【正文】 當(dāng)從機(jī)數(shù)量大于256臺時(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，但使用特殊的RS485收發(fā)器芯片可突破此限制。地址字節(jié)實(shí)際上存放的是從機(jī)對應(yīng)的設(shè)備號，此設(shè)備號在一開始就由撥碼開關(guān)組S3予以設(shè)置。（4）發(fā)送數(shù)據(jù)幀：模塊將測得的數(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。（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。 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。 （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)。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)備好信號后，主機(jī)要求這些從機(jī)提交其相對應(yīng)設(shè)備的狀態(tài)信息。對于協(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)。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)。并且在不通過RS485總線的情況下系統(tǒng)也能進(jìn)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(diǎn)信號的工作。AD轉(zhuǎn)換電路同樣用到了LM358雙運(yùn)算放大器，兩組信號分別送入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。從INN1+輸入的最大5V的信號Vi1經(jīng)過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1:1放大，最終從OUT2輸出最大10V的信號。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。無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)。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。注意, CS 的上升和下降都必須發(fā)生在SCL K 為低電平期間。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)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。 TLC5615的時(shí)序TLC5615 工作時(shí)序如圖3. 11所示。? VDD ,正電源電壓端。? REFIN ,基準(zhǔn)電壓輸入端。? DOUT ,用于級聯(lián)的串行數(shù)據(jù)輸出。? SCLK ,串行時(shí)鐘輸入端。 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。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)。 2路DA轉(zhuǎn)換電路 TLC5615簡介本系統(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。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。發(fā)光二極管把輸入的電信號轉(zhuǎn)換為光信號傳給光敏管轉(zhuǎn)換為電信號輸出，由于沒有直接的電氣連接，這樣既耦合傳輸了信號，又有隔離干擾的作用。 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“開關(guān)”作用：主機(jī)信號通過主機(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)信號進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和反饋工作。信號從腳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)換后送到與門的一個(gè)輸入端，與門的另一個(gè)輸入為使能端，當(dāng)使能端為高時(shí)與門輸出高電平，經(jīng)輸出三極管反向后光電隔離器輸出低電平。5腳為接地端。除此之外，6N137 還具有一個(gè)控制端,通過對該端的控制, 可使光耦輸出端呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。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。6N137引腳圖和內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖37所示。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。為了提高信噪比，抑制系統(tǒng)中噪聲對模擬和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。 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輸入開路110X高阻從信號通路來說，AD變換之前是模擬電路，之后是數(shù)字電路。半雙工的通信方式可以實(shí)現(xiàn)多節(jié)點(diǎn)的對等通信網(wǎng)絡(luò)。本系統(tǒng)選用的是120Ω的電阻。從圖中可以看出，MAX485芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單，內(nèi)部包含有一個(gè)驅(qū)動器和接收器，RO和DI端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，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。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。 。此直流電壓經(jīng)過的穩(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。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。圖34所示電路為輸出電壓+5V的穩(wěn)壓電源，圖中CC10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。帶散熱片時(shí)，輸出電流可達(dá) 1A。圖 電源模塊電路該電源電路的設(shè)計(jì)應(yīng)用到了，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)壓電源中應(yīng)用最為廣泛的一種單片式集成穩(wěn)壓器件。 ： 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。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。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。 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。17．工作溫度范圍：0~75℃/40~+85℃。15．通用異步串行口（UART）。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。常溫下內(nèi)部R/C振蕩器頻率為：~，可選擇使用內(nèi)部時(shí)鐘，但因?yàn)橛袦仄?，?yīng)認(rèn)為是5MHz~。11．時(shí)鐘源：外部高精度晶體/時(shí)鐘，內(nèi)部R/C振蕩器9．看門狗。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。5．片上集成512字節(jié)RAM。3．工作頻率范圍：0~35MHz，相當(dāng)于普通8051的0~420MHz。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。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。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。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。 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。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。 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。終端匹配電阻的大小由傳輸電纜的特性阻抗所決定。 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。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。命令碼：執(zhí)行操作的依據(jù)。0D0D1D2D3D4D5D6D7P1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。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)。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)。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。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(gè)錯(cuò)誤，因?yàn)樵谧詈蟮腃RC 域的值不可能是正確的。 個(gè)字符時(shí)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(gè)新消息的地址域。一個(gè)新的消息可在此停頓后開始。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)域（地址域）接收到，每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行譯碼以判斷是否發(fā)往自己的。可以使用的傳輸字符是十六進(jìn)制的0...9,A...F。在網(wǎng)絡(luò)波特率下多樣的字符時(shí)間，這是最容易實(shí)現(xiàn)的(如圖 124 的T1T2T3T4 所示)。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII 方式傳送更多的數(shù)據(jù)。錯(cuò)誤檢測域允許主設(shè)備確認(rèn)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(cuò)誤檢測域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)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(xì)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(jìn)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O(shè)SI 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(biāo)準(zhǔn)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(yàn)位，1/2 位邏輯1 的停止位。但是基于在RS485 總線上任一時(shí)刻只能存在一個(gè)主機(jī)的特點(diǎn)，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(shí)間里，建議性標(biāo)準(zhǔn)RS485 作為一種多點(diǎn)差分?jǐn)?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(biāo)準(zhǔn)通常被用作為一種相對經(jīng)濟(jì)、具有相當(dāng)高噪聲抑制、相對高的傳輸速率、傳輸距離遠(yuǎn)、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(shí)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(fù)載（歐姆）60Ω最大發(fā)送器數(shù)量32 單位負(fù)載最大接收器數(shù)量32 單位負(fù)載RS485 標(biāo)準(zhǔn)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