【正文】 27 圖 RS485構(gòu)成的多機(jī)通信原理框圖 在總線末端接一個(gè)匹配電阻，吸收總線上的反射信號(hào)，保證正常傳輸信號(hào)干凈、無(wú)毛刺。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。 當(dāng)總線上沒(méi)有信號(hào)傳輸時(shí)，總線處于 懸浮狀態(tài)，容易受干擾信號(hào)的影響。將總線上差分信號(hào)的正端 A+和 +5 電源間接一個(gè) 10K的電阻；正端 A+和負(fù)端 B間接一個(gè) 10K 的電阻；負(fù)端 B和地間接一個(gè) 10K 的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)總線上沒(méi)有信號(hào)傳輸時(shí)，正端 A+的電平大約為 ，負(fù)端 B的電平大約為 ，即使有干擾信號(hào)，卻很難產(chǎn)生串行通信的起始信號(hào) 0，從而增加了總線抗干擾的能力。 RS485 通信規(guī)則 由于 RS－ 485 通信是一種半雙工通信，發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽(tīng)到 總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒(méi)有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下，才能應(yīng)答。半雙工通信對(duì)主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時(shí)序有嚴(yán)格的要求。如果在時(shí)序上配合不好，就會(huì)發(fā)生總線沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的通信癱瘓，無(wú)法正常工作。要做到總線上的設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從以下幾項(xiàng)原則： 1) 復(fù)位時(shí)，主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。 SN75176 芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 RE*， DE端控制的。 RE*=1， DE=1 時(shí)，SN75176 發(fā)送狀態(tài)； RE*=0， DE=0 時(shí)， SN75176 處于接收狀態(tài)。一般使用單片機(jī) 的一根口線連接 RE*， DE 端。在上電復(fù)位時(shí)，由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，并且單片機(jī)各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài)，這樣就會(huì)使總線上各個(gè)分機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，加上上電時(shí)各電路的不穩(wěn)定，可能向總線發(fā)送信息。因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號(hào)，應(yīng)該將口第三章 各芯片的概述 28 線反向后接入 SN75176 的控制端，使上電時(shí) SN75176 處于接收狀態(tài)。 另外，在主從機(jī)軟件上也應(yīng)附加若干處理措施，如：上電時(shí)或正式通信之前，對(duì)串行口做幾次空操作，清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。 2) 控制端 RE*， DE 的信號(hào)的有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一 幀信號(hào)的寬度。 在 RS－ 232， RS－ 422 等全雙工通信過(guò)程中，發(fā)送和接收信號(hào)分別在不同的物理鏈路上傳輸，發(fā)送端始終為發(fā)送端，接收端始終為接收端，不存在發(fā)送、接收控制信號(hào)切換問(wèn)題。在 RS－ 485半雙工通信中，由于 SN75176 的發(fā)送和接收都由同一器件完成，并且發(fā)送和接收使用同一物理鏈路，必須對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行切換?？刂菩盘?hào)何時(shí)為高電平，何時(shí)為低電平，一般以單片機(jī)的 TI， RI 信號(hào)作參考。 ，檢測(cè) TI是否建立起來(lái)，當(dāng) TI 為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能； ，檢測(cè) RI是否建立起來(lái) ，當(dāng) RI 為高電平后，接收完畢，又可以轉(zhuǎn)為發(fā)送。 在理論上雖然行得通，但在實(shí)際聯(lián)調(diào)中卻出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)時(shí)錯(cuò)的現(xiàn)象。根據(jù)查證有關(guān)資料，并在聯(lián)調(diào)中借助存儲(chǔ)示波器反復(fù)測(cè)試，才發(fā)現(xiàn)一個(gè)值得注意的問(wèn)題，我們可以查看單片機(jī)的時(shí)序： 圖 串行口模式 3時(shí)序圖 單片機(jī)在串行口發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，只要將 8位數(shù)據(jù)位傳送完畢， TI標(biāo)志即建立，但此時(shí)應(yīng)發(fā)送的第九位數(shù)據(jù)位（若發(fā)送地址幀時(shí)）和停止位尚未發(fā)出。如果在這是關(guān)閉發(fā)送控制，勢(shì)必造成發(fā)送幀數(shù)據(jù)不完整。如果單片機(jī)多機(jī)通信采用較高的波特率，幾條操作指令的延南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 時(shí)就可能超過(guò) 2位（ 或 1位）數(shù)據(jù)的發(fā)送時(shí)間，問(wèn)題或許不會(huì)出現(xiàn)。但是如果采用較低波特率，如 9600，發(fā)送一位數(shù)據(jù)需 100μs 左右，單靠幾條操作指令的延時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，問(wèn)題就明顯地暴露出來(lái)。接收數(shù)據(jù)時(shí)也同樣如此，單片機(jī)在接收完 8 個(gè)數(shù)據(jù)位后就建立起 RI信號(hào)，但此時(shí)還未接收到第九位數(shù)據(jù)位（若接收地址幀時(shí)）和停止位。所以，接收端必須延時(shí)大于 2位數(shù)據(jù)位的時(shí)間（ 1 位數(shù)據(jù)位時(shí)間 =1/波特率），再作應(yīng)答，否則會(huì)發(fā)生總線沖突 。 3) 總線上所連接的各單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)序上完全隔開(kāi)。 為了保證發(fā)送和接收信號(hào)的完整和正確，避免總線上信號(hào)的 碰撞，對(duì)總線的使用權(quán)必須進(jìn)行分配才能避免競(jìng)爭(zhēng)，連接到總線上的單機(jī)，其發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上要完全隔離。 總之，發(fā)送和接收控制信號(hào)應(yīng)該足夠?qū)?，以保證完整地接收一幀數(shù)據(jù)，任意兩個(gè)單機(jī)的發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上完全分開(kāi)，避免總線爭(zhēng)端。 第四章 硬件設(shè)計(jì) 30 第四章 硬件設(shè)計(jì) 考慮壓力傳感器 MAX2100 是小信號(hào)且易受到外界噪聲干擾，不易被識(shí)別，則采取儀表放大電路，利用兩級(jí)差分放大電路對(duì)其進(jìn)行放大處理，最后得到我們想要的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。儀表放大電路如圖 。 圖 儀表放大電路 在理想運(yùn)放條件下，利用虛短和虛斷的概念，有以下方程： V2=(VO2V4) RP1/(RP1+R4) ?? () V4=(VO1V2) RP1/(RP1+R1) ?? () (VO1VO3) R3/(R2+R3)=(VO2VO4)R6/(R5+R6) ?? () VO4=5(RP2’’ +R8)/(R7+RP2’ +RP2’’ +R8) ?? () RP2=RP2’ +RP2’’ ?? () 而 R1=R4=20K,R2=R3=R5=R6=RP2=100K,R7=R8=10K,RP RP2’ 、 RP2’’ 的取值范圍都為（ 0， 100K），則有： 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 VO3=(V4V2) 20/RP1+(RP2’’ +10)/24 ?? () 故 VO3 的大小有 V V RP1 、 RP2’’ 來(lái)決定，通過(guò)改變 RP1 和 RP2’’ 值來(lái)改變所需信號(hào)的放大 倍數(shù)。 直流穩(wěn)壓電源模塊設(shè)計(jì) 在該設(shè)計(jì)系統(tǒng)中需要 +5V 來(lái)為芯片，運(yùn)放，傳感器，按鍵，單片機(jī)等提供電源，所以必須設(shè)計(jì) 直流穩(wěn)壓電源模塊。 7800 系列型為系列固定正電壓輸出， 7900 系列型為多種固定負(fù)電壓輸出。本次設(shè)計(jì)需要 +5V 直流電壓，所以，只需要 7805。 7800 系列有字的朝自己，管腳依次是 IN、 GND、OUT。 本次設(shè)計(jì)的通過(guò)單相橋式的整流電路，其優(yōu)點(diǎn)是輸出電壓高，紋波電壓較小，管子所承受的最大反向電壓較低，同時(shí)因電源變壓器在正、負(fù)半周期內(nèi)都有電流供給負(fù)載，電源變壓器得到了充分的利用，效率較高。 然后通過(guò)電容濾波得到平滑的直流電壓，但這樣的電壓還隨電網(wǎng)電壓波動(dòng)（一般有10%~+10%左右的波動(dòng)）、負(fù)載和溫度的變化而變化，故還需穩(wěn)壓電壓維持輸持輸出直流電壓穩(wěn)定。 直流穩(wěn)壓電源仿真電路如圖 所示。 圖 直流穩(wěn)壓電源仿真電路 電路中靠近引腳處接入電容 C C5用來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償，防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激振蕩和抑制電路引入的高頻干擾， C7 是電解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。 D1 是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入端短路時(shí)，給輸出電容器 C7 一個(gè)放電通路，防止第四章 硬件設(shè)計(jì) 32 C7 兩端電壓作用于調(diào)整管的 BE 結(jié) ，造成調(diào)整管 BE 結(jié)擊穿而損壞。 模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化數(shù)字信號(hào)（ A/D）模塊設(shè)計(jì) 單片機(jī)只能處理數(shù)字信號(hào)，要處理模擬信號(hào)時(shí)必須通過(guò) A/D 處理后才行。 A/D 電路如圖 。 MPX2100_VO 為傳感器經(jīng)信號(hào)調(diào)理后的信號(hào)，做 A/D 的模擬信號(hào)的輸入，選則通道 0。 CLK 這個(gè)引腳接一個(gè) 100pF 電容至地，設(shè)置內(nèi)部時(shí)鐘頻率，這時(shí) CLK 的典型頻率為 。 圖 A/D電路 VDD、 REF、 REFADJ 引腳外接電容作為旁路電容至地。 HBEN 接單片機(jī)的 ，當(dāng) =0 時(shí)，讀低 8位，即 D0~D7；當(dāng) =1 時(shí)，讀取較高的 4位，即 D8~D11。掉電輸入腳 /SHDN 為高電平，則器件不會(huì)進(jìn)入掉電工作狀態(tài)。片選端 /CS 由單片機(jī)的 決定，當(dāng) =0 時(shí)，則 /CS 有效，選擇該芯片。由于我們程序中 MAX197 的控制字為 01100000，表明該器件處于正常工作的內(nèi)部時(shí)鐘模式， 0~5V 的測(cè)量范圍，測(cè)量通道為 0通道，并采用外部采集模式。當(dāng) /CS=0 時(shí)，在外部采集模式下， /WR 的第一個(gè)上升沿啟動(dòng)一次采集， /WR 的第二個(gè)上升沿結(jié)束采集并開(kāi)始一次轉(zhuǎn)換。待這次轉(zhuǎn)換結(jié)束時(shí)， /INT 為低電平時(shí) ,輸出數(shù)據(jù)準(zhǔn)備就緒。這時(shí) /RD 的下降沿將實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)總線上的該次操作，將數(shù)據(jù)讀進(jìn)單片機(jī)，這樣完成了一次 A/D轉(zhuǎn)換過(guò)程，其它次數(shù)的轉(zhuǎn)換都是重復(fù)以上過(guò)程。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 33 液晶顯示模塊設(shè)計(jì) HS1286415 液晶顯示模塊具有體積小、功耗低、顯示內(nèi)容豐富 （顯示數(shù)字、字符、漢字和圖形） 等特點(diǎn)， 功能比較全面， 在單片機(jī)應(yīng)用設(shè)計(jì)中 代替 LED 成為 最常用的信息顯示器件了。 其功能：文字與圖形混合顯示功能，畫(huà)面清除功能，光標(biāo)歸位功能，顯示開(kāi) /關(guān)功能 ，光標(biāo)顯示 /隱藏功能，顯示字體閃爍功能，光標(biāo)移位功能功能，顯示移位功能 等。 可以進(jìn)行讀狀態(tài)，寫(xiě)指令，讀數(shù)據(jù)，寫(xiě)數(shù)據(jù)， 液晶顯示 器通過(guò)單片機(jī)的 I/O 口來(lái)獲取數(shù)據(jù)并且顯示出來(lái)。 設(shè)計(jì)如圖 。當(dāng)單片機(jī) =1 時(shí)，選擇數(shù)據(jù)寄存器；當(dāng) =0 時(shí)，選擇指令寄存器。 決定 HS1286415 的讀寫(xiě)的操作， 為高電平時(shí)是讀操作，反之，寫(xiě)操作。 為高電平，該器件使能端有效，其它程序才執(zhí)行。當(dāng) PSB 輸入高電平時(shí)，選擇并行方式，故接電源端；當(dāng) PSB輸入低電平時(shí)，選擇串行方式。按下按鈕 RET 可以手動(dòng)復(fù)位，改變滑動(dòng)變阻器 RP 可以調(diào)節(jié)其對(duì)比度。 圖 液晶顯示電路 按鍵電路的設(shè)計(jì) 鍵盤(pán)輸入是單片機(jī)讀取外部指令輸入的重要途徑，因 此，如何設(shè) 計(jì)鍵盤(pán)的工作原理、讀鍵盤(pán)的方法、鍵盤(pán)的抗干擾設(shè)計(jì)等在單片機(jī)設(shè)計(jì)系統(tǒng)中占有重要地位。 常用的按鍵有三種：機(jī)械觸點(diǎn)式按鍵、導(dǎo)電橡膠式和柔性按鍵（又稱(chēng)觸摸式鍵盤(pán)）。 第四章 硬件設(shè)計(jì) 34 設(shè)計(jì)可以采用行列式鍵盤(pán)，但是由于考慮到按鍵數(shù)少，只有用到 6個(gè)按鍵，和 I/O 口的有多，使用簡(jiǎn)便，本次設(shè)計(jì)采用了 6個(gè)獨(dú)立按鍵來(lái)控制時(shí)鐘和水位高度的設(shè)置，按鍵與單片機(jī)的 P1 口中的 ~ 連接以及與 /INT1 連接，它們分別完成 “ +”、“ ”、“左移”、“右移 ”、“確認(rèn)”、“設(shè)置”六種功能。這些按鍵中的任意一鍵按下時(shí)，則相應(yīng)的 按鍵 輸出低電平。電路 如圖 所示。 圖 按鍵電路 RS485 通信電路模塊設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)如圖 所示。當(dāng) =1 時(shí)，接收器輸出使能端 /RE 為低電平，接收器輸出 RO有效，其作接收器使用；當(dāng) =0 時(shí)， RO成高阻狀態(tài)，而驅(qū)動(dòng)器輸出使能端 DE高電平，則驅(qū)動(dòng)器輸出 A和 B有效，其作驅(qū)動(dòng)器使用。使用 120 歐線路匹配電阻提高抗干擾能力。 圖 其作驅(qū)動(dòng)器時(shí)的真值表如表 所示，作接收器時(shí)的真值表如表 所示。 南昌工程學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 35 表 作驅(qū)動(dòng)器時(shí)的真值表 表 作接收器時(shí)的真值表 *注釋?zhuān)?H 表示高電平， L 表示低電平， X 表示任意狀態(tài)，？表示不確定狀態(tài)， Z 表示高阻狀態(tài)， OPEN 表示懸空。 由于 RS－ 485 通信是一種半雙工通信，發(fā)送和接收共用同一物理信道。在任意時(shí)刻只允許一臺(tái)單機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽(tīng)到總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒(méi)有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下，才能應(yīng)答。半雙工通信對(duì)主機(jī)和從機(jī)的發(fā)送和接收時(shí)序有嚴(yán)格的要求。如果在時(shí)序上配合不好，就會(huì)發(fā)生總線沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的通信癱瘓，無(wú)法正常工作。要做到總線上的設(shè)備在時(shí)序上的嚴(yán)格配合，必須要遵從以下幾項(xiàng)原則： 1) 復(fù)位時(shí)，主從機(jī)都應(yīng)該處于接收狀態(tài)。 MAX485 芯片的發(fā)送和接收功能轉(zhuǎn)換是由芯片的 /RE ， DE端控制的。 /RE=1， DE=1 時(shí)，MAX485 發(fā)送狀態(tài)； /RE=0， DE=0 時(shí)， SN75176 處于接收狀態(tài)。一般使用單片機(jī)的一根口線連接 /RE 和 DE 端。在上電復(fù)位時(shí)，由于硬件電路穩(wěn)定需要一定的時(shí)間，并且單片機(jī)各端口復(fù)位后處于高電平狀態(tài)，這樣就會(huì)使總線上各個(gè)分機(jī)處于發(fā)送狀態(tài)，加上上電時(shí)各電路的不穩(wěn)定，可能向總線發(fā)送信息。因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號(hào)，應(yīng)該將口線反向后接入 MAX485 的控制端，使上電時(shí) MAX485 處于接收狀態(tài)。 另外，在主從機(jī)軟件上也應(yīng)附加若干處理措施，如：上電時(shí)或正式通信之前，對(duì)串行口做幾次空操作，清除端口的非法數(shù)據(jù)和命令。 2) 控制端 /RE、 DE 的信號(hào)的有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一幀信號(hào)的寬度。輸入 輸出 AB電壓差值（ VID） /RE RO VID≧ 200mV L H 200mVVID200mV L ? VID≦ 200mV L L X H Z OPEN L ? 輸入 輸出 DE DI A