得到的，可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收。在實(shí)際應(yīng)用中采用RS232C接口，信號(hào)的傳輸距離可以達(dá)到15m。不過(guò)RS232C只具有單站功能，即一對(duì)一通信。在全雙工方式下，通信系統(tǒng)的每一端都設(shè)置了發(fā)送器和接收器，因此，能控制數(shù)據(jù)同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸，全雙工方式無(wú)須進(jìn)行方向的切換[9]。接收發(fā)送接收發(fā)送圖33 全雙工通信工作原理圖串行通信可分為兩種類(lèi)型，一種是同步通信，另一種是異步通信。采用同步通信時(shí)，將所有字符組成一個(gè)組，這樣，字符可以一個(gè)接一個(gè)地傳輸，但是，在每組信息的開(kāi)始要加上同步字符，在沒(méi)有信息要傳輸時(shí)，填上空字符，因?yàn)橥絺鬏敳辉试S有空隙。采用異步通信時(shí)，兩個(gè)字符之間的傳輸間隔是任意的。所以，每個(gè)字符的前后都要用一些數(shù)據(jù)位來(lái)作為分隔位。因此，在傳輸率相同時(shí)，同步通信方式下的信息有效率要比異步方式高，因?yàn)橥椒绞降姆菙?shù)據(jù)信息比例比較小。但是，從另一方面看，同步方式要求進(jìn)行信息傳輸?shù)碾p方必須用同一個(gè)時(shí)鐘進(jìn)行協(xié)調(diào)，正是這個(gè)時(shí)鐘確定了同步串行傳輸過(guò)程中每一個(gè)信息位的位置。所以，如果采用同步方式，在傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，還必須傳輸時(shí)鐘信號(hào)。而在異步方式下，接收方的時(shí)鐘頻率和發(fā)送方的時(shí)鐘頻率不必完全一樣，只要比較相近，即不超過(guò)一定的允許范圍。在數(shù)據(jù)傳輸中，廣泛采用的是異步通信，異步通信的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式如圖34所示。 一個(gè)字符幀 下一字符空閑 起始位 數(shù)據(jù)位 校驗(yàn)位 停止位 空閑 起始位MSBLSB圖34 異步通信的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)格式從圖34所列格式可以看出，異步通信的特點(diǎn)是一個(gè)字符一個(gè)字符地傳輸，并且每個(gè)字符的傳送總是以起始位開(kāi)始，以停止位結(jié)束，字符之間沒(méi)有固定的時(shí)間間隔要求。每一次有一個(gè)起始位，緊接著是5～8個(gè)的數(shù)據(jù)位，再后為校驗(yàn)位，可以是奇檢驗(yàn)，可以是偶校驗(yàn)，也可不設(shè)置，最后是1比特，或1比特半，或2比特的停止位，停止位后面是不定長(zhǎng)度的空閑位。停止位和空閑位都規(guī)定為高電平，這樣就保證起始位開(kāi)始處一定有一個(gè)下降沿，以此標(biāo)識(shí)開(kāi)始傳送數(shù)據(jù)。 RS232C引腳功能 RS232C接口是1970年由美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)聯(lián)合貝爾系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)器廠(chǎng)家及計(jì)算機(jī)終端生產(chǎn)廠(chǎng)家共同制定的用于串行通訊的標(biāo)準(zhǔn)。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備之間串行二進(jìn)制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)”。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定采用一個(gè)25個(gè)腳的DB25連接器，對(duì)連接器的每個(gè)引腳的信號(hào)內(nèi)容加以規(guī)定，還對(duì)各種信號(hào)的電平加以規(guī)定。DB25的串口一般只用到的管腳只有2(RXD)、3(TXD)、7(GND)這三個(gè)，隨著設(shè)備的不斷改進(jìn)，現(xiàn)在DB25針很少看到了，代替他的是DB9的接口，DB9所用到的管腳比DB25有所變化，是2(TXD)、3(RXD)、5(GND)這三個(gè)。因此現(xiàn)在都把RS232接口叫做DB9。5 4 3 2 1 9 8 7 61 2 3 4 5 6 7 8 9 公頭 母頭圖35 串口接口9針RS232串口引腳：CD：1腳，輸入，載波偵測(cè)。RXD：2腳，輸入，接收數(shù)據(jù)。TXD：3腳，輸出，發(fā)送數(shù)據(jù)。DTR：4腳，輸出，數(shù)據(jù)終端準(zhǔn)備。GND：5腳，地線(xiàn)。DSR：6腳，輸入，數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好。RTS：7腳，輸出，請(qǐng)求發(fā)送。CTS：8腳，輸入，清除發(fā)送。RI：9腳，輸入，振鈴指示。圖36 MAX232和RS232C與單片機(jī)的接口電路圖 串口通信模塊工作原理單片機(jī)的串口通信中常用到SBUF，SBUF為串行口的收發(fā)緩沖器，他是一個(gè)可尋址的專(zhuān)用寄存器，其中包含了接收器和發(fā)送器寄存器，可以實(shí)現(xiàn)全雙工通信。單片機(jī)的串行數(shù)據(jù)傳輸很簡(jiǎn)單，只要向發(fā)送緩沖器寫(xiě)入數(shù)據(jù)即可發(fā)送數(shù)據(jù)，從接收緩沖器讀取數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù)。發(fā)送寄存器和接收寄存器，在物理結(jié)構(gòu)上是完全獨(dú)立的。它們都是字節(jié)尋址的寄存器，字節(jié)地址均為99H。這個(gè)重疊的地址靠讀/寫(xiě)指令區(qū)分：串行發(fā)送時(shí)，CPU向SBUF寫(xiě)入數(shù)據(jù)，此時(shí)99H表示發(fā)送SBUF；串行接收時(shí)，CPU從SBUF讀出數(shù)據(jù)，此時(shí)99H表示接收SBUF。串行通信SCON控制寄存器是一個(gè)可尋址的專(zhuān)用寄存器，用于串行數(shù)據(jù)的通信控制，其結(jié)構(gòu)如表33所示。表33 SCON寄存器結(jié)構(gòu)SCOND7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH8DH9CH9BH9AH99H98HSM0SM1工作方式00方式001方式110方式211方式3表34 串口工作方式控制位SM0、SM1：串行口工作方式控制位。SM2：多機(jī)通信控制位，主要用于方式2和方式3接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作方式2或3，SM2=1時(shí)，只有當(dāng)接收到第9位數(shù)據(jù)(RB8)為1時(shí)，才把接收到的前8位數(shù)據(jù)送入SBUF，且置位RI發(fā)出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將接收到的數(shù)據(jù)放棄。當(dāng)SM2=0時(shí)，不管第9位數(shù)據(jù)時(shí)0還是1，都將數(shù)據(jù)送入SBUF，并發(fā)出中斷申請(qǐng)。REN：允許接收位，用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止。TEN=1時(shí)，允許接收；REN=0時(shí)，禁止接收。TB8：發(fā)送接收數(shù)據(jù)位8。在方式2和方式3中，TB8是要發(fā)送的，即第9位數(shù)據(jù)位。在多機(jī)通信中同樣也要傳輸這一位，代表傳輸?shù)牡刂愤€是數(shù)據(jù)。TB8=0為數(shù)據(jù)，TB8=1時(shí)為地址。RB8：接收數(shù)據(jù)位8方式2和方式3中，RB8存放接收到的第9位數(shù)據(jù)，用以識(shí)別接收到的數(shù)據(jù)特征。TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位，可尋址標(biāo)志位。方式0時(shí)，發(fā)送完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位。其他方式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位。TI=1表示幀發(fā)送結(jié)束，TI可由軟件清“0”。RI：接收中斷標(biāo)志位，尋址標(biāo)志位。接收完第8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位。其他工作方式下，該位由硬件置位，RI=表示幀接收完成。ES為串行中斷允許控制位，ES=1循序串行中斷，ES=0禁止串行中斷[10]。表35 中斷允許寄存器位符號(hào)EA——ESET1EX1ET0EX0位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H TI 發(fā)送中斷發(fā)送SBUF（99H） TXD 串行輸出 系統(tǒng)總線(xiàn)接收SBUF（99H）移位時(shí)鐘輸入移位寄存器 RXD 串行輸入 RI 接收中斷圖37 串行口寄存器結(jié)構(gòu)圖 整體電路圖本設(shè)計(jì)的電路圖是應(yīng)用Protel 2004繪制的，電路圖中畫(huà)出了本次設(shè)計(jì)所用到的所有模塊。整體電路圖附于附錄5中。 本章小結(jié)本章主要講述三個(gè)模塊：A/D轉(zhuǎn)換模塊、LCD1602顯示模塊和串口通信模塊。在每個(gè)模塊中都詳細(xì)介紹了各模塊所使用芯片的特性，引腳功能，工作原理以及本設(shè)計(jì)所使用的模塊電路圖，為進(jìn)一步了解本設(shè)計(jì)做好充分的準(zhǔn)備。第4章 系統(tǒng)軟件分析本章是從總體上分析我設(shè)計(jì)的多路信號(hào)采集器系統(tǒng)，包括系統(tǒng)的程序流程圖、系統(tǒng)的仿真分析，在仿真分析中，我們將用Proteus軟件畫(huà)出電路并模擬實(shí)物下載程序來(lái)調(diào)試程序并觀(guān)察結(jié)果。 程序流程圖分析本設(shè)計(jì)的主程序流程圖如圖41所示。開(kāi)始初始化TLC2543進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換向LCD1602發(fā)送A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)并顯示向串口發(fā)送A/D轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)圖41 主程序流程圖 初始化程序主程序開(kāi)頭的初始化過(guò)程包括對(duì)單片機(jī)I/O口、變量、TLC2543芯片的控制端口、液晶顯示器LCD160串口控制的初始化。其中單片機(jī)的I/O口和變量初始化不予說(shuō)明，下面詳細(xì)講述一下TLC2543芯片的控制和液晶顯示器LCD1602的初始化過(guò)程。 TLC2543初始化編程 根據(jù)TLC2543的工作時(shí)序，只有在片選/CS為低電平時(shí)才會(huì)發(fā)生A/D轉(zhuǎn)換，所以，在初始化時(shí)必須要在TLC2543開(kāi)始工作前將片選/CS置為低電平0。然后D3和D2選擇TLC2543的數(shù)據(jù)格式為8位，12位還是16位，當(dāng)D3和D2分別為0和1時(shí)數(shù)據(jù)格式為8位；當(dāng)D3和D2分別為X和0時(shí)數(shù)據(jù)格式為12位；當(dāng)D3和D2分別為1和1時(shí)數(shù)據(jù)格式為16位。本次設(shè)計(jì)所使用的數(shù)據(jù)格式為12位。然后將CLOCK控制輸入輸出的時(shí)鐘置為0。定義一個(gè)變量來(lái)確定輸出的通道號(hào)，再將存放采集數(shù)據(jù)的變量清0。最后，將片選/CS置0，A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始。 LCD1602初始化編程 寫(xiě)顯示程序之前，必須進(jìn)行初始化，否則模塊無(wú)法正常顯示,下面會(huì)介紹利用內(nèi)部復(fù)位電路進(jìn)行初始化的過(guò)程。首先需要將LCD1602顯示器進(jìn)行“清屏”。然后進(jìn)行其功能的設(shè)置，功能設(shè)置指令如表41所示。表41 功能設(shè)置指令表指令功能指令編碼執(zhí)行時(shí)間/usRSR/WDB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0功能設(shè)定00001DLNFXX40DL=1時(shí)為8Bit接口數(shù)據(jù)。N=0時(shí)1行顯示。F=0時(shí)為57dot字形。再進(jìn)行顯示開(kāi)/關(guān)控制的設(shè)置：D=0時(shí)顯示關(guān)，C=0時(shí)光標(biāo)關(guān)。當(dāng)B=0時(shí)消隱關(guān)。接著進(jìn)行輸入方式設(shè)置的初始化：I/D=1，S=0無(wú)移位。 A/D轉(zhuǎn)換的實(shí)現(xiàn)A/D轉(zhuǎn)換模塊是本設(shè)計(jì)的核心模塊，本次設(shè)計(jì)主要考慮到數(shù)據(jù)通道的數(shù)量而采用了具有11路信號(hào)的TLC2543芯片。首先，當(dāng)/CS=0時(shí)，TLC2543被選中，時(shí)鐘由I/O CLOCK輸入?？刂谱钟蒁ATA INPUT腳輸入，高位在先。在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿，輸入數(shù)據(jù)被串入DATA INPUT腳。控制字的前4位代表模擬通道的地址，在第4個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿，片選的多路開(kāi)關(guān)將被選中的某個(gè)模擬通道連接到采樣保持器上，直到A/D轉(zhuǎn)換開(kāi)始?？刂谱值牡?位和第4位(D3～D2)決定輸出數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度，同時(shí)也決定輸入數(shù)據(jù)的時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)，雖然控制字為8位，但D3～D2決定輸入數(shù)據(jù)的時(shí)鐘脈沖的個(gè)數(shù)可以有8，12，或16個(gè)。在116個(gè)時(shí)鐘周期的情況下，輸入數(shù)據(jù)除控制字的8位外，其他位可以是高電平或低電平，但為保證最佳的抗噪聲性能，要求固定為高或低，知道EOC腳變高，轉(zhuǎn)換結(jié)束。在向DATA INPUT腳寫(xiě)入數(shù)據(jù)同時(shí)，DATA OUT腳上輸出的是上一次A/D轉(zhuǎn)換的值。然后，在第12或1個(gè)時(shí)鐘周期后，A/D轉(zhuǎn)換器結(jié)束采樣狀態(tài)，進(jìn)入轉(zhuǎn)換狀態(tài)。在最后一個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿，A/D轉(zhuǎn)換器啟動(dòng)轉(zhuǎn)換過(guò)程，在轉(zhuǎn)換期間，轉(zhuǎn)換器使用內(nèi)部時(shí)鐘進(jìn)行轉(zhuǎn)換，不在需要外部時(shí)鐘的干預(yù)。當(dāng)轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)，EOC腳變高，表示轉(zhuǎn)換結(jié)束，轉(zhuǎn)換結(jié)果被保存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中。最后，EOC腳的上升沿使得轉(zhuǎn)換器和各引腳復(fù)位，輸出數(shù)據(jù)寄存器的第一位卸載DATA OUT腳上。在隨后的12或16個(gè)時(shí)鐘周期里，每個(gè)時(shí)鐘周期的下降沿將數(shù)據(jù)移出輸出數(shù)據(jù)寄存器。TLC2543的工作過(guò)程分為兩個(gè)周期，I/O周期和轉(zhuǎn)換周期。(1)I/O周期 I/O周期由外部提供的I/O CLOCK定義，延續(xù)12或16個(gè)時(shí)鐘周期，決定于選定的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度。芯片進(jìn)入I/O周期后進(jìn)行兩種操作。首先，在I/O CLOCK的前8個(gè)脈沖的上升沿，以MSB前導(dǎo)方式從DATA INPUT端輸入8位數(shù)據(jù)流到輸入寄存器。其中前4位為模擬通道地址，控制14通道模擬多路器從11個(gè)模擬輸入和3個(gè)內(nèi)部測(cè)試電壓中選通一路送到采樣保持電路，該電路從第4個(gè)I/O CLOCK脈沖的下降沿開(kāi)始對(duì)所選信號(hào)進(jìn)行采樣，直到最后一個(gè)I/O CLOCK脈沖的下降沿。I/O周期的時(shí)鐘脈沖個(gè)數(shù)與輸出數(shù)據(jù)長(zhǎng)度(位數(shù))同時(shí)由輸入數(shù)據(jù)的DD2位選擇為12或16。當(dāng)工作于12或16位時(shí)，在前8個(gè)時(shí)鐘脈沖之后，DATA INPUT無(wú)效。其次，在DATA OUT端串行輸出8位、12或16位數(shù)據(jù)。當(dāng)/CS保持為低時(shí)，第一個(gè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)在EOC的上升沿。若轉(zhuǎn)換由/CS控制，則第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)發(fā)生在/CS的下降沿。這個(gè)數(shù)據(jù)串是前一次轉(zhuǎn)換的結(jié)果，在第一個(gè)輸出數(shù)據(jù)之后的每一個(gè)后續(xù)位均有后續(xù)的I/O時(shí)鐘下降沿輸出。(2)轉(zhuǎn)換周期 在I/O周期的最后一個(gè)I/O CLOCK下降沿之后，EOC變低，采樣值保持不變，轉(zhuǎn)換周期開(kāi)始，片內(nèi)轉(zhuǎn)換器對(duì)采樣值進(jìn)行逐次逼近A/D轉(zhuǎn)換，其工作由與I/O CLOCK同步的內(nèi)部時(shí)鐘控制。轉(zhuǎn)換完成后EOC變高，轉(zhuǎn)換結(jié)果鎖存在輸出數(shù)據(jù)寄存器中，待下一個(gè)