【正文】 47KR66LD11KR64+5+5+5XTAL2XTAL1+5 圖 39 單片機(jī)接口 SCM interface port 基于 RS485 的多路數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 18 MCU外圍基礎(chǔ)電路設(shè)計 電源模 塊設(shè)計 本模塊選用 MORNSUN 的 E0515S1W作為電氣隔離芯片， E0515S1W是1W 固定輸入單或雙端輸出的 DC/DC 隔離器，傳輸效率高達(dá) 80%， 3000VDC 隔離，不需要散熱，適用溫度范圍 40~+85176。 晶體振蕩器的輸出 ， XTAL2 是 XTAL1 的反相端。晶體振蕩器的輸入， 此管腳可由一個外部時鐘驅(qū)動。如果 EA 管腳為青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 17 高電平且程序計數(shù)器指向片內(nèi) ROM 空間， ROM 的地址和數(shù)據(jù)就不會出現(xiàn)在總線上。 EA： 外部訪問使能。 PSEN 允許外部 ROM 數(shù)據(jù)出現(xiàn)在 P0 口的地址 /數(shù)據(jù)總線上。ALE 以晶振 1/6 頻率運行。 ALE： 地址鎖存使能。 RST：復(fù)位輸入。作為輸入，由于外部下拉 為低電平， P3口將輸出電流（ ILL）這是由于上拉的緣故 。 P3 口： P3 口管腳是 8 個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向 I/0 口，可接收輸出 4 個TTL 門電流。在給出地址 1 時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進(jìn)行讀寫時， P2 口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 P2 口： P2 口為一個內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/0 口， P2 口緩沖器可接收，輸出 4 個 TTL 門電流，當(dāng) P2 口被寫 1 時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻 拉高，且作為輸入。在FIASH 編程時， P0 口作為原碼輸入口，當(dāng) FIASH 進(jìn)行校驗時，基于 RS485 的多路數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 16 P0 輸出原碼，此時 P0 外部必須被拉高。當(dāng) P1 口的管腳第一次寫 1 時，被定義為高阻輸入。 GND：地 電位 。外部時鐘可以在任何時間及狀態(tài)下被關(guān)閉，而不影響處理器運行?？臻e模式下，處理器時鐘被關(guān)閉，但外設(shè)仍繼續(xù)工作。一旦代碼確定后，用戶就可以對代碼進(jìn)行保護(hù)。這些外圍設(shè)備都由有 8 個中斷源和 2 級中斷能力的中斷系統(tǒng)支持。 W78E516B包含 64K 字節(jié)的主 ROM、 4K字節(jié)的輔助 ROM。 W78E516B 是具有帶 ISP 功能的 Flash EPROM 的低功耗 8 位微控制器； ISP 功能的 Flash EPROM 可用于固件升級。其中 SCLK、 Din、 Dout 通過光耦分別連在 MCU的的 、 、 上，這青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 三個引腳被配置為 SPI 通訊端口。通過POL 可選擇 SCLK 是高電平有效還是低電平有效。在 SPI 傳送過程中 , 數(shù)據(jù)被同步地發(fā)送和接收 , SCLK 和 DIN、 DOUT 同步移動。 SPI 的最大通信時鐘可達(dá) fosc/ 4。 ADS1216與 MCU的通訊 ADS1216 芯片 與 MCU 以 SPI 總線通訊協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，通過光耦隔離。 本模塊可以接收熱電偶、電壓及電流信號。 Ain：共同參考端，八路模擬輸入可以通過此引腳配置為 8 通 道偽模擬輸入，也可以將任意兩個輸入配置為差分輸入的同相和反相輸入端組成四路差分輸入。 基于 RS485 的多路數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 12 DGND：數(shù)字地。 POL：時鐘極性選擇， 控制 SCLK 的有效極性，從而增大器件使用的靈活性 。 IDAC1~IDAC2： DAC 電流輸出。 PDWN：低電平有效， 當(dāng) PDWN 變?yōu)榈碗娖綍r， ADS1216 進(jìn)入低功耗（ 1nA）的休眠狀態(tài)。 Dout： 轉(zhuǎn)換完成信號 ， 當(dāng) EOC 上升為高電平時 ，表明 A/D 轉(zhuǎn)換已完成。 DRDY： 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號 。 D0~D7：數(shù)字 I/O 口 。 ADS1216主要性能 ? 低非線性度 :0. 0015 % ? 采用單周期轉(zhuǎn)換模式 ? 功耗小于 1mW ? 可配置為 8路差分輸入 ? 具有可編程增益放大器 , G= 1 時 ,可提供 22 位有效分辨率 。該器件可以通過選擇內(nèi)部緩沖來提高阻抗 , 并可提供全量程電壓 50 %的偏移校正 , 此外 , ADS1216 還具有內(nèi)外兩種參考電壓供給方式。 A/D轉(zhuǎn)換芯片簡介 ADS1216 是 Burr Brown 產(chǎn)品線中的一款新型、高精度、寬動態(tài)范圍、 Δ ∑型 8 通道 24 位 ADC。 ADS1216 支持串行 SPI 總線，八位數(shù)字 I/O 口可用于輸入輸出功能，ADS1216 可用于精密發(fā)射器、工業(yè)過程控制、測重儀、色譜儀以及相關(guān)的便攜式設(shè)備上。 IN11S1A2D13S1B4Vss5GND6S2B7D28S2A9IN210IN311S3A12D313S3B14NC15Vdd16S4B17D418S4A19IN420U18ADG333A6D56D46D76D3VddVssCB2210MR92VoCB210R81C120KR80VccU1DU1DU4DADG3S1A6Ain26D46Ain66Ain6AGNDAGNDAGNDAGND 圖 34 區(qū)分電路 Distinguish circut 基于 RS485 的多路數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 10 單片機(jī)與 AD 的接口 A/D轉(zhuǎn)換芯片選型 本模塊 選擇 ADS1216 作為 A/D 轉(zhuǎn)換芯片 ， ADS1216 是高精度、寬范圍的八通道 24 位低功耗 A/D 轉(zhuǎn)換芯片。 S1 的輸入為 ADG508FB2 的輸出，即輸入信號的正極電壓，輸出 S1B 給ADS1216 的 Ain6， S1A 給集成運放 INA128A； S2 的輸入為 S1 的輸出，即輸入信號的正極電壓，輸出給 ADS1216 的 Ain2。 Ain：共同參考端，八路模擬輸入可以通過此引腳配置為 8 通道偽模擬輸入，也可以將任意兩個輸入配置為差分輸入的同相和反相輸入端組成四路差分輸入。 DGND：數(shù)字地。 POL：時鐘極性選擇， 控制 SCLK 的有 效極性，從而增大器件使用的靈活性 。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 IDAC1~IDAC2： DAC 電流輸出。 PDWN：低電平有效， 當(dāng) PDWN 變?yōu)榈碗娖綍r， ADS1216 進(jìn)入低功耗（ 1nA）的休眠狀態(tài)。 Dout： 轉(zhuǎn)換完成信號 ， 當(dāng) EOC 上升為高電平時 ，表明 A/D 轉(zhuǎn)換已完成。 DRDY： 數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好信號 。 D0~D7：數(shù)字 I/O 口 。 ? 低漏電流（最大值 5 nA）。 ? 低功耗。 ? 模擬信號范圍 為 VSS 到 VDD。設(shè)計的本質(zhì)就是數(shù)字信號輸入切換時的最低瞬變低電荷注入。在關(guān)閉狀態(tài)，到達(dá)電源電壓的信號被封鎖。 CMOS 結(jié)構(gòu)可確保超低功耗使理想的便攜式，電池供電設(shè)備適合的部分。 在整個模擬輸入范圍內(nèi)電阻檔是非常平坦的，確保良好的線性度和低失真音頻信號切換時的范圍。 芯片簡介 ADG333A 是單片 CMOS 器件，包括四個獨立可選 SPDT 開關(guān)。 青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 7 AO1EN2Vss3S14S25S36S47D8S89S710S611S512Vdd13GND14A215A116U1ADG508FB2AO1EN2Vss3S14S25S36S47D8S89S710S611S512Vdd13GND14A215A116U4ADG508FB1ADG2S1Vdd VddVss VssVdd15KR3CB26D16D2ADG2S5ADG2S6ADG2S7ADG2S86D0ADG2S2ADG2S3ADG2S46D16D2ADG1S5ADG1S6ADG1S7ADG1S8CB56D0ADG1S2ADG1S3ADG1S4U4DADG1S1CB1CB615KR14VddC33U1D10MR93VoAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGND圖 32 模擬量選擇電路 Analogue signal select 電壓、電流、熱電偶區(qū)分 芯片選型 本模塊選用 ADG333 作為電流電壓熱電偶的區(qū)分芯片， 該 芯片 是單片CMOS 器件 ，含有 四個獨立可選的 SPDT 開關(guān)。模擬通道的選擇通過 A0、 A A2 組成的 0~7 分別選擇。廣泛應(yīng)用在現(xiàn)存多路選擇電路和新的設(shè)計電路中，滿足本模塊需要。 ADG508FB 是由八個單通道組成的低功耗多路模擬選擇開關(guān)，轉(zhuǎn)換時間迅速，具有故障保護(hù)功能，能夠承受 40~50V的持續(xù)過電壓。TVS1~TVS8 是一種二極 管形式的高效能保護(hù)器件 ， 當(dāng) TVS 二極管的兩極受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時 ， 能以 10 的負(fù) 12 次方秒量級的速度，將其兩極間的高阻抗變?yōu)榈妥杩?，吸收高達(dá)數(shù)千瓦的 浪涌功率，使兩極間的電壓箝位于一個預(yù)定值，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖的損壞。 由 模擬量輸 入 、 多路選擇開關(guān)、模擬量放大、 A/D 轉(zhuǎn)換 芯片與 MCU得通訊以及 MCU與上位機(jī) 通訊模塊 組成 。 C ( 13 ~ 185176。 C (14 ~ 158176。 模塊的軟件設(shè)計包括模塊初始化，數(shù)據(jù)采集，數(shù)據(jù)預(yù)處理，數(shù)據(jù)分析等。 本文研究的主要內(nèi)容 整個 多路 數(shù)據(jù)采集模塊 的設(shè)計主要分為硬件 設(shè)計和軟件設(shè)計。雖然國內(nèi)與國外在數(shù)據(jù)采集技術(shù)上存在差距，但是總體來看這個差距在不斷縮小，在不久的將來中國的數(shù)據(jù)采集模塊肯定會晉升國際一流的水準(zhǔn)。 (2 數(shù)據(jù)采集模塊本身的信號處理功能不強(qiáng)，只能采集熱電阻或熱電偶信號，不能同時采集熱電阻，熱電偶信號，在現(xiàn)場只能做一些簡單的數(shù)據(jù)分析，大多數(shù)的處理要離線到計算機(jī)上去做。 目前，國外數(shù)據(jù)采集模塊較上世紀(jì)有了很大的發(fā)展，從最近國外公司展示的新產(chǎn)品可以看出，主要的發(fā)展方向可以概括為使用方便、功能多樣和體積減小三個方面。信息技術(shù)的三大主要技術(shù)也就是常說的 3C 技術(shù)是信息獲取技術(shù)、通信技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)(Collection,Communication,Computer)。 課題研究背景 及 立題依據(jù) 人類社會進(jìn)入信息時代，信息技術(shù)已經(jīng)深深地滲透到人們的日常生活中。 隨著單片機(jī)和傳感技術(shù)的迅速發(fā)展，自動檢測領(lǐng)域發(fā)生了巨大變化，環(huán)境自動監(jiān)測控制方面的研究有了明顯的進(jìn)展，各種更為先進(jìn)的檢測系統(tǒng)正在應(yīng)運而生，它們能很好的克服信號易受干擾損耗，測量誤差較大以及安裝拆卸繁雜等缺點，例如利用 DALLAs 公司生產(chǎn)的新型器件實現(xiàn)的數(shù)字化單總線技術(shù)。選擇合適的 ADC 設(shè)計高速高精度采集系統(tǒng)提供了一個較好的解決方案。這些模擬量不能送進(jìn)數(shù)字計算機(jī)進(jìn)行處理，必須先經(jīng)傳感器件將其轉(zhuǎn)換成模擬電信號，經(jīng)過放大后送至模擬 /數(shù)字轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。青島科技大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計（論文） 1 1 緒論 基于 RS485的多路數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計 綜述 RS485的多路 數(shù)據(jù)采集 模塊 的意義和任務(wù) “基于 RS485 的多路數(shù)據(jù)采集模塊 ”完成的任務(wù)是 測得電壓、電流、溫度 等模擬量 信號，經(jīng)過模塊內(nèi)部處理，通過 RS485 總線傳給計算機(jī) 。 自然界所存在的一些物理量和大量的是模擬量，例如壓力、流量、溫度、軸角、光通量、位移等，它們是非電模擬量。數(shù)字信號經(jīng)過數(shù)字計 算機(jī)分析處理后，其輸出仍是數(shù)字信號，所以必須經(jīng)過數(shù)字 /模擬轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號，將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號后，才能送去控制執(zhí)行元件，例如科研和生產(chǎn)中常常遇到程序升溫、降溫的問題，為了保證生產(chǎn)過程正常安全的進(jìn)行，提高產(chǎn)品的質(zhì)量和數(shù)量，減輕工人的勞動強(qiáng)度，節(jié)約能源，常常要求加熱對象的溫度按照某種指定的規(guī)律變化。 該設(shè)計的意義在于 :電流、電壓