【正文】 電源模塊電路如圖 所。 圖 為 STC12C5410AD 單片機的最小系統(tǒng)： 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 20 頁 共 59 頁 圖 STC12C5410AD 單片機最小系統(tǒng) 電源模塊電路 能否給單片機提供穩(wěn)定可靠的電源是影響單片機工作的一個重要因素，由于本設(shè)計對檢測的精度要求較高，因此需要設(shè)計一個穩(wěn)定可靠的電源以使單片機正常穩(wěn)定的工作。如 7805 的輸出電壓是 5V，但實際電壓可能是 到 ，用戶需要精度要求比較高的話，可在出廠時將實際測出的工作電壓值記錄在單片機內(nèi)部的 EEPROM 里面，以供計算。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。 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。可以說 STC12C5410AD 單片機幾乎包含了數(shù)據(jù)采 集和控制中所需的所有單元模塊，可稱得上一個片上系統(tǒng)（ SOC），可以很容易地構(gòu)成典型的測控系統(tǒng)。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（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。 16． SPI 同步通信口，主模式 /從模式。 14． ADC， 10 位精度 ADC，共 8 路。 12．共 2 個 16 位定時器 /計數(shù)器。 10．內(nèi)部集成 MAX810 專用復(fù)位電路（外部晶振 20M 以下時，可省外部復(fù)位電路）。 8． EPROM 功能。 6．通過 I/O 口（ 27/23 個），復(fù)位后為：準雙向口 /弱上拉（普通 8051 傳統(tǒng)I/O 口）可設(shè)置成四種模式：準雙向口 /弱上拉，推挽 /強上拉，僅為輸入 /高阻，開漏。 4．用戶應(yīng)用程序空間 12K/10K/8K/6K/4K/2K 字節(jié)。 2．工作電壓： ~（ 5V 單片機） /~（ 3V 單片機）。 圖 硬件設(shè)計系統(tǒng)框圖 單片機 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（論文） 第 18 頁 共 59 頁 單片機應(yīng)用電路 本系統(tǒng)的設(shè)計是以 STC12C5410AD 單片機為核心部件 ,STC12C5410 系列單片機是由宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘 /機器周期（ 1T） 的兼容 8051 內(nèi)核單片機，是高速 /低功耗的新一代 8051 單片機，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。 AD 電路負責(zé) 3 路節(jié)點信號的采集工作， DA 電路負責(zé) 2 路模擬控制量的反饋工作。將編譯好的程序通過下載接口燒錄到單片機后，而單片機連接 外部各個器件，統(tǒng)一處理接收到的數(shù)據(jù)和傳送指令到各個器件以便執(zhí)行相關(guān)程序。 在該系統(tǒng)中，單片機是整個系統(tǒng)的核心，整個系統(tǒng)運行的控制由單片機進行處理。 硬件系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)硬件電路主要由單片機應(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。接下來的系統(tǒng)軟件設(shè)計和硬件設(shè)計都是基于 RS485 通信協(xié)議設(shè)計的。 本章小結(jié) 本章圍繞 RS485 標準、通信規(guī)約、應(yīng)用要點幾個方面，詳細介紹 RS485協(xié)議規(guī)范。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 16 頁 共 59 頁 RS485 應(yīng)用要點 1 合理選用芯片 合理地選擇一個高效、合適的 RS485 收發(fā)器型號，可以有效減少電路設(shè)計、網(wǎng)絡(luò)維護等后續(xù)階段的工作量。 前導(dǎo)字節(jié)：在發(fā)送信息之前，發(fā)送 1 個或多個字節(jié) FEH，以喚醒接收方。 命令碼：執(zhí)行操作的依據(jù)。 0 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 P 1 起始位 0 8位數(shù)據(jù) D0～ D7 偶校驗位 停止位 1 傳送方向從低到高位，一個起始位、一個停止位、一個偶校驗位、 8 位數(shù)據(jù)位，總共 11位。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)。這包括了象不連續(xù)的寄存器地址，要處理項的數(shù)目，域中實際數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)。 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)備的消息并報告給操作員。 例如：從一個主設(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 （十六進制 03H） 對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)同樣的功能代碼。對正常響應(yīng)，從設(shè)備僅響應(yīng)相應(yīng)的功能代碼。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。這將導(dǎo)致一個錯誤，因為在最后的 CRC 域的值不可能是正確的。如果在幀完成之前有超過 個字符時間的停頓，接收設(shè)備將刷新不完整的消息并假定下一字節(jié)是一個新消息的地址域。一個新的消息可在此停頓后開始。當(dāng)?shù)谝粋€域（地址域）接收到，每個設(shè)備都進行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的?？梢允褂玫膫鬏斪址鞘M制的 0...9,A...F。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時間，這是最容易實現(xiàn)的 (如圖 124 的 T1T2T3T4 所示 )。這種方式的主要優(yōu)點是：在同樣的波特率下，可比 ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。錯誤檢測域允許主設(shè)備確認消息內(nèi)容是否可用。數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的資料：象寄存器值或狀態(tài)。錯誤檢測域為從設(shè)備提供了一種驗證消息內(nèi)容是否正確的方法。例如功能代碼 03 是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。 查詢： 查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能。 關(guān) 于 詳 細 的 ModBus 協(xié) 議 ， 用 戶 可 以 從 ModBusIDA 協(xié)會 () 網(wǎng)站下載具體的內(nèi)容。 下面將分 別對 ModBus 協(xié)議 (RTU 模式 ) 、多 功能電 能表通 訊規(guī)約(DL/T6451997)進行簡單介紹。但是，這些設(shè)備采用的用戶層協(xié)議 (術(shù)語參考自 OSI 的 7 層結(jié)構(gòu) )都不相同；這些設(shè)備之間并不可以直接連接通訊。由于RS485 標準是基于 PC 的 UART 芯片上的處理方式，因此，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù) 單元的格式（ 8N1 格式）： 1 位邏輯 0 的起始位， 6/7/8 位數(shù)據(jù)位，1 位可選擇的奇 (ODD)/偶 (EVEN)校驗位， 1/2 位邏輯 1 的停止位。但是基于在 RS485 總線上任一時刻只能存在一個主機的特點，它往往應(yīng)用在集中控制樞紐與分散控制單元之間 [17]。 在過去的 20 年時間里，建議性標準 RS485 作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，被應(yīng)用在許多不同的領(lǐng)域 ，作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路。 RS485 標準通常被用作為一種相對經(jīng)濟、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠、寬共模范圍的通信平臺。在矩距離、或低波特率波數(shù)據(jù)傳輸時可不需終端匹配電阻，即一般在 300 米以下、 19200bps 不需終端匹配電阻。如果采用光電隔離方式，則通訊速率一般還會受到光電隔離器件響應(yīng)速度的限制。一般來說， 15 米長雙絞線最大傳輸速率僅為 1Mbps。平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比，只有在 20kbps 速率以下，才可能使用規(guī)定最長的電纜長度。 V 發(fā)送器負載（歐姆） 60Ω 最大發(fā)送器數(shù)量 32 單位負載 最大接收器數(shù)量 32 單位負載 RS485 標準的最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率為 10Mbps。 6V 最小差動輸出 177。 定義邏輯 1（正邏輯電平）為 B＞ A 的狀態(tài)，邏輯 0為 A＞ B 的狀態(tài)， A、 B 之間的壓差不小于 200mV。在接收發(fā)送器的接收平衡線上，電平范圍通常在 200mV至 6V 之間。 對于接收發(fā)送器，也作出與發(fā)送發(fā)送器相對的規(guī)定，收、發(fā)端通過平衡雙絞線將 AA與 BB 對應(yīng)相連。在 RS485 器件中，一般還有一個 ―使能 ‖控制信號。 圖 RS485 發(fā)送器的示意圖 圖 RS485 接收器的示意圖 通常情況下，發(fā)送發(fā)送器 A、 B 之間的正電平在 +2～ +6V，是一個邏輯狀態(tài)；負電平在 2～ 6V，是另一個邏輯狀態(tài)。 RS485 標準只規(guī)定了平衡發(fā)送器和接收器的電特性，而沒有規(guī)定接插件、傳輸電纜和應(yīng)用層通信協(xié)議。 電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）于 1983 年制訂并發(fā)布 RS485 標準，并經(jīng)通訊工業(yè)協(xié)會（ TIA）修訂后命名為 TIA/EIA485A，習(xí)慣地稱之為 RS485 標準。RS422/485標準與 RS232 標準不一樣，數(shù)據(jù)信號采用差分傳輸方式（ Differential 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 10 頁 共 59 頁 Driver Mode），也稱作平衡傳輸。在此區(qū)域內(nèi)的信號處理將由通訊接口的 RS232 收發(fā)器決定。 RS232 采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。200mV 177。15V 10V～ +10V 7V～ +12V 接收器輸入門限 177。6V 177。 177。 表格 列出了 RS23 RS42 RS485 通訊方式的區(qū)別。但由于 PC 上的串行數(shù)據(jù)通訊是通過 UART 芯片 (較老版本的 PC 采用 I8250 芯片或 Z8530 芯片 )來處理的，其通訊協(xié)議也規(guī)定了串行數(shù)據(jù)單元的格式（ 8N1 格式）： 1 位邏輯 0 的起始位， 6/7/8 位數(shù)據(jù)位， 1 位可選擇的奇 (ODD)/偶 (EVEN)校驗位， 1/2 位邏輯 1 的停止位。由于EIA 提出的建議標準都是以 ―RS‖作為前綴，所以在通訊工業(yè)領(lǐng)域，仍然習(xí)慣將上述標準以 RS 作前綴稱謂。 RS422 是一種單機發(fā)送、多機接收的單向、平衡傳輸規(guī)范，被命名為 TIA/EIA422A 標準。 RS422是由 RS232 發(fā)展而來，它是為彌補 RS232 之不足而提出的。 RS232/422/485 標準 RS23 RS422 與 RS485 最初都是由電子工業(yè)協(xié)會（ EIA）制訂并發(fā)布的。為了解決上述問題， RS485/422 通訊方式就應(yīng)運而生了。在工業(yè)控制、電力通訊、智能儀表等領(lǐng)域中，也常常使用簡便易用的串行通訊方式作為數(shù)據(jù)交換的手段。 第五章：對全文進行總結(jié)，分析文章的創(chuàng)新之處與不足之處，最后提出繼續(xù)完善本設(shè)計的研究方向。 第三章：系統(tǒng)的硬件設(shè)計，其中包括： 單片機應(yīng)用電路、 AD 采集電路、 DA電路、 RS485 接 口電路、繼電器控制電路的設(shè)計。然后根據(jù)本文任務(wù)要求對系統(tǒng)方案進行論證。如此循環(huán)，達到主機對從機的控制功能。這樣，在不通過 RS485 總線的情況下系統(tǒng)也能進行 2 路繼電器開關(guān)控制、 反饋 2 路本地模擬控制量和采集 3 路本地節(jié)點信號的工作，只是無法遠程通信。從機部分需要完成的功能是負責(zé)采集相關(guān)信息傳回給主機，并等待主機的控制命令。整個系統(tǒng)分為兩個部分：主機部分與從機部分。 綜合以上兩個方案，本系統(tǒng)最終選擇 RS485 為系統(tǒng)的通信總線，這符合本系統(tǒng)的點對多點的非平衡通訊模式和遠距離傳輸模式。由于傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，所以又極強的抗共模干擾的能力，總線收發(fā)器靈敏度很高，可以檢測到低至 200mV 電壓，最高 的通訊高達 ?，F(xiàn)在由于采用新的 UART 南華大學(xué)船山學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 第 6 頁 共 59 頁 芯片 16C550 等，波特率達到 ；接口使用一根信號線和一根信號返回線而構(gòu)成共地的傳輸形式， 這種共地傳輸容易產(chǎn)生共模干擾，所以抗噪聲干擾性弱；傳輸距離有限，最大傳輸距離標準值為 50 米，實際上也只能用在 15 米左右。非常適合點對點的通訊。 2 通訊總線接口方案論證 系統(tǒng)的要求是一臺主機，多臺從機，這就需要將主機和所有的從機全部 都要連到一根總線，以滿足主機讀取從機的信息要求，至于通信方式是全雙工還是半雙工沒關(guān)系，只要主機能讀取從機采集回來的信息即可，根據(jù)以上要求，設(shè)計了以下兩個方案。 方案（三）： 以 52 系列單片機為控制核心，優(yōu)點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，利于各部分功能，且成本較低、體積較小，方便安裝等。 方案（二）： 以 PC 機為控制核心，由上位機來統(tǒng)一控制信息的采集，優(yōu) 點是可以實現(xiàn)豐富的控制功能。 方案（一）： 以 ARM 處理器為控制核心，優(yōu)點是系統(tǒng)外設(shè)豐富，可以節(jié)省大量的外圍設(shè)備及布線面積。對于以上方案，應(yīng)該說是各有優(yōu)勢 ，并不能對比否決某種技術(shù)方案，論文方案的選擇也僅僅是特定條件下的技術(shù)應(yīng)用，以下對上述幾種方案進行分析。 在計算機技術(shù)，微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等的迅速發(fā)展下，遠程數(shù)據(jù)采集方案也層出不窮。 設(shè)計方案論證 論文設(shè)計的是一個通用、開放的系統(tǒng)方案，設(shè)計充分考慮實際應(yīng)用和對現(xiàn)有設(shè)備的兼容性，設(shè)計的的采集模塊可以完成溫度、濕度、壓力