【正文】 (電路板信號(hào)分析所使用的 )。該軟件將項(xiàng)目管理方式、原理圖和 PCB圖的雙向同步技術(shù)、多通道設(shè)計(jì) 、拓樸自動(dòng)布線以及電路仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，為電路設(shè)計(jì)提供了強(qiáng)大的支持。通過(guò)設(shè)計(jì)輸入仿真、 PCB 繪制編輯、拓?fù)渥詣?dòng)布線、信號(hào)完整性分析和設(shè)計(jì)輸出等技術(shù)融合， Protel DXP 提供了全面的設(shè)計(jì)解決方案。 Protel DXP 是第一個(gè)將所有設(shè)計(jì)工具集于一身的板級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)，電子設(shè)計(jì)者從最初的項(xiàng)目模塊規(guī)劃到最終形成生產(chǎn)數(shù)據(jù)都可以按照自己的設(shè)計(jì)方式實(shí)現(xiàn)。 Protel DXP 在前版本的基礎(chǔ)上增加了許多新的功能。 表 46 數(shù)據(jù)讀取傳輸格 式 站號(hào) 03號(hào)命令 寫(xiě)地址 寫(xiě)地址 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) CRC校驗(yàn) CRC校驗(yàn) 開(kāi)始 系統(tǒng)初始化子程序 通信子程序 數(shù)據(jù)處理子程序 圖 41主程序流程框圖 初始化 E2PROM 串行口、定時(shí)器初始化 各種變量初始化 子程序返回 圖 42系統(tǒng)初始化程序流程圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 19 表 47 數(shù)據(jù)寫(xiě)傳輸格式 站號(hào) 06命令號(hào) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) CRC校驗(yàn) CRC校驗(yàn) 在通訊協(xié)議中只用了兩個(gè)命令， 03 號(hào)命令和 06 號(hào)命令， 03 號(hào)命令代表要求發(fā)送數(shù)據(jù)， 06 號(hào)命令代表要求從機(jī)原樣數(shù)據(jù)發(fā)回作為應(yīng)答。 數(shù)據(jù)每楨為 8 個(gè)字節(jié)，具體格式如表4 6 和表 47 所示。 串口通信子模塊程序設(shè)計(jì) 根據(jù)設(shè)計(jì)要求需 PC 機(jī) 由 CPU 完成數(shù)據(jù)發(fā)送和接收。 系統(tǒng)初始化子模塊程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)初始化是使系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)期望運(yùn)行的必要條件，包括對(duì)內(nèi)部或外部可編程模塊的初始化，以及所用到的全局變量作初始賦值。 表 45 06命令發(fā)送格式 設(shè)備地址 功能碼 數(shù)據(jù)地址高位 數(shù)據(jù)地址低位 數(shù)據(jù)高位 數(shù)據(jù)低位 CRC16校驗(yàn) 1 個(gè)字節(jié) 06 1 個(gè)字節(jié) 1 個(gè)字節(jié) 1 個(gè)字節(jié) 1 個(gè)字節(jié) 2 個(gè)字節(jié) 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度采集器的設(shè)計(jì) 18 主程序流程框圖 主程序包含系統(tǒng)初始化子程序、通信子程序、 、 數(shù)據(jù)處理子程序等三個(gè)模塊。主設(shè)備的 03 命令發(fā)送格式如表 43所示 ,03 命令支持 1～ 128 個(gè)數(shù)據(jù)的讀取 ,返回的數(shù)據(jù)都是整形字 ,每個(gè)占用兩個(gè)字節(jié)。 03 命令為讀取保持寄存器 ,在一個(gè)或多個(gè)保持寄存器中取得當(dāng)前的二進(jìn)制值 ,例如讀取一個(gè)采集器的采集結(jié)果。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤 ,因?yàn)樵谧詈蟮?CRC 字節(jié)的值不可能是正確的。如果在幀完成之前有超過(guò) 個(gè)字符時(shí)間的停頓時(shí)間 ,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)新消息的地址字節(jié)。一個(gè)新的消息可在此停頓后開(kāi)始。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)字節(jié)接收到后 ， 每個(gè)設(shè)備都進(jìn)行解碼以判斷是否發(fā)往自己的。目前最常用的就是 RTU模式 ， 即二進(jìn)制方式 [ 4～ 6 ].使用 RTU模式 ， 對(duì)于主控制器 ， 一個(gè)典型的發(fā)送消息幀如表 41所示 : 表 41 MODBUS 協(xié)議 RTU 模式典型的發(fā)送消息幀 起始間隔 設(shè)備地址 功能代碼 數(shù)據(jù) CRC16 校驗(yàn) 結(jié)束間隔 T1T2T3T4 1 個(gè) 8 位字節(jié) 1 個(gè) 8 位字節(jié) n 個(gè) 8 位字節(jié) 2 個(gè) 8 位字節(jié) T1T2T3T4 消息發(fā)送至少要以 。 T =[( x x2 ) ( x x3 ) x4]/[( x1 x2 ) ( x1 x3 )]+[( x x1 ) ( x x3 )]/[( x2 x1 ) ( x x3 )] x5+[( x x1 ) ( x x2 )]/[( x3 x1 ) ( x3 x2 )]| x6 MODBUS 現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議 MODBUS 是 MOD I CON公司最早為它的可編程控制器設(shè)計(jì)的基于 RS2 485通訊介質(zhì)的一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議 ， 目前在工業(yè)控制領(lǐng)域獲得了比較廣泛的應(yīng)用 [ 2， 3 ]。單片機(jī)將處理后的 A /D值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的電阻值 ， 用該電阻值查分度表中相鄰三點(diǎn)的數(shù)字量 ， 代入二次插值公式求出測(cè)得的溫度值。通過(guò) TL431 反饋調(diào)節(jié)電壓控制光偶隔離器發(fā)光的強(qiáng)弱，發(fā)光強(qiáng)度越強(qiáng)光電流就越大，光偶輸出電流也就越大，從而控制 TOP200的開(kāi)關(guān)時(shí)間，調(diào)節(jié)變壓器輸出大小，使輸出穩(wěn)定的電壓 +5V。 D8， D9， D10 分別為輸出端整流二極圖 38 開(kāi)關(guān)電源原理圖 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 15 管， C25 為反饋端濾波電容。如圖 38 所示，采用 TOP200 開(kāi)關(guān)集成電路， C1 C2 C29 為濾波電容， L2 和 C37構(gòu)成輸出濾波器。設(shè)計(jì)者可以發(fā)揮各種類型電路的特長(zhǎng)，設(shè)計(jì)出滿足不同應(yīng)用場(chǎng)合的開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源。 (5)電路形式靈活多樣。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了 200 倍。 (4) 濾波的效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減小。此外，改變占空比的方法有脈寬調(diào)制型和頻 率調(diào)制型兩種。 (3) 穩(wěn)壓范圍寬。調(diào)整管Ｖ上的耗散功率小，可以省去較大散熱片。 圖 37 電源穩(wěn)壓電路圖 L VD C RL UO 整流濾波 激勵(lì)信號(hào) 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度采集器的設(shè)計(jì) 14 (2) 體積小，重量輕。 2． 開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn) (1) 功耗小，效率高。這種裝置被廣泛地應(yīng)用在開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源中。逆變器通常被廣泛地應(yīng)用在采用電平或電池組成的備用電源中。這里我們對(duì)直流變換器和逆變器作如下解釋。它是由全波整流器、開(kāi)關(guān)管Ｖ、激勵(lì)信號(hào)、續(xù)流二極管 VD、儲(chǔ)能電感Ｌ和濾波電容Ｃ組成。由此可見(jiàn) ,芯片不僅在內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)、功能 ,提高效率方面 ,可靠性方面均優(yōu)于分立元件組成的高壓 ,高頻脈寬調(diào)制電路 ,該芯片為核心實(shí)現(xiàn)高效開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓電源是非常理想的器件。芯片內(nèi)部還具有的啟動(dòng)電路 ,自鎖定保護(hù)電路、環(huán)路補(bǔ)償電路、誤差放大器 ,及利用本身的導(dǎo)通電阻來(lái)代替外部過(guò)流檢測(cè)電阻實(shí)現(xiàn)的過(guò)流保護(hù)更是該芯片的一大優(yōu)點(diǎn) ,使器件工作的可靠性、穩(wěn)定性得到保證。主要由 10部分構(gòu)成： ①控制電壓源 ②帶隙基準(zhǔn)電源 ③振蕩器 ④并聯(lián)調(diào)整器 誤差放大器 ⑤脈寬調(diào)制 器 ⑥門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí) ⑦過(guò)流 保護(hù)電路 ⑧過(guò)熱保護(hù)及上電復(fù)位電路 ⑨關(guān)斷 自動(dòng)需啟動(dòng)電路 ⑩高壓電流源 。 如圖 36。逐次比較型 AD 并行輸基于現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度采集器的設(shè)計(jì) 12 出 12 位數(shù)據(jù)，每一路信號(hào)經(jīng)緩存器后送入 6N137的腳 3，進(jìn)行同相邏輯傳輸至數(shù)字電路，輸入端限流電阻選用 470Ω ，輸出端上拉電阻選用 47kΩ ，輸出端電源和地間（即 6N137的腳 8 與腳 5間）接 瓷片電容，作為旁路電容以減少對(duì)電源的干擾， 6N137 的使能端接選通信號(hào)，使 6N137在數(shù)據(jù)有效時(shí)才工作，減 少工作電流。15V ，而 AD 轉(zhuǎn)換器還需要 +5V 電源，為使數(shù)字電路與模擬電路真正隔離， +5V電源由 +15V模擬電源經(jīng) DCDC變換器得到。連接至 A引腳的上拉電阻 R連接至 B引腳的下拉電阻R5 用于保證無(wú)連接的 SP3485 芯片處于空閑狀態(tài) ,提供網(wǎng)絡(luò)失效保護(hù)，以提高 RS485 節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)連接的可靠性。 由微處理器輸出的 TXD 信號(hào)控制 SP3485 芯片的發(fā)送器 /接收器使能，此時(shí)微處理器可以向 RS485 總線發(fā)送數(shù)據(jù)。為適應(yīng)供電系統(tǒng)， RS485 器件選擇 SP3485 芯片。 河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 11 RS485 接口通信電路 RS485總線采用雙絞線差分傳輸方式 ,可連接成半雙工和全雙工方式 ,最遠(yuǎn)傳輸距離為 112 ,即整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中任一時(shí)刻只能由一個(gè)節(jié)點(diǎn)成為主節(jié)點(diǎn) ,處于發(fā)送狀態(tài) ,并向總線發(fā)送數(shù)據(jù) ,其他的節(jié)點(diǎn)都必須處于接收狀態(tài) ,如果 2 個(gè)或 2個(gè)以上節(jié)點(diǎn)同時(shí)向總線發(fā)送數(shù)據(jù) ,將導(dǎo)致所有發(fā)送方發(fā)送數(shù)據(jù)失敗 ,因此通信網(wǎng)一般采取主從式 ,即主節(jié)點(diǎn)控制整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的通信時(shí)序 ,使 總線上的各節(jié)點(diǎn)分時(shí)使用總線 ,解決總線數(shù)據(jù)傳輸?shù)臎_突。 所以有： R VVR V O??? ?? （ 38） 11222114 14 RRRR RVVV O ?????? ?? （ 39） 將式（ 39）代入式（ 38）得 ??OV V，所以恒流源輸出電流 ???? ????? 11222114 RRRR VRR VI OO 1mA 恒流源電路仿真 仿真電路圖如圖 34 所示。 本設(shè)計(jì)采用由 LM258 構(gòu)成的精密恒流源電路。 恒定電流 溫度信號(hào) 模擬電壓信號(hào) 數(shù)字電壓信號(hào) 32 熱電阻測(cè)溫模塊框圖 熱電阻 PT100的三線制接法測(cè)量電路如圖 33所示為消除引線引入的測(cè)量誤差 , 熱電阻的測(cè)量采用三線制接法 。熱敏電阻 PT100 根據(jù)溫度 信號(hào)變化電阻 阻 值發(fā)生變化， 被測(cè)溫度的變化是直接通過(guò)熱電阻阻值的變化來(lái)測(cè)量 ，在熱敏電阻 PT100 組成的采集電路加一河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 9 恒定電流，產(chǎn)生一個(gè)模擬的電壓信號(hào)，經(jīng)過(guò) A/D 轉(zhuǎn)換成單片機(jī)可以識(shí)別的數(shù)字信號(hào)，輸入單片機(jī)進(jìn)行處理。 XTAL3端口為 smaRTClock 振蕩器晶體輸入端， XTAL4端口為 smaRTClock 振蕩器晶體輸出端。 VCC 為 。 圖 31 C8051F410單片機(jī) VDD 為內(nèi)核電源， VIO 為 I/O 電源 ， GND 為地。 基于現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度采集器的設(shè)計(jì) 8 第 3 章 硬件設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)硬件電路由 采集放大電路，主控單元電路， RS485 通信接口電路，光電隔離電路，穩(wěn)壓電源電路組成，總體硬件電路圖見(jiàn)附錄 B。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，只需一個(gè)全雙工串行接口，一個(gè) A/D轉(zhuǎn)換電路，一個(gè)多路模擬開(kāi)關(guān)電路，因此 C8051F410 單片機(jī)足以滿足 控制要求，功耗較低。被選擇作為數(shù)字 I/O的引腳還可以被配置為推挽或漏極開(kāi)路輸出。端口的工作情況與標(biāo)準(zhǔn) 8051 相似，但有一些改進(jìn)。用戶固件可以將 ADC 置于關(guān)斷狀態(tài)或使用突發(fā)模式以節(jié)省功耗。 ADC 系統(tǒng)包含一個(gè)可編程的模擬多路選擇器，用于選擇 ADC 的輸入。一個(gè)中斷驅(qū)動(dòng)的系統(tǒng)需要較少的 MCU 干預(yù)，因而有更高的執(zhí)行效率，并使多任務(wù)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)更加容易。 單片機(jī)的選擇 C8051F410 MCU 在 CIP51 內(nèi)核和外設(shè)方面有幾項(xiàng)關(guān)鍵性的改進(jìn)，提高了整體性能，更易于在最終應(yīng)用中使用。 綜上所述， RS232 雙機(jī)傳輸距離太短，故不采用。在矩距離傳輸時(shí)可不需終接電阻，即一般在 300 米以下不需終接電阻。只有在很短的距離下才能獲得最高河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 7 速率傳輸。 RS485 與 RS422 一樣，其最大傳輸距離約為 1219 米，最大傳輸速率為 10Mb/s。 RS485 可以 采用二線與四線方式，二線制可實(shí)現(xiàn)真正的多點(diǎn)雙向通信，而采用四線連接時(shí)，與 RS422 一樣只能實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)多的通信，即只能有一個(gè)主（ Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比 RS422有改進(jìn)， 無(wú)論四線還是二線連接方式總線上可多接到 32 個(gè)設(shè)備。 RS485 串行 通訊 接口 由于 RS485 是從 RS422 基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以 RS485 許多電氣規(guī)定與 RS422相仿。在矩距離傳輸時(shí)可