【正文】 S232 通信協(xié)議 無線數(shù)傳模塊與 單片機 、管理端無線數(shù)傳模塊與 PC 機采用 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直接查詢某單元的某用戶計量表的數(shù)據(jù)，本規(guī)約規(guī)定地址域中的前 2 字節(jié)為 單片機 地址，其后 2 字節(jié)為某單元計量表地址。以單元地址碼 0001H 計量表地址 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 上位機對集中器讀數(shù)據(jù)命令（無后續(xù)數(shù)據(jù)）； 04H 上位機對集中器的寫數(shù)據(jù)命 令； 81H 集中器對上位機的正確信息應(yīng)答； C1H 集中器對上位機的錯誤信息應(yīng)答； 03H 上位機對集中器的重讀數(shù)據(jù)命令； 08H 上位機對集中器的校時命令； 本章小結(jié) 本章主要對本系統(tǒng)的總體設(shè)計進行了介紹。其中介紹了系統(tǒng)的總體框架設(shè)計，系統(tǒng)可靠性和性能分析，同時也 簡單的介紹了單片機 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，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 本項目的數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計， 及硬件設(shè)計 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 個管角的單塊 集成電路 ，高電壓，高電流，四通道驅(qū)動，設(shè)計用 L298N來接收 DTL或者 TTL邏輯電平，驅(qū)動感性負(fù)載 (比如 繼電器 ，直流和 步進馬達(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 電機 進行控制，無須隔離電路，可以驅(qū)動雙 電機 。根據(jù) L298N 芯片 的特點以及 SPCE061A 自身的特點，把 IOA4～ IOA7作 為輸出口，分別與 L298N的 IN1～IN4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， OUT3～OUT4接驅(qū)動電機，根據(jù)設(shè)計要求，結(jié)合所編好的程序，根據(jù)所發(fā)語音命令，接收信號，便可給 [P_IOA_DATA]傳送數(shù)據(jù)，從而控制轉(zhuǎn)向電機和驅(qū)動電機。其連接圖如圖 32所示。 主控電路AT89S52 RS485 串口電路 MAX1487 存儲模塊 AT24C04 電能采集電路 L298 LCD 顯示模塊 SMC1602A 時鐘 模塊 DS1302 水量、煤氣量集電路 L298 18 圖 32 驅(qū)動芯片 L298電機驅(qū)動電路 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)動繼電器、直流電動機、步進電機等電感負(fù)載，其內(nèi)部有兩個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與單片機連接： 單片機的外部中斷采樣直流電機產(chǎn)生的脈沖數(shù)，用來計量數(shù)字量表的數(shù)值。 該系統(tǒng)電路簡單， 控制方便，具備一定的實用價值。 L298與單片機連接圖如圖 34所示 ： 19 圖 34 L298與單片機連接圖 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 發(fā)光二極管 單元（多一個小數(shù)點顯示）；按能顯示多少個 “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，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陰極為高電平時，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，相應(yīng)字段就點亮，當(dāng)某一字段的陽極為低電平時，相應(yīng)字段就不亮。 數(shù)碼管要正常顯示，就要用 驅(qū)動電路 來驅(qū)動數(shù)碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的 數(shù)字 ，因此根據(jù)數(shù)碼管的 驅(qū)動方式 的不同，可以分為靜態(tài)式和動態(tài)式兩類。 靜態(tài)顯示驅(qū)動 ： 靜態(tài)驅(qū)動也稱直流驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個 單片機 的 I/O 端口進行驅(qū)動，或者使用如 BCD 碼二 十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。靜態(tài)驅(qū)動的優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用 I/O端口多，如驅(qū)動 5個數(shù)碼管靜態(tài)顯示則需要 58=40 根 I/O 端口來驅(qū)動，要知道一個 89S51 單片機可用的 I/O端口才 32 個呢：），實際應(yīng)用時必須增加譯碼驅(qū)動器進行驅(qū)動，增加了硬件電路的復(fù)雜性。 20 動態(tài)顯示驅(qū)動 ： 數(shù)碼管動態(tài)顯示接口是單片機中應(yīng)用最為廣泛的一種顯示方式之一，動態(tài)驅(qū)動是將所有數(shù)碼管的 8個顯示筆劃 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，位選通由各自獨立的 I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通 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)碼管就不會亮。通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的的 COM 端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示，這就是動態(tài)驅(qū)動。在輪流顯示過程中，每位數(shù)碼管的點亮?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)，盡管實際上各位數(shù)碼管并非同時點亮，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)，不會有閃爍感，動態(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。 本實驗顯示數(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來實現(xiàn)， 排阻一般有九個腳，一個腳接 VCC，其他腳接單片機 I/o 口，比如說 P0口，一般需要加排阻。 接在 51單片機的 P0口，因為P0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的連接圖 37所示： 21 圖 37 數(shù)碼管和排阻與單片機的連接圖 單片機 P1口接了 10k的電阻， 以保護 I/0口， 免得短路燒掉單片機， 一般取 110k都是可以的。 按鍵控制 本實驗通過按鍵 來 模擬水電氣開關(guān)的動作，顯示管的示數(shù)也同步進行變化，使得設(shè)計更智能化。 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 P1 口來傳送，數(shù)碼管各位的片選線是分別由單片機的 P0～ 通過總線驅(qū)動芯片 74LS245來完成控制。 本章小結(jié) 本章主要針對系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集模塊 ，介紹了系統(tǒng)的硬件設(shè)計，對 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 介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計后， 接下來本文將詳細(xì)講解系統(tǒng)軟件設(shè)計， 本設(shè)計軟件系統(tǒng)主要包括：三表計量系統(tǒng)軟件以及仿真設(shè)計。 本設(shè)計 采用 Proteus ISIS 仿真軟件 、 Keil uVision3編程軟件，以及上位機管理系統(tǒng)。 Proteus 介紹 本設(shè)計是基于單片機的智能 水電氣 表系統(tǒng)的設(shè)計，故采用 Proteus ISIS 作為仿真軟件。這是英國 Labcenter 公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟 件。它運行于 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，該軟件的特點是： ① 實現(xiàn)了單片機仿真和 SPICE 電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232 動態(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、信號發(fā)生器等。 ② 支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有： 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)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、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 同時也是 PK51 及其它開發(fā)套件的一個重要組件。除增加了源代碼、功能導(dǎo)航器、模板編輯以及改進的搜索功能外， uVision3 還提供了一個配置向?qū)Чδ?，加速了啟動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應(yīng)的程序，以實現(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應(yīng)的程序，以實現(xiàn)功能 。 系統(tǒng)聯(lián)調(diào) 程序編制好以后，使用 KEIL 來進行編譯，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)傳送至單片機進行處理 開始 結(jié)束 判斷是否轉(zhuǎn)換完成 ? 26 的機器碼。 Keil 提供了包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(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； （ 3）點擊 Ke