【正文】 通信協(xié)議 無線數(shù)傳模塊與 單片機(jī) 、管理端無線數(shù)傳模塊與 PC 機(jī)采用 RS232 通信方式，可以自定義通信規(guī)約，但為了與 RS485 通信編程方便和統(tǒng)一，該通信規(guī)約也使用 DL/T645規(guī)約。 為了能夠使上位管理機(jī)直接查詢某單元的某用戶計(jì)量表的數(shù)據(jù)，本規(guī)約規(guī)定地址域中的前 2 字節(jié)為 單片機(jī) 地址，其后 2 字節(jié)為某單元計(jì)量表地址。以單元地址碼 0001H 計(jì)量表地址 0001H 為例，則其數(shù)據(jù)幀格式為： 16 68H+01000100AAAAH+68H+1 字節(jié)控制碼 +1 字節(jié)數(shù)據(jù)長度 L+n 字節(jié)數(shù)據(jù)域 +1 字節(jié) CS 校驗(yàn)碼 +16H。其中控制代碼說明如表 22 所示。 表 22 控制代碼表 控制代碼 代碼說明 01H 上位機(jī)對(duì)集中器讀數(shù)據(jù)命令（無后續(xù)數(shù)據(jù)）； 04H 上位機(jī)對(duì)集中器的寫數(shù)據(jù)命令； 81H 集中器對(duì)上位機(jī)的正確信息應(yīng)答； C1H 集中器對(duì)上位機(jī)的錯(cuò)誤信息應(yīng)答； 03H 上位機(jī)對(duì)集中器的重讀數(shù)據(jù)命令； 08H 上位機(jī)對(duì)集中器的校時(shí)命令； 本章小結(jié) 本章主要對(duì)本系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)進(jìn)行了介紹。其中介紹了系統(tǒng)的總體框架設(shè)計(jì)，系統(tǒng)可靠性和性能分析，同時(shí)也 簡單的介紹了單片機(jī) AT89S52， 講解了本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊及采集 電路 方案設(shè)計(jì)，無線收發(fā)模塊及 RS485 和 RS232 的數(shù)據(jù)通信技術(shù)。 17 第 3 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 本項(xiàng)目的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計(jì)， 及硬件設(shè)計(jì) 如圖 31 所示： 圖 31 數(shù)據(jù)采集模塊總體電路框架圖 L298 芯片的介紹 L298 是 SGS 公司的產(chǎn)品， L298N 為 15 個(gè)管角的單塊 集成電路 ，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)用 L298N 來接收 DTL 或者 TTL 邏輯電平，驅(qū)動(dòng)感性負(fù)載 (比如 繼電器 ，直流和 步進(jìn)馬達(dá) )和 開關(guān) 電源 晶體管 。內(nèi)部包含 4 通道邏輯驅(qū)動(dòng)電路，其額定工作電流為 1 A，最大可達(dá) A， Vss 電壓最小 V，最大可達(dá) 36 V； Vs 電壓最大值也是 36 V。 L298N 可直接對(duì) 電機(jī) 進(jìn)行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動(dòng)雙 電機(jī) 。根據(jù) L298N 芯片 的特點(diǎn)以及 SPCE061A 自身的特點(diǎn)，把 IOA4～ IOA7 作為輸出口，分別與 L298N 的 IN1～I(xiàn)N4相接，其 VS、 VSS 分別接 +12 V、 +5 V 電源 ，其輸出口 OUT1～ OUT2 接轉(zhuǎn)向電機(jī)， OUT3～OUT4 接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，根據(jù)設(shè)計(jì)要求，結(jié)合所編好的程序，根據(jù)所發(fā)語音命令，接收信號(hào)，便可給 [P_IOA_DATA]傳送數(shù)據(jù)，從而控制轉(zhuǎn)向電機(jī)和驅(qū)動(dòng)電機(jī)。其連接圖如圖 32所示。 主控電路AT89S52 RS485 串口電路 MAX1487 存儲(chǔ)模塊 AT24C04 電能采集電路 L298 LCD 顯示模塊 SMC1602A 時(shí)鐘模塊 DS1302 水量、煤氣量集電路 L298 18 圖 32 驅(qū)動(dòng)芯片 L298電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路 連接圖 L298 是雙 H高電壓大電流集成電路，直接采用 TTL 邏輯電平控制，可以驅(qū)動(dòng)繼電器、直流電動(dòng)機(jī)、步進(jìn)電機(jī)等電感負(fù)載，其內(nèi)部有兩個(gè)完全相同的功率放大回路，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)和引腳功能如圖 33所示。 圖 33 L298內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能引腳圖 L298 與單片機(jī)連接： 單片機(jī) 的外部中斷采樣直流電機(jī)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計(jì)量數(shù)字量表的數(shù)值。 該系統(tǒng)電路簡單，控制方便，具備一定的實(shí)用價(jià)值。 L298 與單片機(jī)連接圖如圖 34所示 ： 19 圖 34 L298與單片機(jī)連接圖 顯示模塊 數(shù)碼管按段數(shù)分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管，八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè) 發(fā)光二極管 單元（多一個(gè)小數(shù)點(diǎn)顯示）；按能顯示多少個(gè) “8” 可分為 1位、 2位、 4 位等等數(shù)碼 管；按發(fā)光二極管單元連接方式分為共陽極數(shù)碼管和共陰極數(shù)碼管。共陽數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陽極接到一起形成公共陽極 (COM)的數(shù)碼管，共陽數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM 接到 +5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。共陰數(shù)碼管是指將所有發(fā)光二極管的陰極接到一起形成公共陰極 (COM)的數(shù)碼管，共陰數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極 COM接到地線 GND上，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陽極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼 管要正常顯示，就要用 驅(qū)動(dòng)電路 來驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的 數(shù)字 ，因此根據(jù)數(shù)碼管的 驅(qū)動(dòng)方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ： 靜態(tài)驅(qū)動(dòng)也稱直流驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)是指每個(gè)數(shù) 碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè) 單片機(jī) 的 I/O 端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如 BCD 碼二 十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。靜態(tài)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用 I/O 端口多，如驅(qū)動(dòng) 5個(gè)數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O端口來驅(qū)動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51 單片機(jī)可用的 I/O端口才 32 個(gè)呢：），實(shí)際應(yīng)用時(shí)必須增加譯碼驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 20 動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng) ： 數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示接口是單片機(jī)中應(yīng)用最為廣泛的一種顯 示方式之一，動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)是將所有數(shù)碼管的 8個(gè)顯示筆劃 a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極 COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的 I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對(duì)位選通 COM 端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管的選通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的 COM端，就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動(dòng)態(tài)驅(qū)動(dòng)。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管 的點(diǎn)亮?xí)r間為 1～ 2ms，由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的 余輝 效應(yīng)，盡管實(shí)際上各位數(shù)碼管并非同時(shí)點(diǎn)亮，但只要掃描的速度足夠快，給人的印象就是一組穩(wěn)定的顯示數(shù)據(jù)，不會(huì)有閃爍感，動(dòng)態(tài)顯示的效果和靜態(tài)顯示是一樣的，能夠節(jié)省大量的 I/O 端口，而且 功耗 更低。 本實(shí)驗(yàn)顯示數(shù)碼管 外形圖，如 圖 35所示 ： 圖 35 6位一體的 7段共陰極數(shù)碼管 該數(shù)碼管片選線通過排阻 RESPACK8來實(shí)現(xiàn)， 排阻一般有九個(gè)腳，一個(gè)腳接 VCC，其他腳接單片機(jī) I/o 口，比如說 P0口，一般需要加排阻。 接在 51單片機(jī)的 P0口，因?yàn)镻0口內(nèi)部沒有上拉電阻，不能輸出高電平，所以要接上拉電阻 。排阻圖形 36如下： 圖 36 排阻 RESPACK8 數(shù)碼管和排阻與單片機(jī)的連接圖 37所示： 21 圖 37 數(shù) 碼管和排阻與單片機(jī)的連接圖 單片機(jī) P1口接了 10k 的電阻， 以保護(hù) I/0口， 免得短路燒掉單片機(jī)， 一般取 110k都是可以的。 按鍵控制 本實(shí)驗(yàn)通過按鍵 來 模擬水電氣開關(guān)的動(dòng)作，顯示管的示數(shù)也同步進(jìn)行變化，使得設(shè)計(jì)更智能化。 其連接圖 38所示： 圖 38 按鍵連接圖 22 總硬件電路圖 39如下 圖 39 硬件電路圖 顯示數(shù)碼管選用的是 6 位一體的 7 段共陰數(shù)碼管，數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)由電片機(jī) P1 口來傳送，數(shù)碼管各位的片選線是分別由單片機(jī)的 P0～ 通過總線驅(qū)動(dòng)芯片 74LS245來完成控制。 本章小結(jié) 本章主要針對(duì)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊，介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，對(duì) L298 芯片及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)、顯示模塊、按鍵控制、硬件電路等作了簡單介紹 。 23 第 4 章 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)后， 接下來本文將詳細(xì)講解系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)， 本設(shè)計(jì)軟件系統(tǒng)主要包括：三表計(jì)量系統(tǒng)軟件以及仿真設(shè)計(jì)。 本設(shè)計(jì) 采用 Proteus ISIS 仿真軟件 、 Keil uVision3 編程軟件，以及上位機(jī)管理系統(tǒng)。 Proteus介紹 本設(shè)計(jì)是基于單片機(jī)的智能 水電氣 表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，故采用 Proteus ISIS 作為仿真軟件。這是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于 Windows 操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析 (SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是： ① 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動(dòng)態(tài)仿真、 I2C 調(diào)試器、 SPI 調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。 ② 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有： 68000 系列、 8051 系列、 AVR 系列、 PIC12 系列、 PIC16 系列、 PIC18 系列、 Z80 系列、 HC11 系列以及各種外圍芯片。 ③ 提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C51 uVision2 等軟件。 ④ 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。其工作界面如圖 41所示。 圖 41 Proteus 工作界面 24 Keil uVision3 介紹 KeilSoftware 公司推出的 uVision3 是一款可用于多種 8051MCU 的集成開發(fā)環(huán)境(IDE)。該 IDE 同時(shí)也是 PK51 及其它開發(fā)套件的一個(gè)重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進(jìn)的搜索功能外， uVision3 還提供了一個(gè)配置向?qū)Чδ?，加速了啟?dòng)代碼和配置文件的生成。此外其內(nèi)置的仿真器可模擬目標(biāo) MCU，包括指令集、片上外圍設(shè)備及外部信號(hào)等。 uVision3 提供邏輯分析器，可監(jiān)控基于 MCUI/O 引腳和外設(shè)狀態(tài)變化下的程序變量。 uVision3 提供對(duì)多種最新的 8051 類微處理器的支持，包括AnalogDevices 的 ADuC83x 和 ADuC84x，以及 Infineon 的 XC866 等。 Keil uVision3 的工作界面如圖 42 所示。 圖 42 Keil uVision3 工作界面 程序設(shè)計(jì)流程圖 在硬件電路搭建好以后，就可以開始編制與電路相對(duì)應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)功能。程序 25 流程圖如 圖 43 所示。 N Y N Y N Y 圖 43 程序設(shè)計(jì)流程圖 在硬件電路搭建好以后，就可以開始編制與電路相對(duì)應(yīng)的程序，以實(shí)現(xiàn)功能 。 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 程序編制好以后，使用 KEIL 來進(jìn)行編譯，我們編寫的程序通過 KEIL 變成可執(zhí)行系統(tǒng)初始化 脈沖信號(hào)采集 判斷采集是否完成 ? A/D 轉(zhuǎn)換 數(shù)據(jù)傳送至單片機(jī)進(jìn)行處理 開始 結(jié)束 判斷是否轉(zhuǎn)換完成 ? 26 的機(jī)器碼。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā) 方案，通過一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（ uVision）將這些部份組合在一起。 Keil C51 生成的目標(biāo)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。聯(lián)調(diào)的過過程為： （ 1）將 KeilC51（ u u3 均可）、 Proteus7 安裝好；運(yùn)行 ，選擇 keil安裝目錄；在 Proteus7 做好硬件連線， KeilC 寫好程序并編譯通過；打開 Proteus7，在【 Debug】下拉菜單中選【 User Remote Debug Monitor】； （ 2）打開 KeilC51，選中自己建立的工程，點(diǎn)擊【 project】，選 option for target ?自己建立的工程名 ?，在【 debug】標(biāo)簽下選中右邊的【 use】單選，并在下拉框中選【 Proteus VSM Simulator】仿真設(shè)備；