【導(dǎo)讀】制電路、RS485通信電路等；，例：RS232、RS485、CAN-BUS等，及各自優(yōu)缺點(diǎn)；RS485關(guān)鍵通信協(xié)議；AD/DA電路，以及控制電路的設(shè)計(jì)方法；keil軟件進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)；3000字以上本課題英文資料；計(jì)，做出實(shí)物并上交論文，論文格式參照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和南華大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)要求，并提供對應(yīng)的電子文檔；②20xx年2月12日—20xx年4月10日根據(jù)所查閱的資料，完成部分論文初稿；⑤20xx年5月31日—20xx年6月8日準(zhǔn)備畢業(yè)論文答辯。⑥20xx年6月9日—20xx年6月12日畢業(yè)論文答辯。目前，有多種接口標(biāo)準(zhǔn)可。用于串行通信，包括RS-232、RS-422、RS-423和RS-485?？筛蠓鹊卦龃笥行ㄐ啪嚯x。夠達(dá)到通過RS485遠(yuǎn)程通信采集3路節(jié)點(diǎn)信號，并能反饋2路模擬控制量的預(yù)期目標(biāo)。本設(shè)計(jì)擬采用C語言編制RS485通信協(xié)議下的從機(jī)通信與控制程。第4周確定初步技術(shù)方案，提交開題報(bào)告，開題報(bào)告審查。第17周正式交論文及答辯準(zhǔn)備。

　　

【正文】 的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮?CRC 域的值不可能是正確的。一典型的消息幀如下表 所示： 表 RTU 消息幀 起始位 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) CRC 校驗(yàn) 結(jié)束符 T1T2T3 T4 8Bit 8Bit n 個(gè) 8Bit 16Bit T1T2T3T4 4． 地址 地址 0 是用作廣播地址，以使所有的從設(shè)備都能認(rèn)識。當(dāng) Modbus 協(xié)議用于更高水平的網(wǎng)絡(luò)，廣播可能不允許或以其它方式代替。 5． 響應(yīng) 當(dāng)從設(shè)備響應(yīng)時(shí)，它使用功能代碼域來指示是正常響應(yīng) (無誤 )還是有某種錯(cuò)誤發(fā)生（稱作異議響應(yīng)）。對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。對異議響應(yīng)，從設(shè)備返 回一等同于正常代碼的代碼，但最重要的位置為邏輯 1。 例如：從一個(gè)主設(shè)備發(fā)往從設(shè)備的消息要求讀一組保持寄存器，將產(chǎn)生如下功能代碼： 0 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制 03H） 對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)同樣的功能代碼。對異議響應(yīng)，它返回： 1 0 0 0 0 0 1 1 （十六進(jìn)制 83H） 除功能代碼因異議錯(cuò)誤作了修改外，從設(shè)備將一獨(dú)特的代碼放到響應(yīng)消息的數(shù)據(jù)域中，這能告訴主設(shè)備發(fā)生了什么錯(cuò)誤。 主設(shè)備應(yīng)用程序得到異議響應(yīng)后，典型的處理過程是重發(fā)消息，或者診斷發(fā)自從設(shè)備的消息并報(bào)告給操作員。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁 共 59 頁 從主設(shè)備發(fā)給 從設(shè)備消息的數(shù)據(jù)域包含附加的信息：從設(shè)備必須用于進(jìn)行執(zhí)行由功能代碼所定義的行為。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項(xiàng)的數(shù)目，域中實(shí)際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。 例如，如果主設(shè)備需要從設(shè)備讀取一組保持寄存器（功能代碼 03），數(shù)據(jù)域指定了起始寄存器以及要讀的寄存器數(shù)量。如果主設(shè)備寫一組從設(shè)備的寄存器（功能代碼 10 十六進(jìn)制），數(shù)據(jù)域則指明了要寫的起始寄存器以及要寫的寄存器數(shù)量，數(shù)據(jù)域的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)，要寫入寄存器的數(shù)據(jù)。 多功能電能表通訊規(guī)約 (DL/T6451997) 國內(nèi)江蘇、浙江、上海地區(qū)的電表廠商采用多功能 電能表通訊規(guī)約(DL/T6451997)作為電表的遠(yuǎn)程控制通訊協(xié)議；這是一個(gè)在 RS485 網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)應(yīng)用的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) [1920]。 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 起始位 0 8位數(shù)據(jù) D0～ D7 偶校驗(yàn)位 停止位 1 傳送方向從低到高位，一個(gè)起始位、一個(gè)停止位、一個(gè)偶校驗(yàn)位、 8 位數(shù)據(jù)位，總共 11位。 幀起始符 （ 68H） 地址域 （ A0~A5） 幀起始符 （ 68H） 命令 碼 （ C） 數(shù)據(jù)長度 （ L） 數(shù)據(jù)域（ DATA） 校驗(yàn)碼 （ CS） 結(jié)束符 （ 16H） 地址域 A0～ A5：當(dāng)?shù)刂肺?999999999999H 時(shí)，為廣播地址，同時(shí)當(dāng)從控制器接收到一幀數(shù)據(jù)時(shí)，地址域相同時(shí)應(yīng)響應(yīng)命令，取得總線控制權(quán)，當(dāng)響應(yīng)命令之后，應(yīng)把總線控制權(quán)歸還給主控器。 命令碼：執(zhí)行操作的依據(jù)。 校驗(yàn)碼：幀開始各個(gè)字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計(jì)溢出值。 前導(dǎo)字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送 1 個(gè)或多個(gè)字節(jié) FEH，以喚醒接收方。 數(shù)據(jù)域：發(fā)送時(shí)數(shù)據(jù)加 33H，接收時(shí)數(shù)據(jù)減 33H。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 16 頁 共 59 頁 RS485 應(yīng)用要點(diǎn) 1 合理選用芯片 合理地選擇一個(gè)高效、合適的 RS485 收發(fā)器型號，可以有效減少電路設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)維護(hù)等后續(xù)階段的工作量。 2 終端匹配電阻 為了匹配網(wǎng)絡(luò)的通訊阻抗，減少由于不匹配而引起的反射、吸收噪聲，有效抑制噪聲干擾，提高 RS485 通訊的可靠性，需要在 RS485 網(wǎng)絡(luò)的 2 個(gè)端點(diǎn)各安裝 1 個(gè)終端匹配電阻。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。例如， RS485 網(wǎng)絡(luò)通常采用雙絞線或屏蔽雙絞線作為傳輸介質(zhì)，其特性阻抗為120Ω，因此， RS485 總線上的兩個(gè)端點(diǎn)也應(yīng)各安裝 1 個(gè) 120Ω的終端 匹配電阻。 本章小結(jié) 本章圍繞 RS485 標(biāo)準(zhǔn)、通信規(guī)約、應(yīng)用要點(diǎn)幾個(gè)方面，詳細(xì)介紹 RS485協(xié)議規(guī)范。其中 RS485 標(biāo)準(zhǔn)介紹了從 RS232 到 RS485 的演變由來及它們的區(qū)別，通信規(guī)約部分則介紹了多功能電能表通訊規(guī)約 (DL/T6451997)和 ModBus 協(xié)議(RTU 模式 )，應(yīng)用要點(diǎn)則是從芯片選擇和終端電阻匹配兩方面進(jìn)行介紹的。接下來的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)都是基于 RS485 通信協(xié)議設(shè)計(jì)的。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 17 頁 共 59 頁 3 基于 RS485 通信 遠(yuǎn)程采集與控制器的硬件設(shè)計(jì) 本章介紹了主從機(jī)硬件電路部分的設(shè)計(jì)，主 要從單片機(jī)應(yīng)用電路、電源穩(wěn)壓電路、 AD 采集電路、 DA 電路、 RS485 接口電路、繼電器控制電路幾個(gè)部分的硬件設(shè)計(jì)進(jìn)行介紹。 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)硬件電路主要由單片機(jī)應(yīng)用電路、電源穩(wěn)壓電路、 AD 采集電路、 DA電路、 RS485 接口電路、繼電器控制電路 組成。其中單片機(jī)應(yīng)用電路為整個(gè)系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)的控制由單片機(jī)進(jìn)行處理。 在該系統(tǒng)中，單片機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的核心，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的控制由單片機(jī)進(jìn)行處理。它即協(xié)調(diào)整機(jī)工作，又是數(shù)據(jù)處理器，是軟硬件系統(tǒng)連接的橋梁。將編譯好的程序通過下載接口燒錄到單片機(jī)后，而單片機(jī)連接 外部各個(gè)器件，統(tǒng)一處理接收到的數(shù)據(jù)和傳送指令到各個(gè)器件以便執(zhí)行相關(guān)程序。 繼電器控制電路作為開關(guān)與 RS485 接口電路配合負(fù)責(zé)主機(jī)對從機(jī)的控制。 AD 電路負(fù)責(zé) 3 路節(jié)點(diǎn)信號的采集工作， DA 電路負(fù)責(zé) 2 路模擬控制量的反饋工作。圖 為硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖。 圖 硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖 單片機(jī) 應(yīng)用電路 電源穩(wěn) 壓電路 RS485接口電路 2 組繼電器控制電路 2 組 DA反饋電路 3 組 AD 采集電路 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 18 頁 共 59 頁 單片機(jī)應(yīng)用電路 本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是以 STC12C5410AD 單片機(jī)為核心部件 ,STC12C5410 系列單片機(jī)是由宏晶科技生產(chǎn)的單時(shí)鐘 /機(jī)器周期（ 1T） 的兼容 8051 內(nèi)核單片機(jī)，是高速 /低功耗的新一代 8051 單片機(jī)，全新的流水線 /精簡指令集結(jié)構(gòu)，內(nèi)部集成MAX810 專用復(fù)位電路。其主要性能特點(diǎn)如下： 1．增強(qiáng)型 1T 流水線 /精簡指令集結(jié)構(gòu) 8051CPU。 2．工作電壓： ~（ 5V 單片機(jī)） /~（ 3V 單片機(jī)）。 3．工作頻率范圍： 0~35MHz，相當(dāng)于普通 8051 的 0~420MHz。 4．用戶應(yīng)用程序空間 12K/10K/8K/6K/4K/2K 字節(jié)。 5．片上集成 512 字節(jié) RAM。 6．通過 I/O 口（ 27/23 個(gè)），復(fù)位后為：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準(zhǔn)雙向口 /弱上拉，推挽 /強(qiáng)上拉，僅為輸入 /高阻，開漏。 7． ISP（在系統(tǒng)可編程） /ASP（在應(yīng)用可編程），無需專用編程器可通過串口（ ）直接下載用戶程序，數(shù)秒即可完成一片。 8． EPROM 功能。 9．看門狗。 10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶振 20M 以下時(shí)，可省外部復(fù)位電路）。 11．時(shí)鐘源：外部高精度晶體 /時(shí)鐘，內(nèi)部 R/C 振蕩器 用戶在下載用戶程序時(shí)，可選擇是使用內(nèi)部 R/C 振蕩器還是外部晶體 /時(shí)鐘 常溫下內(nèi)部 R/C 振蕩器 頻率為： ~ 精度不高時(shí)，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛袦仄?，?yīng)認(rèn)為是 5MHz~。 12．共 2 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 13． PWM(4 位 )/PCA（可編程計(jì)數(shù)器陣列），也可用來在實(shí)現(xiàn) 4 個(gè)定時(shí)器。 14． ADC， 10 位精度 ADC，共 8 路。 15．通用異步串行口（ UART）。 16． SPI 同步通信口，主模式 /從模式。 17．工作溫度范圍： 0~75℃ /40~+85℃ 。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 19 頁 共 59 頁 ： PDIP28， SOP28， PDIP20， SOP20， PLCC32,TSSOP20(超 小封狀 ，定貨 )本系統(tǒng)采用的是 POSP28 封裝單片機(jī)。 圖 STC12C5410AD 單片機(jī)封裝 STC12C5410AD 單片機(jī)中包含中央處理器、程序存儲器（ Flash）、數(shù)據(jù)存儲器（ RAM）、 EEPROM、定時(shí) /計(jì)數(shù)器、 I/O 接口、 UART 接口和中斷系統(tǒng)、SPI 接口、高速 A/D 轉(zhuǎn)換模塊、 PWM（或捕捉 /比較單元）以及硬件看門狗、電源監(jiān)控、片內(nèi) RC 振蕩器等模塊。可以說 STC12C5410AD 單片機(jī)幾乎包含了數(shù)據(jù)采 集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個(gè)片上系統(tǒng)（ SOC），可以很容易地構(gòu)成典型的測控系統(tǒng)。 STC12C5410AD 帶 A/D 轉(zhuǎn)換的單片機(jī)在 P1 口，有 8 路 10 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換器 , 速度可達(dá) 100KHz。 共 8 路電壓輸入型 A/D，可做溫度檢測、電池電壓檢測、按鍵掃描、頻譜檢測等。上電復(fù)位后 P1 口為弱上拉型 I/O 口，用戶可以通過軟件設(shè)置將 8 路中的任何一路設(shè)置為 A/D 轉(zhuǎn)換，不需作為 A/D 使用的口可繼續(xù)作為 I/O 口使用。需作為 A/D 使用的口需先將其設(shè)置為高阻輸入或開漏模式。 STC12C5410AD 單片機(jī)的參考電壓源是輸入工作電壓 Vcc，所以一般不用外接參考電壓源。如 7805 的輸出電壓是 5V，但實(shí)際電壓可能是 到 ，用戶需要精度要求比較高的話，可在出廠時(shí)將實(shí)際測出的工作電壓值記錄在單片機(jī)內(nèi)部的 EEPROM 里面，以供計(jì)算。如果有些用戶的 Vcc 不固定，如電池供電，電池電壓在 之間漂移，則 Vcc 不固定，就需要在 8 路 A/D 轉(zhuǎn)換的一個(gè)通道外接一個(gè)穩(wěn)定的參考電壓源，來計(jì)算出此時(shí) 的工作電壓 Vcc，再計(jì)算出其他幾路 A/D 轉(zhuǎn)換通道的電壓。 圖 為 STC12C5410AD 單片機(jī)的最小系統(tǒng)： 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 20 頁 共 59 頁 圖 STC12C5410AD 單片機(jī)最小系統(tǒng) 電源模塊電路 能否給單片機(jī)提供穩(wěn)定可靠的電源是影響單片機(jī)工作的一個(gè)重要因素，由于本設(shè)計(jì)對檢測的精度要求較高，因此需要設(shè)計(jì)一個(gè)穩(wěn)定可靠的電源以使單片機(jī)正常穩(wěn)定的工作。此模塊將日常常見的 12V 電源轉(zhuǎn)化為適合單片機(jī)的 5V 電源。電源模塊電路如圖 所示。 圖 電源模塊電路 該電源電路的設(shè)計(jì)應(yīng)用到了 LM7805 ， LM7805 是一個(gè)三端正 5V 穩(wěn)壓器(1A)， 三端穩(wěn)壓器是一種標(biāo)準(zhǔn)化、系列化的通用線性穩(wěn)壓電源集成電路，以其體積小、成本低、性能好、工作可靠性高、使用簡捷方便等特點(diǎn)，成為目前穩(wěn)壓電南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 21 頁 共 59 頁 源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 LM7805 能提供固定的輸出 電壓，應(yīng)用范圍廣，內(nèi)含過流、過熱和過載保護(hù)電路。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。雖然是固定穩(wěn)壓電路，但使用外接元件，可獲得不同的電壓和電流。 圖 34 所示電路為輸出電壓 +5V 的穩(wěn)壓電源，圖中 C C10 用來實(shí)現(xiàn)頻率補(bǔ)償 ,防止穩(wěn)壓器產(chǎn)生高頻自激震蕩和抑制電路引入的高頻干擾。 C9 為電解電容，以減少穩(wěn)壓電源輸出端由輸入電源引入的低頻干擾。 D17 是保護(hù)二極管，當(dāng)輸入短路時(shí)，給輸出電容器 C9 一個(gè)通路，防止穩(wěn)壓器件損壞。電路的工作原理為：12V 接入后，在固定式三端穩(wěn)壓器 LM7805 的 IN 和 GND 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 LM7805 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引腳是對應(yīng)連接的，在收發(fā)器中會出現(xiàn)這種情況，它只能用于半雙工通信。具體的電路連接圖見圖 所示 。 圖 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。它完成將南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 22 頁 共 59 頁 TTL 電平轉(zhuǎn)換 為 RS485 電平的功能。其引腳結(jié)構(gòu)圖見圖 所示。從圖中可以看出， MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單