【正文】 損壞。電路的工作原理為：12V接入后，在固定式三端穩(wěn)壓器的和兩端形成一個(gè)并不十分穩(wěn)定的直流電壓。此直流電壓經(jīng)過(guò)的穩(wěn)壓和C9的濾波便在穩(wěn)壓電源的輸出端產(chǎn)生了精度高、穩(wěn)定度好的直流輸出電壓，為單片機(jī)的正常工作提供可靠的保證。 主從機(jī)RS485接口電路設(shè)計(jì)本系統(tǒng)使用的串行通信總線標(biāo)準(zhǔn)接口是RS485串行接口，RS485接口電路用到的發(fā)送器、接收器芯片是MAX485，發(fā)送器的A、B引腳和接收器的A、B引腳是對(duì)應(yīng)連接的，在收發(fā)器中會(huì)出現(xiàn)這種情況，它只能用于半雙工通信。 。 RS485接口電路 本系統(tǒng)采用的MAX485接口芯片是Maxim公司的一種RS485芯片。該芯片采用單一電源+5V工作，額定電流為300uA，采用半雙工通訊方式。它完成將TTL電平轉(zhuǎn)換為RS485電平的功能。從圖中可以看出，MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡(jiǎn)單，內(nèi)部包含有一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和接收器，RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動(dòng)器的輸入端，與單片機(jī)連接時(shí)只需分別與單片機(jī)的RXD和TXD相連即可；和DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng)為邏輯0時(shí)，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng)DE為邏輯1時(shí)，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)镸AX485工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個(gè)管腳控制這兩個(gè)引腳即可；A端和B端分別為接收和發(fā)送的差分信號(hào)端，當(dāng)A引腳的電平高于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為1；當(dāng)A引腳的電平低于B時(shí)，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為0。在與單片機(jī)連接時(shí)接線非常簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)信號(hào)控制MAX485的接收和發(fā)送即可，同時(shí)將A和B端之間加匹配電阻，一般可選100Ω的電阻。本系統(tǒng)選用的是120Ω的電阻。 MAX485引腳圖和典型工作電路，它們便于半雙工的通信接口電路使用。半雙工的通信方式可以實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的對(duì)等通信網(wǎng)絡(luò)。需要注意的是，收發(fā)器的發(fā)送器和接收器共用總線，所以接收信號(hào)和輸出信號(hào)都用A和B表示。 MAX485收發(fā)器邏輯功能表收發(fā)器發(fā)送邏輯功能收發(fā)器接收邏輯功能輸入輸出輸入輸出DEDIABDEABRO1111000≥+11100100≤010X高阻高阻00輸入開(kāi)路110X高阻從信號(hào)通路來(lái)說(shuō)，AD變換之前是模擬電路，之后是數(shù)字電路。模擬電路和AD變換電路決定了系統(tǒng)的信噪比，而這是評(píng)價(jià)采集系統(tǒng)優(yōu)劣的關(guān)鍵參數(shù)。為了提高信噪比，抑制系統(tǒng)中噪聲對(duì)模擬和AD電路的干擾，本系統(tǒng)的MAX485接口電路中單片機(jī)串行數(shù)據(jù)接收端RXD、單片機(jī)串行數(shù)據(jù)發(fā)送端TXD與MAX485使能端RS485E分別先連接到6N137光耦合器上。高速光電耦合器6N137 由磷砷化鎵發(fā)光二極管和光敏集成檢測(cè)電路組成。具有溫度、電流和電壓補(bǔ)償功能，高的輸入輸出隔離，LSTTL/TTL兼容，高速(典型為10MBd)，5mA的極小輸入電流。通過(guò)光敏二極管接收信號(hào)并經(jīng)內(nèi)部高增益線性放大器把信號(hào)放大后,由集電極開(kāi)路門(mén)輸出。6N137引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖37所示。該光電器件高、低電平傳輸延遲時(shí)間短,典型值僅為45ns ,已接近TTL 電路傳輸延遲時(shí)間的水平。具有10Mbps的高速性能，因而在傳輸速度上完全能夠滿足隔離總線的要求。內(nèi)部噪聲防護(hù)裝置提供了典型10kV/μs的共模抑制功能。除此之外，6N137 還具有一個(gè)控制端,通過(guò)對(duì)該端的控制, 可使光耦輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。 6N137光耦合器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、管腳如圖6N137管腳說(shuō)明如下：2腳和3腳為輸入端：2:Anode（陽(yáng)極），3:Cathode（陰極）。5腳為接地端。6腳為輸出端 Output(Open collector開(kāi)路集電極)；7腳為Enable（使能端）；8腳電源端。信號(hào)從腳2和腳3輸入，發(fā)光二極管發(fā)光，經(jīng)片內(nèi)光通道傳到光敏二極管，反向偏置的光敏管光照后導(dǎo)通，經(jīng)電流電壓轉(zhuǎn)換后送到與門(mén)的一個(gè)輸入端，與門(mén)的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門(mén)輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。當(dāng)輸入信號(hào)電流小于觸發(fā)閾值或使能端為低時(shí)，輸出高電平，但這個(gè)邏輯高是集電極開(kāi)路的，可針對(duì)接收電路加上拉電阻或電壓調(diào)整電路。 繼電器控制電路系統(tǒng)中主機(jī)從機(jī)數(shù)據(jù)采集的控制是通過(guò)2路繼電器控制電路實(shí)現(xiàn)的，繼電器控制電路在本系統(tǒng)中起著“開(kāi)關(guān)”作用：主機(jī)信號(hào)通過(guò)主機(jī)部分的485總線傳輸給從機(jī)，從機(jī)根據(jù)接收到的主機(jī)信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和反饋工作。： 2路繼電器控制電路其中的TLP5212為光電隔離器，光耦合器的結(jié)構(gòu)相當(dāng)于把發(fā)光二極管和光敏(三極)管封裝在一起。發(fā)光二極管把輸入的電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出，由于沒(méi)有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號(hào)，又有隔離干擾的作用。使電路之間的信號(hào)傳輸，前端與負(fù)載完全隔離，目的在于增加安全性，減小電路干擾，優(yōu)化電路設(shè)計(jì)。當(dāng)JiDian1腳（單片機(jī)上的P24腳）為低電平時(shí)二極管導(dǎo)通發(fā)光，接著三極管導(dǎo)通，這是7腳輸出高電平，致使T1導(dǎo)通，此后開(kāi)關(guān)K1合上并且指示燈亮，從而控制AD/DA電路的數(shù)據(jù)采集與反饋工作。D19是保護(hù)二極管。 2路DA轉(zhuǎn)換電路 TLC5615簡(jiǎn)介本系統(tǒng)的2路DA轉(zhuǎn)化電路都用到了TLC5615芯片，TLC5615是一個(gè)串行10 位DAC芯片，性能比早期電流型輸出的DAC要好。只需要通過(guò)3根串行總線就可以完成10位數(shù)據(jù)的串行輸入，易于和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的微處理器或微控制器(單片機(jī)) 接口，適用于電池供電的測(cè)試儀表、移動(dòng)電話,也適用于數(shù)字失調(diào)與增益調(diào)整以及工業(yè)控制場(chǎng)合。其主要特點(diǎn)如下：? 單5V 電源工作；? 3線串行接口；? 高阻抗基準(zhǔn)輸入端；? DAC 輸出的最大電壓為2倍基準(zhǔn)輸入電壓；? 上電時(shí)內(nèi)部自動(dòng)復(fù)位；? 微功耗， ；? 轉(zhuǎn)換速率快， ；小型(D) 封裝TL C5615CD 和塑料DIP(P) 封裝TLC5615CP的工作溫度范圍均為0℃~70℃；而小型(D)封裝TL C5615ID和塑料DIP(P) 封裝TLC5615IP的工作溫度在40 ℃~85℃的范圍內(nèi)。 TLC5615功能框圖 TLC5615 ,它主要由以下幾部分組成:(1) 10 位DAC 電路；(2) 一個(gè)16 位移位寄存器, 接受串行移入的二進(jìn)制數(shù),并且有一個(gè)級(jí)聯(lián)的數(shù)據(jù)輸出DOUT ；(3) 并行輸入輸出的10 位DAC 寄存器, 為10位DAC 電路提供待轉(zhuǎn)換的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；(4) 電壓跟隨器為參考電壓端REFIN 提供很高的輸入阻抗,大約10MΩ；(5) 2 電路提供最大值為2 倍于REFIN 的輸出； (6) 上電復(fù)位電路和控制電路。 TLC5615 的內(nèi)部功能框圖 TLC5615 的TLC5615 的引腳分布圖 TLC5615引腳功能8 腳直插式TLC5615 所示。各引腳功能如下:? DIN ,串行二進(jìn)制數(shù)輸入端。? SCLK ,串行時(shí)鐘輸入端。? CS ,芯片選擇,低有效。? DOUT ,用于級(jí)聯(lián)的串行數(shù)據(jù)輸出。? GND ,模擬地。? REFIN ,基準(zhǔn)電壓輸入端。? OUT ,DAC 模擬電壓輸出端。? VDD ,正電源電壓端。 TLC5615推薦工作條件? VDD ,～ ,通常取5V ；? 高電平輸入電壓: ；? 低電平輸入電壓, ；? 基準(zhǔn)輸入電壓: 2V～ (VDD 2) , ；? 負(fù)載電阻:不得小于2kΩ。 TLC5615的時(shí)序TLC5615 工作時(shí)序如圖3. 11所示。可以看出,只有當(dāng)片選CS 為低電平時(shí), 串行輸入數(shù)據(jù)才能被移入16 位移位寄存器。當(dāng)CS 為低電平時(shí),在每一個(gè)SCL K 時(shí)鐘的上升沿將DIN 的一位數(shù)據(jù)移入16位移寄存器。注意, 二進(jìn)制最高有效位被導(dǎo)前移入。接著,CS 的上升將16 位移位寄存器的10 位有效數(shù)據(jù)鎖存于10 位DAC 寄存器, 供DAC 電路進(jìn)行轉(zhuǎn)換。 當(dāng)片選CS 為高電平時(shí),串行輸入數(shù)據(jù)不能被移入16 位移位寄存器。注意, CS 的上升和下降都必須發(fā)生在SCL K 為低電平期間。從圖中可以看出,最大串行時(shí)鐘速率為:f( sclk ) max =1/ tw ( CH ) + tw( CS )≈14MHz TLC5615 工作時(shí)序如圖 TLC5615的兩種工作方式從圖39可以看出, 16位移位寄存器分為高4位虛擬位、低2位填充位以及10位有效位。在單片TLC561工作時(shí), 只需要向16位移位寄存器按先后輸入10位有效位和低2位填充位, 2位填充位數(shù)據(jù)任意,這是第一種方式,即12位數(shù)據(jù)序列。第二種方式為級(jí)聯(lián)方式, 即16位數(shù)據(jù)序列, 可以將本片的DOUT接到下一片的DIN, 需要向16位移位寄存器按先后輸入高4位虛擬位、10位有效位和低2位填充位, 由于增加了高4位虛擬位, 所以需要16個(gè)時(shí)鐘脈沖。無(wú)論工作在哪一種方式,輸出電壓為:VOU = VREFIN N / 1024其中, VREFIN是參考電壓, N 為輸入的二進(jìn)制數(shù)。 DA電路 ： 兩路DA轉(zhuǎn)換電路及兩路穩(wěn)壓電路 其中電壓源VCC（最大5V）經(jīng)過(guò)電阻的分壓后變?yōu)閂CC的基準(zhǔn)電壓，DD4為保護(hù)二極管。由于系統(tǒng)要求能提供最大10V的輸出反饋,而單片機(jī)最大只能輸出5V電壓，因此穩(wěn)壓電路中用到LM358運(yùn)放。LM358里面包括有兩個(gè)高增益、獨(dú)立的、內(nèi)部頻率補(bǔ)償?shù)碾p運(yùn)放，適用于電壓范圍很寬的單電源，而且也適用于雙電源工作方式，它的應(yīng)用范圍包括傳感放大器、直流增益模塊和其他所有可用單電源供電的使用運(yùn)放的地方使用。從INN1+輸入的最大5V的信號(hào)Vi1經(jīng)過(guò)2倍放大后從OUT1輸出（此時(shí)輸出最大為10V），OUT1腳與INT2+相連在此段經(jīng)過(guò)1:1放大，最終從OUT2輸出最大10V的信號(hào)。 3路AD轉(zhuǎn)換電路 ： 3路AD轉(zhuǎn)換電路由于STC12C5410AD 帶有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器，因此不再另用AD轉(zhuǎn)換芯片，直接用單片機(jī)的PP1P12采集3路節(jié)點(diǎn)信號(hào)。AD轉(zhuǎn)換電路同樣用到了LM358雙運(yùn)算放大器，兩組信號(hào)分別送入U(xiǎn)8處理，剩下的一組送入U(xiǎn)9處理，最后經(jīng)過(guò)電阻的分壓把輸出電壓降為原電壓的一半，在送入單片機(jī)處理。 本章小結(jié)本章設(shè)計(jì)了以STC12C5410AD單片機(jī)為核心的基于RS485通信的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集與控制器，根據(jù)系統(tǒng)要求確立了3路數(shù)據(jù)采集電路、2路數(shù)據(jù)反饋電路、2路繼電器控制電路。并且在不通過(guò)RS485總線的情況下系統(tǒng)也能進(jìn)行2路繼電器開(kāi)關(guān)控制、反饋2路本地模擬控制量和采集3路本地節(jié)點(diǎn)信號(hào)的工作。4 基于RS485通信遠(yuǎn)程采集與控制器的軟件設(shè)計(jì)本章主要介紹主機(jī)和從機(jī)的軟件設(shè)計(jì)，整個(gè)系統(tǒng)軟件采用模塊化和結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)方法。本章從軟件的角度論述遠(yuǎn)程采集與控制器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，論述的內(nèi)容包括軟件系統(tǒng)的通信協(xié)議、整體設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)、系統(tǒng)的初始化、RS485總線程序、繼電器控制程序、DA輸出控制程序、AD采集程序的設(shè)計(jì)。 通信協(xié)議的設(shè)計(jì) 對(duì)于任何涉及數(shù)據(jù)接收和發(fā)送的系統(tǒng)，通信協(xié)議的設(shè)計(jì)都是軟件設(shè)計(jì)的前提和關(guān)鍵。對(duì)于協(xié)議設(shè)計(jì)而言，最重要的就是數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。除了數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)的定義外，整個(gè)系統(tǒng)的通信還需要遵守下面的規(guī)則： （1）主機(jī)主導(dǎo)整個(gè)通信過(guò)程。由主機(jī)判斷從機(jī)是否按下發(fā)送準(zhǔn)備好按鍵，從機(jī)發(fā)送準(zhǔn)備好信號(hào)后，主機(jī)要求這些從機(jī)提交其相對(duì)應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)信息。 （2）主機(jī)在發(fā)送完準(zhǔn)備好命令后，進(jìn)入接收狀態(tài)。 （3）主機(jī)接收到從機(jī)的返回命令幀后，發(fā)送“等待接收”指令，進(jìn)入接收狀態(tài)。 （4）從機(jī)復(fù)位后，將等待主機(jī)發(fā)送指令，并根據(jù)具體的指令內(nèi)容做出應(yīng)答。 本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸有以下特點(diǎn)： （1） AD采樣部分，采用10位ADC，DA輸出部分，采用10位DAC。（2）數(shù)據(jù)統(tǒng)一使用9600波特率，若傳輸距離超過(guò)200米，可考慮降低波特率。（3）接收數(shù)據(jù)幀：一共15字節(jié)，包括起始字節(jié)、結(jié)束字節(jié)、地址、兩路DAC輸出數(shù)據(jù)等。： 基于RS485總線的遠(yuǎn)程采集與控制系統(tǒng)接收幀格式表 數(shù)據(jù)位置（第n字節(jié)）01234567功能起始字節(jié)地址發(fā)送控制1路DA輸出值高2位1路DA輸出值低8位2路DA輸出值高2位2路DA輸出值低8位預(yù)留空間數(shù)據(jù)位置（第n字節(jié)）89101112功能預(yù)留字節(jié)預(yù)留字節(jié)預(yù)留字節(jié)繼電器控制結(jié)束字節(jié) 預(yù)留字節(jié)表示為以后功能擴(kuò)展準(zhǔn)備的空間，為無(wú)效數(shù)據(jù)。（4）發(fā)送數(shù)據(jù)幀：模塊將測(cè)得的數(shù)據(jù)發(fā)送給主機(jī)，3~7字節(jié)是發(fā)送當(dāng)前該模塊的輸出值，以供主機(jī)讀取。數(shù)據(jù)的詳細(xì)格式，： 基于RS485總線的遠(yuǎn)程采集與控制系統(tǒng)發(fā)送幀格式表 數(shù)據(jù)位置01234567功能起始字節(jié)固定0Xaa地址起始字節(jié)固定0X001路DA輸出值高2位1路DA輸出值低8位2路DA輸出值高2位2路DA輸出值低8位1路ADC測(cè)量值高2位數(shù)據(jù)位置89 10 11 12 13 14 15功能1路ADC測(cè)量值低8位2路ADC測(cè)量值高2位2路ADC測(cè)量值低8位3路ADC測(cè)量值高2位3路ADC測(cè)量值低8位1個(gè)或多個(gè)按鍵按下的鍵值結(jié)束字節(jié)固定0X55 起始字節(jié)定義為“0xaa”，結(jié)束字節(jié)定義為“0x55”當(dāng)起始字節(jié)跟結(jié)束字節(jié)有誤時(shí)，從機(jī)都收不到數(shù)據(jù)。地址字節(jié)實(shí)際上存放的是從機(jī)對(duì)應(yīng)的設(shè)備號(hào)，此設(shè)備號(hào)在一開(kāi)始就由撥碼開(kāi)關(guān)組S3予以設(shè)置。由于只用了一個(gè)字節(jié)作為地址位，因此地址范圍為0~255。當(dāng)從機(jī)數(shù)量大于256臺(tái)時(shí)，可考慮用幾個(gè)字節(jié)作為地址位（雖然RS485通信允許的最大從機(jī)數(shù)為32臺(tái)，但使用特殊的RS485收發(fā)器芯片可突破此限制