【正文】 由于 CMOS開(kāi)關(guān)可以雙向工作，即信號(hào)也允許從 O/I引腳輸入， 根據(jù)需要，從 8個(gè) I/O引腳中的某一個(gè)輸出，實(shí)現(xiàn) 1－ 8的分配功能。 ?S 端和 A2～ A0引腳均要求輸入 TTL電平信號(hào)，而各個(gè) CMOS開(kāi)關(guān)則要用 CMOS 電平控制，邏輯電平轉(zhuǎn)換電路完成從 TTL 電平到 CMOS 電平的轉(zhuǎn)換。 A2～ A0使開(kāi)關(guān) 通道號(hào)輸入端，當(dāng) A2～ A0 輸入 000～ 111時(shí)，分別對(duì)應(yīng) 0～ 7通道上的開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中我所選用的是CD4051：圖 CD4051的引腳圖。對(duì)于 A/D通道來(lái)說(shuō)，需要用多路輸入、一路輸出的模擬開(kāi)關(guān)，使輸入的多路模擬信號(hào)輪流與 A/D轉(zhuǎn)換器接通。 29 電源部分 題目要求設(shè)計(jì)獨(dú)立的直流穩(wěn)壓電源，我們根據(jù)系統(tǒng)要求，設(shè)計(jì)了電源，能提供 +12V、 12V、+5V三種電源。 方法二 OSCI微調(diào)電容 —— 可通過(guò)調(diào)整 OSCI管腳的微調(diào)電容使 振蕩器頻率達(dá)到精確值，這時(shí)可測(cè)出管腳 CLKOUT上的 。 ⑧石英晶片頻率調(diào)整 方法一 定值 OSCI 電容 —— 計(jì)算所需的電容平均值，用此值的定值電容，通電后在CLKOUT管腳上測(cè)出的頻率應(yīng)為 ，測(cè)出的頻率值偏差取決于石英晶片，電容偏差和器件之間的偏差。設(shè)置 TESTC邏輯 0可消除替換模式，再次進(jìn)入替換模式只有在設(shè)置 TESTC為邏輯 1后進(jìn)行。一種內(nèi)嵌的長(zhǎng)時(shí)間起動(dòng)的電路可使 POR失效，這樣可使設(shè)備測(cè)試加速。 注意：進(jìn)入 EXT_CLK測(cè)試模式時(shí)時(shí)鐘不與片內(nèi) 64HZ時(shí)鐘同步，也確定不出預(yù)分頻的狀態(tài)。在測(cè)試模式狀態(tài)下。 ⑥ EXT_CLK測(cè)試模式 測(cè)試模式用 于在線測(cè)試，建立測(cè)試模式和控制 RTC的操作。在復(fù)位狀28 態(tài)下， I2C 總線初始化，寄存器 TF， VL， TD1， TD0， TESTC， AE 被置邏輯 1，其他的寄存器和地址指針被清 0。 CLKOUT為開(kāi)路輸出管腳， 上電時(shí)輸出有效，無(wú)效時(shí)輸出為高阻抗。 ③ CLKOUT 管腳 CLKOUT可以輸出可編程的方波。 TI/TP控制中斷產(chǎn)生的條件。 ②定時(shí)器 8 位的倒計(jì)數(shù)器（ 0FH）由定時(shí)器控 制寄存器控制，定時(shí)器控制寄存器用于設(shè)定定時(shí)器的頻率，以及設(shè)定定時(shí)器有效或無(wú)效。 ①報(bào)警功能模式 一個(gè)或多個(gè)報(bào)警寄存器 MSB清 0時(shí)，相應(yīng)的報(bào)警條件有效，這樣，一個(gè)報(bào)警將在每分鐘至每星期范圍內(nèi)產(chǎn)生一次。秒，分鐘，小時(shí)，日，月，年，分鐘報(bào)警，小時(shí)報(bào)警，日?qǐng)?bào)警寄存器，編碼格式為 BCD，星期和星期報(bào)警寄存器不以 BCD格式編碼。 所有 16個(gè)寄存器設(shè)計(jì)成可尋址的 8 位并行寄存器，但不是所有位都有用。四種報(bào)警功能和定時(shí)器功能；內(nèi)含復(fù)位電路，振蕩器電路和掉電檢測(cè)電路；開(kāi)路中斷輸出； 400KHzI2C 總線，其從地址：讀， 0A3H；寫，0A2H。因而， PCF8563是一款性價(jià)比極高的時(shí)鐘芯片，它已被廣泛用于電表，水表，氣表，電話，傳真機(jī)，便攜式儀器以及電池供電的儀器儀表等產(chǎn)品領(lǐng)域。同時(shí)每次寫數(shù)據(jù)后，內(nèi)嵌的字地址寄存器會(huì)自動(dòng)產(chǎn)生 增量。 PCF8563 的多功能報(bào)警功能，定時(shí)功能，時(shí)鐘輸出功能以及中斷輸出功能能完成各種復(fù)雜的定時(shí)服務(wù)，甚至為單片機(jī)提供看門狗功能。 PCF8563是低功耗的 CMOS實(shí)時(shí)時(shí)鐘 /日歷芯片，它提供一個(gè)可編程時(shí)鐘輸出，一個(gè)中斷輸出和掉電檢測(cè)器，所有的地址和數(shù)據(jù)通過(guò) I2C總線串行傳遞 [24]。每個(gè)溫度數(shù)據(jù)占用 2個(gè)字節(jié)，這樣，我們?cè)O(shè)計(jì)共保存 24組歷史數(shù)據(jù)，占用 1922424 ??? 個(gè)字節(jié)。 24C04是基于 I2C總線的串行 E2PROM，存儲(chǔ)容量 512個(gè)字節(jié)，它占用單片機(jī)資源很少，僅占用了兩根 I/O線，數(shù)據(jù)一旦寫入可保存 100年，避免了普通 RAM掉電保護(hù)的麻煩，非常適合于各類儀器儀表和控制 裝置的參數(shù)保存。 主控機(jī)部 分 電路設(shè)計(jì) 主控機(jī)主要負(fù)責(zé)控制從機(jī)，包括設(shè)置從機(jī)信息和收集從機(jī)檢測(cè)信號(hào)，然后將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)、分析、顯示、打印，并能根據(jù)用戶設(shè)置的報(bào)警閾值進(jìn)行聲光報(bào)警。為了保證發(fā)送和接收信號(hào)的完整和正確，避免總線上信號(hào)的碰撞，對(duì)總線的使用權(quán)必須進(jìn)行分配才能避免競(jìng)爭(zhēng)，連接到總線上的單機(jī)，其發(fā)送控制信號(hào)在時(shí)間上要完全隔離。所以，接收端必須延時(shí)大于 2位數(shù)據(jù)位的時(shí)間（ 1位數(shù)據(jù)位時(shí)間 =1/波特率），再作應(yīng)答，否則會(huì)發(fā)生總線沖突。但是如果采用較低波特率，如 9600，發(fā)送一位數(shù)據(jù)需 100μ s左右，單靠幾條操作指令的延時(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，問(wèn)題就明顯地暴露出來(lái)。如果在這是關(guān)閉發(fā)送控制，勢(shì)必造成發(fā)送幀數(shù)據(jù)不完整。 在理論上雖然行得通，但在實(shí)際聯(lián)調(diào)中卻出現(xiàn)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)時(shí)錯(cuò)的現(xiàn)象。 發(fā)送時(shí)，檢測(cè) TI是否建立起來(lái)，當(dāng) TI 為高電平后關(guān)閉發(fā)送功能轉(zhuǎn)為接收功能。在 RS－ 485半雙工25 通訊中，由于 SN75176的發(fā)送和接收都由同一器件完成，并且發(fā)送和接收使用同一物理鏈路，必須對(duì)控制信號(hào)進(jìn)行切換。 ②控制端 RE*， DE的信號(hào)的有效脈寬應(yīng)該大于發(fā)送或接收一幀信號(hào)的寬度。因此，如果用一根口線作發(fā)送和接收控制信號(hào)，應(yīng)該將口線反向后接入 SN75176的控制端，使上電時(shí) SN75176處于接收狀態(tài)。一般使用單片機(jī)的一根口線連接 RE*， DE端。 SN75176芯片的發(fā)送和接收功能 轉(zhuǎn)換是由芯片的 RE* ， DE端控制的。如果在時(shí)序上配合不好，就會(huì)發(fā)生總線沖突，使整個(gè)系統(tǒng)的通訊癱瘓，無(wú)法正常工作。因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在偵聽(tīng)到總線上呼叫信號(hào)已經(jīng)發(fā)送完畢，并且沒(méi)有其它單機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)的情況下，才能應(yīng)答。 通信規(guī)則 由于 RS－ 485通訊是一種半雙工通訊，發(fā)送和接收共用同一物理信道。將總線上差分信號(hào)的正端 A+和 +5電源間接一個(gè) 10K的電阻；正端 A+和負(fù)端 B間接一個(gè) 10K的電阻；負(fù)端B和地間接一個(gè) 10K的電阻，形成一個(gè)電阻網(wǎng)絡(luò)。匹配電阻的取值應(yīng)該與總線的特性阻抗相當(dāng)。采用 RS－ 485構(gòu)成的多機(jī)通訊原理框圖，如圖 。 RS－ 485 方式構(gòu)成的多機(jī)通信原理 在由單片機(jī)構(gòu)成的多機(jī)串行通信系統(tǒng)中，一般采用主從式結(jié)構(gòu)：從機(jī)不主動(dòng)發(fā)送命令或數(shù)據(jù)，一切都由主機(jī)控制。為了減少通訊量，從機(jī)常用于完成對(duì)一個(gè)子系統(tǒng)的控制 或數(shù)據(jù)采集。在有干擾時(shí)，主從機(jī)通訊應(yīng)加入檢驗(yàn)，對(duì)異步通訊，可采用字符或字節(jié)的奇偶校驗(yàn)加上一幀信息的累加和校驗(yàn)。因?yàn)?MCS51等的主從機(jī)通訊方式中，地址與數(shù)據(jù)的區(qū)別只是發(fā)送的最后一位不同，如果有干擾改變了了這位的狀態(tài)，會(huì)打亂整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行 [22]。對(duì) MCS51 單片機(jī)，它們的串行口由主從機(jī)通訊方式，允許發(fā)送地址或數(shù)據(jù) 。一般主機(jī)和多臺(tái)從機(jī)通訊時(shí)，只使用一套公共的的通訊線路，主機(jī)應(yīng)能和指定的任何一個(gè)從機(jī)通訊，也能向全部從機(jī)發(fā)命令。由于一般的個(gè)人計(jì)算機(jī)配有串行接口，如果主從機(jī)采用通訊時(shí)，應(yīng)該再加入通訊處理機(jī)，它與主機(jī)用相連，與各從機(jī)用同步通訊方式相連。如果主機(jī)需執(zhí)行較多的實(shí)時(shí)控制功能，則應(yīng)選擇可配備實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)的主機(jī) 。通訊的物理物理媒介也有許多種，如采用無(wú)線電通訊或電話線通訊， 這是一般采用異步方式，并應(yīng)加入調(diào)制解調(diào)器，它的通訊距離最遠(yuǎn)可達(dá)幾十公里以上；如果采用電纜通訊，可采用 RS – 232或 RS42 RS456等方式，23 后二者可采用一般的雙絞線進(jìn)行通訊，具有傳輸距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，在通訊距離較遠(yuǎn)時(shí)，應(yīng)采用 RS485等接口方式 ③主機(jī)選擇 多機(jī)系統(tǒng)的主機(jī)應(yīng)根據(jù)應(yīng)用要求和現(xiàn)有條件來(lái)選擇。它又分為同步和異步兩種方式，前者速度快，通訊距離較近，后者速度慢，但通訊距離遠(yuǎn)。 ②通訊方式 多機(jī)系統(tǒng)和單機(jī)系統(tǒng)在硬件上的最大不同是需要通訊口。這兩種方法對(duì)中央處理機(jī)的工作時(shí)間、存儲(chǔ)器的容 量以及主機(jī)和從機(jī)之間需傳送的信息量會(huì)產(chǎn)生影響。 主從式多機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 在設(shè)計(jì)主從式多機(jī)系統(tǒng)時(shí)，除了掌握單片及應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法外，還必須注意以下幾個(gè)方面： ①機(jī)和從機(jī)的功能劃分 在設(shè)計(jì)一個(gè)多機(jī)系統(tǒng)時(shí)，應(yīng)著眼于整個(gè)系統(tǒng)的功能，設(shè)法提高整個(gè)系統(tǒng)的性能價(jià)格比，因此合理規(guī)定主機(jī)和從機(jī)的功能是十分重要的。同時(shí)，操作人員通過(guò)人 機(jī)通訊，在主機(jī)上查詢從機(jī)的狀態(tài)，診斷系統(tǒng)中各個(gè)從機(jī)是否出現(xiàn)故障，以便系統(tǒng)維護(hù)。因此主計(jì)算機(jī)處于主導(dǎo)地位，而從計(jì)算機(jī)處于處于從屬地位 [20]。主機(jī)主動(dòng)和從機(jī)聯(lián)絡(luò)通信，向從機(jī)發(fā)出各種命令，如設(shè)計(jì)從機(jī)的 工作參數(shù)，修改從機(jī)的實(shí)時(shí)時(shí)鐘，詢問(wèn)從機(jī)的狀態(tài)，收集從機(jī)的數(shù)據(jù)等。我們采用主從式系統(tǒng)完成本設(shè)計(jì)。分布式多機(jī)系統(tǒng)中，各臺(tái)計(jì)算機(jī)具有平等的地位和相似的結(jié)構(gòu)。計(jì)算機(jī)之間通過(guò)通訊來(lái)協(xié)同工作。 22 在緊密耦合的多機(jī)系統(tǒng)中，各臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的聯(lián)系緊密，一般情況下他們通過(guò)總線 (包括公共存儲(chǔ)器 )進(jìn)行頻繁的信息交 換，并在一個(gè)總的操作系統(tǒng) —— 分布式操作系統(tǒng)的控制下協(xié)調(diào)地工作。 圖 SN75176 芯片及其邏輯關(guān)系 多機(jī)系統(tǒng) 多機(jī)系統(tǒng)是指由多臺(tái)計(jì)算機(jī)組成的系統(tǒng)。 RS485標(biāo)準(zhǔn)接口為差分驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)，它通過(guò)傳輸線驅(qū)動(dòng)器把邏輯電平變換為電位差，完成信 號(hào)的傳遞 ， 具有傳輸速率快、傳送距離長(zhǎng)（可傳 1200m）、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，允許一對(duì)雙絞線上一個(gè)發(fā)送器驅(qū)動(dòng)多個(gè)負(fù)載設(shè)備 。 其中 RS232適于短距離或帶調(diào)制解調(diào)器的通信場(chǎng)合，其邏輯電平與 TTL、 MOS邏輯電平完全不同， 需要用 MAX232 驅(qū)動(dòng)芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。各從機(jī)的報(bào)警上下限由主機(jī)預(yù)置，從機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的過(guò)程中，一旦發(fā)現(xiàn)檢測(cè)溫度值連續(xù)超出閾值范圍，便啟動(dòng)自身報(bào)警電路，同時(shí)向主控機(jī)發(fā)送報(bào)警信號(hào) [18]。 表 IE中斷允許控制寄存器結(jié)構(gòu) 位符號(hào) EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 位地址 AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8H 溫度檢測(cè)系統(tǒng)多有聲光報(bào)警功能，當(dāng)檢測(cè)溫度超過(guò)上下限時(shí)，進(jìn)行聲光提示。 中斷允許寄存器 IE[17]。 電源管理寄存器 PCON PCON主要是為 CHMOS型單片機(jī)的電源控制而設(shè)置的專用寄存器，單元地址是 87H，其結(jié)構(gòu)格式如 表 ： 表 PCON電源管理寄存器結(jié)構(gòu) PCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 位符號(hào) SMOD GF1 GF0 PD IDL 在 CHMOS型單片機(jī)中，除 SMOD位外，其他位均為虛設(shè)的， SMOD是串行口波特率倍增位，當(dāng) SMOD=1時(shí)，串行口波特率加倍。 可尋址標(biāo)志位。方式 0時(shí)，發(fā)送完第 8位數(shù)據(jù)后，由硬件置位，其它方式下，在發(fā)送或停止位之前由硬件置位，因此， TI=1表示幀發(fā)送結(jié)束， TI可由軟件清 “0” 。 f TI：發(fā)送中斷標(biāo)志位。 e RB8：接收數(shù)據(jù)位 8。 20 在方式 2和方式 3中， TB8是要發(fā)送的 —— 即第 9位數(shù)據(jù)位。 REN用于控制數(shù)據(jù)接收的允許和禁止， REN=1時(shí)，允許接收， REN=0時(shí)，禁止接收。工作于方式 0時(shí)， SM2必須為 0。接收狀態(tài)，當(dāng)串行口工作于方式 2 或 3，以及 SM2=1 時(shí)，只 有當(dāng)接收到第 9位數(shù)據(jù)（ RB8）為 1 時(shí)，才把接收到的前 8位數(shù)據(jù)送入 SBUF，且置位 RI發(fā)出中斷申請(qǐng)，否則會(huì)將接受到的數(shù)據(jù)放棄 [16]。 SM0， SM1 工作方式 00 方式 0 01 方式 1 10 方式 2 11 方式 3 b SM2：多機(jī)通信控制位。而發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)就不需要這樣設(shè)置，因?yàn)榘l(fā)送時(shí)，CPU是主動(dòng)的，不可能出現(xiàn)這種現(xiàn)象。而 從接收緩沖器讀出數(shù)據(jù)即可接收數(shù)據(jù) [15]。但這兩個(gè)寄存器具有同一地址（ 99H）。 ② MCS51的串行口和控制寄存器 串行口控制寄存器 MCS51 單片機(jī)串行口寄存器結(jié)構(gòu)如圖 。 串行數(shù)據(jù)通信的傳輸 速率 。 同步傳輸方式比異步傳輸方式速度快，這是它的優(yōu)勢(shì)。 同步通信 同步通信格式中，發(fā)送器和接收器由同一個(gè)時(shí)鐘源控制，為了克服在異步通信中，每傳輸一幀字符都必須加上起始位和停止位，占用了傳輸時(shí)間，在要求傳送數(shù)據(jù)量較大的場(chǎng)合，速度就慢得多。 串行數(shù)據(jù)通信兩種形式 。 全雙工方式：允許雙方同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)雙向傳送 ,但一般全雙工傳輸方式的線路和設(shè)備較復(fù)雜。因而這種傳輸方式的用途有限，常用于串行口的打印數(shù)據(jù)傳輸 與簡(jiǎn)單系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)采集。 ① 基本概念 數(shù)據(jù)通信的傳輸方式有單工 ， 半雙工 ， 全雙工和多工方式 。如果在傳行口的輸入輸出引腳上加上電平轉(zhuǎn)換器，就可方便地構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)的 RS232接口 [13]。但接收緩沖器只能讀出不能寫入，而發(fā)送緩沖器則只能寫入不能讀出，它們的地址為 99H。其二是：讀 P1口線狀態(tài)時(shí)，打開(kāi)三態(tài)門 G2,將外部狀態(tài)讀入 CPU。 作為輸入口時(shí)，鎖存器置 1， Q(非 )=0， T2 截止，此時(shí)該位既可以把外部電路拉成低電平，也可由內(nèi)部上拉電阻拉成高電平，正因 為