【文章內容簡介】 數據信號是相對于信號地。典型的 RS232 信號在正負電平之間擺動，在發(fā)送數據時，發(fā)送端驅動器輸出正電平在 +5～ 15V，負電平在 5～ 15V 電平。正無數據傳輸時，線上為 TTL，從開始傳送 數據到結束，線上電平從 TTL 電平到 RS232 電平再返回 TTL 電平。接收器典 型的工作電壓在 +3～ +12V 與 3～ 12V。由于發(fā)送電平與接收電平的差僅為 2V 至 3V 左右，所以其共模抑制能力差，再加上雙絞線上的分布電容，其傳送距離最大約為 15 米，最高速率為 20Kbps。 RS232 是為點對點（即只用一對收、 13 發(fā)設備）通訊而設計的，其驅動器負載為 3KΩ～ 7KΩ。因此 RS232 很 適合 于 本地設備之間的連接。 而 RS485 則 采用差分信號負邏輯 。它 采用平衡發(fā)送和差分接收， 因此 具有抑制共模干擾的能力。 RS485 串行總線通信距離能夠達到幾千米再 加上總線收發(fā)器具有高靈敏度，能檢測低至 200mV 的電壓， 因此 傳輸信號 即使 在千米以外 也能夠 得到恢復。 其 采用 的是半雙工工作方式，任何時候只能有一點處于發(fā)送狀態(tài)，因此，發(fā)送電路須由使能信號加以控制。 再次 應用 RS485 可以聯網構成分布式系統(tǒng)，其允許最多并聯 32 臺驅動器和32 臺接收器 ， 用于多點互連時非常方便，可以省掉許多信號線 。 由于 PC 機默認的只帶有 RS232 接口，有兩種方法可以得到 PC 上位機的 RS485電路：（ 1）通過 RS232/RS485 轉換電路將 PC 機串口 RS232 信號轉換成 RS485 信號，對于情況比較復雜的工業(yè)環(huán)境最好 是選用防浪涌帶隔離珊的產品。（ 2）通過 PCI多串口卡，可以直接選用輸出信號為 RS485 類型的擴展卡。 目前，大部分 PC 機的通信端口為 9 芯 D 型插頭，在實際使用 PC 機進行串行通信時，通常只使用其中的 RTS、 RXD、 TXD 與 GND 四個端口，以構成簡易的四線通信線路。筆者采用這種方案巧妙地利用光電耦合器的隔離特性和 RS232 工作時 RTS 線與 TXD線之間的電平關系，給出了簡單、可靠的電路設計。具體轉換電路如圖 所示。 該電路使用了三片光電耦合器 TLP5211 進行隔離，這使 PC 機與 SN75LBC184 之間完全沒有了 電的聯系，從而提高了工作的可靠性。 當 RS232 的 RTS 端為邏輯電平 1(12V)時，光電耦合器的發(fā)光二極管不發(fā)光，光敏三極管不導通，輸出端為 TTL 邏輯電平 1（ +5V），此時選中 RS485 的 DE端允許 RS485接收，這樣， RS232 的 TXD 端就可以發(fā)送數據（工作邏輯與 RTS 端相似）。當 RS232的 RTS 端為邏輯電平 0（ +12V）時，光電耦合器的發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導通，輸出端為 TTL 邏輯電平 0(0V)，此時選中 RS485 的 RE 端允許 RS485 發(fā)送。當 RS485的 R 端的輸出為邏輯電平 1 時，光電耦合器發(fā)光 二極管不發(fā)光，光敏三極管不導通，這樣，在 RS232 輸出停止時，其 TXD 電平為 12V，電容被充電到 12V 以使其輸出也變成12V，即邏輯電平 1；當其輸出為邏輯電平 0 時，光電耦合器發(fā)光二極管發(fā)光，光敏三極管導通，這時，其輸出為 +5V，也在 RS232 邏輯電平 0 的范圍之內，即為邏輯電平 0。 14 將上述轉換器應用于分布式溫度采集和控制系統(tǒng)中時，可獲得較為滿意的轉換效果（已有應用實例）。因此，在對下位機的實時性要求較高、通信的數據量不太大的分布式控制場合，這種低成本、高可靠性的 RS232/RS485 轉換器具有較大應用價 值。RS232/RS485 轉換電路如 所示。 RS232/RS485 轉換電路圖 PWM 式鍵盤接口電路 以往電路設計中，為實現單片機系統(tǒng)的鍵盤、 LED 顯示，常采用兩種方法：一是用815 8255 并行擴展 接 口構成顯示、鍵盤電路。這時應采用含有 P0、 P2 總線口的單片機，以便擴展并行口。這種電路選用的器件大，引腳多，對小型系統(tǒng)資源有些浪費。二是用串行口配上移位寄存器 74HC4060 構成硬件譯碼靜態(tài)顯示、鍵盤接口電路。這種電路大大減少 I／ O 口線，但使用芯片較多，一塊 74HC4060 芯片 對應一位 LED 數碼管，電路較復雜，耗電較大。為了充分利用資源，使設計出的系統(tǒng)最小、最優(yōu)，我們在設計智能化測控儀表時，選用 AT89C51 單片機與 MCl4499 譯碼驅動器構成串行口硬件譯碼顯示、鍵盤接口，既簡化電路又使單片機引腳得到充分利用。 接口電路如下圖所示。在本接口電路中，只使用三塊芯片構成硬件譯碼鎖存的動態(tài) 15 顯示及鍵盤電路，動態(tài)掃描由硬件管理 。 ⑴ 工作原理 AT89C51 的數據輸入端 P1口，然后由傳感器、運算放大器、 A 巾轉換器 (如 5G14433等 )組成的前置通道，由 P1 口采集的數據是 4 位 BCD 碼。在單片機中對其進行數字濾波后，從串行口輸出。 ⑵ 鍵盤部分 使用串行輸入、并行輸出移位寄存器 74HC4060 經串行口擴展并行 I／ o 口 (設定串行口工作在移位寄存器、方式 0 狀態(tài)下 )。本接口只擴展了 8 個鍵，如不夠，還可串接。 ⑶ 顯示部分 采用 MCl4499 譯碼、驅動。 AT89C51 的 RXD 提供串行輸出的 BCD 碼來顯示數據，TXD 提供串行移位脈沖。 P3． 4 控制使能端 EN。 MCl4499 的輸出端 A、 B、 C、 D、 E、F、 G、 DP 8 個腳分別接在 4 位一體 LED 的斷碼輸入端 (a、 b、 c、 d、 e、 f、 g)上。字位選擇端 I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ經反向器驅動后，分別接在 4 個數碼管的公共端。由內部時序分時選通 4 個數碼管，進行動態(tài)顯示掃描。如所用 LED 顯示器不止 4 個，可再用一片MCl4499 級聯來擴展。為了使串行口的數據輸出速率與 MCl4499 接收速率相匹配，單片機的工作頻率應為 3MHz。 鍵盤接口電路 可控硅 調功電路 16 ⒈ 電路工作原理 電路原理圖如圖 所 示。調節(jié)波段開關 SA的擋位，可以改變電容 C1的充放電速率。利用 C1 兩端交流電壓通過雙向觸發(fā)二極管 VD3 去觸發(fā)雙向晶閘管 VS 導通、并改變了 VS 的導通角，使負載 RL 兩端交流電壓隨之發(fā)生變化。 發(fā)光二極管 VD VD5 作為信號指示，由于導通角不同，發(fā)光亮度各異。 SA 置于 “1”擋， VD5 顯示； SA置于 “4” 擋，則 VD2 顯示； R5 是限流電阻，用來保護 VS。電阻 R電容 C2 為吸收回路，用來吸收 SA在選擋時所產生的干擾脈沖，否則在 SA 選擋過程中將對電視機、音響及其他電聲器件產生一定的干擾 。 ⒉ 元器件選擇 電容 C1 選用 ， C2 選 (滌綸電容器 )。電阻 R1 為 56kΩ、 1/2W，R2 為 39kΩ、 1/4W， R3 為 27kΩ、 1/4W， R4 為 2kΩ、 1/4W， R5 為 47Ω、 1/2W， R6 為100kΩ、 1/2W(可變 )， R7 為 300Ω、 1/4W， R8 為 43kΩ、 1/2W。二極管 VD VD4 用1N4004。發(fā)光二極管 VD2 用 BT104(黃色 )， VD5 用 BT103(綠色 )。觸發(fā)二極管 VD3 為DB3 或 VR60。雙向晶閘管 V5 用 TLC226B(3A/400V)或 TLC336A(3A/600V)。波段開關SA 用 KZX12D11W。負載 RL 為交流 220V/300W(電爐絲 )。 ⒊ 制作方法與使用說明 本電路的核心器件是雙向晶閘管，因此一定要對其質量進行檢測。由于電路簡單可自行設計印制電路板。只要按圖連接無誤，不用調試便可工作 圖 調功電路圖 17 第 4 章 芯片介紹 單片機 AT89C51 介紹 AT89C51 是一種帶 4K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓 ,高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機。 其 片內 4kbytes 可反復擦寫的只讀程序存儲器 (EPROM)和 128kbytes 的隨機存取數據存儲器 (RAM)， 32 個 I／ O 口線。兩個 16 位定時，計數器，一個 5 向量兩級中斷機構，一個全雙工串行通信 121，片內振蕩器及時鐘電路，兼容標準 MCS51 指令系統(tǒng)，片內置通用 8位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲單元。空閑方式停止 CPU 的工作．但允許RAM、定時／計數器、串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 中的內容 。 由于將多功能 8位 CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價廉的方案。 其引腳電路圖如圖 所示： 圖 AT89C51 引腳電路圖 MC14499 芯片介紹 MCl4499 是一個 CMOS LED 譯碼驅動器，片內主要包括一個 20 位移位寄存器、一個鎖存器、一個多路輸出器，由多路輸出器輸出的 BCD 碼經譯碼器譯碼后，換成點七段碼送至片驅動器輸出 (a、 b、 d、 e、 f、 g)和小數點 DP。另外，由片內振蕩器經過四分頻的 信號，經位譯碼后提供 4 個位控信號，經位驅動器至四位控制線 (I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ )。由于 MCl4499 片內具有 BCD 譯碼器和串行接口，所以它幾乎可以與任何單片機接口相連。 芯片主要控制信號為 D：串行數據輸入端； a、 b、 d、 e、 f、 g：七段顯示輸出；工、 18 Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ：字位選擇端，用來產生 LED 選通信號； OSC：振蕩器外接電容端，外接電容使片內振蕩器產生 200～ 800Hz 掃描信號以防 LED 顯示器閃爍； CLK：時鐘輸入端，用以提供串行接收的控制時鐘，標準時鐘頻率為 50kHz；麗：使能端，為 0 時， MCl4499 允許接收串行 數據輸入，為 1時，片內的移位寄存器將數據送入鎖存器中鎖存。 MC14499 管腳配置如下圖 ： 圖 MC14499 引腳電路圖 MAX197 芯片 在數據采集系統(tǒng)中 ， A/D 轉換的速度和精度又決定了采集系統(tǒng)的速度和精度。 MAX197是 Maxim 公司推出的具有 12 位測量精度的高速 A/D 轉換芯片 ， 只需單一電源供電 ,且轉換時間很短 (6ms)， 具有 8 路輸入通道 ,還提供了標準的并行接口 —— 8 位三態(tài)數據 I/O口 ， 可以和大部分單片機直接接口 ， 使用十分方便 。 MAX197 無需外接元器件就可獨立完成 A/D 轉換功能。它可分為內部采樣模式和外部采樣模式 ， 采樣模式由控制寄存器的 D5 位決定。在內部采樣控制模式 (控制位置 0)中 ，由寫脈沖啟動采樣間隔 ,經過瞬間的采樣間隔 (芯片時鐘為 2MHz 時 ，頻率 為 3ms)， 即開始 A/D 轉換。在外部采樣模式 (D5=1)中 ， 由兩個寫脈沖分別控制采樣和 A/D 轉換。在第一個寫脈沖出現時 ， 寫入 ACQMOD 為 1， 開始采樣間隔。在第二個寫脈沖出現時 ， 寫入控制字 ACQMOD 為 0， MAX197 停止采樣 ， 開始Ａ /Ｄ轉換。這兩個寫脈沖之間的時間間隔為一次采樣時間。當一次轉換結束后 ， MAX197 相應的 INT引腳置低電平 ， 通知處理器可以讀取轉換結果 及 內部采樣模式的數據轉換時序 。 對于模擬到數字量的轉換 ， 時序要求非常嚴格 ， 由于 MAX197 的數字信號輸出引腳是復用的 ,要正確讀出轉換結果 ， 時序要求尤其重要。在一次采樣開始前 ， 可以通過單片機 19 的 8 位數據線把這些控制字寫入 MAX197 來初始化相應的參數。然后按照一定的時序進行采樣和轉換。 圖中 HBEN為 12位數據高 4位或低 8位有效控制位 ,當此位為高時 ， 高 4位數據有效 ，為低時低 8 位數據有效?？梢酝ㄟ^控制這個引腳來讀取 12 位的轉換結果。 其管腳排列圖如圖 所示： 圖 MAX197 的引腳電路圖 74HC4060 芯片 74HC4060 是一款高速 CMOS 器件， 74HC4060 引腳兼容 HEF4060。 74HC4060 是 14 階脈動進位計數器 /振蕩器，帶有 3 個振蕩器端口（ RS， RTC 和 CTC），10 個緩沖輸出（ Q3 至 Q9， Q11 至 Q13）和 1 個最高優(yōu)先級異步主復位（ MR）。振蕩器配置可以是 RC 振蕩設計，也可以是晶振電路設計。通過 RS 輸入端，振蕩器可由外部時鐘信號代替。這種情況下，需保持其他振蕩器引腳（ RTC 和 CTC）懸空。 74HC4060 的計數器在 RS 的下降沿增 長， MR 端輸入高電平則會清零計數器（ Q3 至 Q9， Q11 至 Q13 為低），且不依賴于其他輸入條件。 其管腳排列圖如下圖 ： 20 圖 74HC4060 的引腳 電路圖