基于单片机的通用智能测控系统下位机部分.doc

1、内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）摘 要基于微处理器的智能测控系统设计，已经成为广大电子设计工程师或相关领域设计者关注的热点。由于智能测控系统面向不同的应用领域，采用不同的实现途径，使用不同的开发环境，因此其设计调试过程往往是复杂而且痛苦的。本设计主要介绍了基于单片机的通用测控系统，能够实现采集420mA模拟量和开关量并输出420mA的模拟量和开关量，并将数据实时地传回上位机等功能。该系统硬件部分详细论述了由AT89C51系列单片机实现的智能测控系统，采用光电耦合器件、TLC0832模数转换器、I/V变换电路等部件实现前向通道数据采集功能以及采用DAC0832数模转换器和VI变换电路实现

2、后向通道数据的输出功能，同时该系统采用了RS485总线实现上位机和下位机的通信。本系统是和上位机联机调试的,由于缺乏硬件不能进行在线调试，但是结果经过论证符合实际要求。该系统能够应用于一般工业测控要求的场合，系统具有低耗能、结构简单、可靠性高、速度快、连接方便等特点。智能测控系统是工业生产发展的必然要求，也是计算机及网络技术在工业领域中的控制功能进一步加强的必要条件，因此本次设计就更具有了讨论和研究的现实意义。关键词：单片机；转换电路；串行接口；测控系统；变换器55内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）AbstractBased on the microprocessor intellige

3、nt measurement and control system design, already became the hot spot to which general electron project engineer or the correlation domain designer paid attention.Because of the intelligent measurement and control system facing different application domain, using different realizing way, using diffe

4、rent developing environment, the debugging process often is complex moreover than pain. This design mainly introduces the general measurement and control system which is based on the Single-chip Compute. It can gather 420 mA digital signal and the switch signal, and output 420 mA digital signal and

5、the switch signal, and tranmit the data to PC part. This hardware part of the system in detail introducing the intelligent measurement and control system which realized by AT89C51 series Single-chip Compute, uses the part such as the photoelectricity coupled apparatus, the TLC0832 A/D converter and

6、the I/V Switching circuit realize the functions of the front channel data acquisition as well as uses the DAC0832 D/A converter and V/I Switching circuit realize the function of the backward channel data output, simultaneously it uses the RS485 main line realize the correspondence between the PC par

7、t and the auxilibary compute. This system is on-line debugged with the PC part, because of lacking the hardware not to be able to carry on the online debugging, but the result proofs to be the actual requirement. This system can be applied in the general industry measurement and control request situ

8、ation, it has the characteristics of energy lowly, the structure simply, the reliability high, the speed quickly, connection convenience and so on. Intelligent measurement and control system is the necessary requirement of industrial production and development, as well as the necessary conditions of

9、 computer and network technology in the field of industrial control function to further strengthen. It is necessary to discuss and study, at the same time it has much practical significance. Key words: Single-chip Compute; Converter; Serial interface; Measurement and control system; Switching circui

10、t内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）目 录摘 要IAbstractII第一章 引 言11.1 概述11.2 智能测控系统的功能11.3 测控系统的发展趋势11.4 单片机的技术发展史2第二章 系统方案设计42.1 设计内容42.2 系统组成42.2.1 数据采集模块42.2.2 串口通信模块52.2.3 数据输出模块5第三章 方案设计应注意的问题63.1 总体设计（功能设计）63.2 转换器设计63.3 可靠性设计83.3.1 要注意简化电路结构83.3.2 采用成熟技术和通用器件83.4 成本设计8第四章 系统硬件设计94.1 硬件原理框图94.2 器件选择104.2.1 单片机AT8

11、9C51104.2.2 A/D转换装置144.2.3 D/A转换装置164.2.4 RS-485总线接口184.2.5 锁存器74LS373194.3 硬件电路214.3.1 电流电压变换电路214.3.2 单片机的复位电路以及看门狗电路234.3.3 开关量光隔离电路244.3.4 A/D转换电路254.3.5 电压电流变换电路264.3.6 D/A转换电路28第五章 系统软件设计305.1 系统初始化和主程序305.2 数据采集和处理部分的设计315.2.1 数据采集315.2.2 A/D转换子程序335.2.3 数字滤波流程图及子程序365.3 延时子程序365.4 串口通信子程序37第

12、六章 设计总结39参 考 文 献40附录A 系统硬件连接图41附录B 程序源代码42致 谢55 内蒙古科技大学毕业设计说明书（毕业论文）第一章 引 言1.1 概述在目前许多的单片机应用系统中，通常进行一些信号的采集，根据检测信号的不同，可以用两种方法来进行信号的采集：一是利用模数转换器将模拟信号转换成数字信号然后再输入到单片机中进行信号的采集，二是利用光电耦合器对开关信号进行去除干扰然后再输入到单片机中进行信号采集。前者利用单片机内部的定时器，只需通过软件编程就可以实现对数据的采集，具有性价比高、接口电路简单等优点，但时间控制精度受到晶振频率和所选择的数据传输方式等方面的影响，从而导致精度不高

13、；而后者是利用光电耦合器的去除干扰等特点，它具有使用灵活和误差较小等优点。本文就以TLC0832为例，详细介绍了模数转换器在单片机应用系统中的应用。同时介绍了DAC0832数模转换器以及光电耦合器在单片机中的应用。另外，为了实现上位机与单片机的通信，本设计采用了RS-485，它是一个串口通信总线的通用接口芯片。在本地端RS-485，具有读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接到单片机系统总线上。1.2 智能测控系统的功能本智能测控系统实际上是标准信号，主要是电量的智能测控系统，被测参数包括两路模拟信号及一路开关信号，要求能按定时和随机两种方式完成上述参数的采集并传送至上位系统。1.3 测

14、控系统的发展趋势测控技术的发展与航天技术的发展息息相关。自20世纪90年代以来，国际航天技术出现了蓬勃发展的局面，首先是载人航天第二次高潮的兴起，世界各航天大国均争相发展自己的载人航天技术，以求开发宇宙资源并显示大国的实力和军力；其次是重返月球，再回去开发那些曾被忽视了的月球资源，并占领月球领地；第三是火星着陆，这已成为震动1997年的国际十大科技新闻之一；第四是人造卫星大规模地进入了应用卫星时代，为了拓宽卫星应用的领域，从而促进了小卫星蓬蓬勃勃地发展。这些举世瞩目的航天技术成就牵引了测控技术的发展，相应地在8090年代，测控技术的发展出现了几项突出的成就，一是跟踪与数据中继卫星系统（TDR5

15、S）的建成，实现了天基测控；二是美国的GPS和苏联GUNSS的投入使用，形成了天基导航网；三是深空测控通信的发展。1.4 单片机的技术发展史单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SOC三大阶段。 1.SCM即单片微型计算机（Single Chip Microcomputer）阶段，主要是寻求最佳的单片形态嵌入式系统的最佳体系结构。“创新模式”获得成功，奠定了SCM与通用计算机完全不同的发展道路。在开创嵌入式系统独立发展道路上，Intel公司功不可没。 2.MCU即微控制器（Micro Controller Unit）阶段，主要的技术发展方向是：不断扩展满足嵌入式应用时，对象系统

16、要求的各种外围电路与接口电路，突显其对象的智能化控制能力。它所涉及的领域都与对象系统相关，因此，发展MCU的重任不可避免地落在电气、电子技术厂家。从这一角度来看，Intel逐渐淡出MCU的发展也有其客观因素。在发展MCU方面，最著名的厂家当数Philips公司。 Philips公司以其在嵌入式应用方面的巨大优势，将MCS-51从单片微型计算机迅速发展到微控制器。因此，当我们回顾嵌入式系统发展道路时，不要忘记Intel和Philips的历史功绩。 3.单片机是嵌入式系统的独立发展之路，向MCU阶段发展的重要因素，就是寻求应用系统在芯片上的最大化解决；因此，专用单片机的发展自然形成了SOC化趋势。

17、随着微电子技术、IC设计、EDA工具的发展，基于SOC的单片机应用系统设计会有较大的发展。因此，对单片机的理解可以从单片微型计算机、单片微控制器延伸到单片应用系统。第二章 系统方案设计2.1 设计内容测控系统由控制中心和现场检测两部分组成。本设计主要是结合单片机的应用，单片机采用美国ATMEL公司生产的AT89C51，串口通信模块选择RS485总线，A/D转换器选择TLC0832，D/A转换器选择DAC0832，同时还包括I/V变换电路、V/I变换电路和光电耦合器，将这些元件通过外围电路连接起来实现模拟量和开关量的采集和输出。用单片机AT89C51作为核心微控制器，控制采集由现场热工仪表输出的

18、420mA标准电流信号。其中电流信号须经过I/V变换电路，将其变换成05V标准电压信号然后再经过TLC0832转换器将电压信号转换成数字量，这样单片机才能采集。同时在本设计中，单片机还要采集另外一个信号即是开关信号，在开关信号进入单片机之前须通过光电耦合器对开关信号进行去除干扰。由单片机输出的数字信号也得经过数模转换器DAC0832将数字信号转换成模拟信号，然后再经过V/I转换电路将电压信号转换成电流信号然后再去控制现场执行机构。为了实现上、下位机之间的通信本设计采用了RS-485总线，它是一个串口通信总线的通用接口芯片。在本地端RS-485，具有读、写、片选控制线以及中断输出，可以方便地挂接

19、到单片机系统总线上。单片机AT89C51控制串口通信模块主要是通过串口中断指令实现的。单片机AT89C51控制数据采集的软件是用C51语言编写的，上位机的界面是用VB编写的。2.2 系统组成2.2.1 数据采集模块本系统中的数据采集主要包括模拟量的采集和开关量的采集。模拟量的采集选用I/V变换电路将由热工仪表输出的标准电流信号转换成标准的电压信号以及选用TLC0832作为模数转换器，然后选用AT89C51做为控制器，当采集的电压信号越限时现场报警。开关量的采集选用AT89C51单片机，在开关量进入单片机以前须采用光电耦合器去除干扰。单片机采集开关量是采用中断指令采集的。2.2.2 串口通信模块

20、串口通信模块是单片机通过串口与上位机连接，本设计串口总线选用的是RS-485总线。使用串口总线然后再经过一个电平转换，单片机可以直接与上位机进行通信。AT89C51以串口中断服务指令读取上位机发送的信息，并以串口数据发送指令向上位机发送数据，从而实现上、下位机的通信。2.2.3 数据输出模块数据输出模块的设计主要是单片机通过DAC0832数模转换器和V/I变换电路输出控制信号去控制现场执行机构。 第三章 方案设计应注意的问题3.1 总体设计（功能设计）本次设计主要是通过单片机的内部处理及外围芯片的配合用软件来实现智能的测控系统。在单片机内部利用软件实现串口通信、模拟量和数字量的采集以及输出。1

21、. 在正常情况下，即A/D转换器通道CH0的值大于通道CH1的值时单片机执行串口写操作，经过软件处理后将数字量经过RS485总线传送到上位系统中去。2. 在非正常情况下，即A/D转换器通道CH0的值大于通道CH1的值时启动报警系统，此时单片机执行开关量采集操作，并输出开关量去控制现场执行机构。这种将程序固化在单片机微处理器中，既降低了成本又提高了运行速度及工艺精度，同时为了实现工业自动化的信息化网络化，利用单片机的中断通讯功能，同样用软件去实现上位机与下位机的通讯功能。为了实现控制参数的实时性和有效性，用报警装置来控制。3.2 转换器设计1. 在设计转换器时，要考虑的因素有：1) 稳定时间（S

22、etting Time）：D/A从输入数字码发生变动到输出稳定的电压值所占的时间，或称置位时间。2) 摆动时间（Slew Time）：D/A的辅助放大器改变输出电压所需要的时间。2. 在使用转换器时，要考虑的因素有：1) 温度系数（Temperature Coefficient）：A/D、D/A内部元件的温度系数将产生或增加某些误差。例如放大器、比较器输出电压、电流因温度变化发生偏移时，将影响转换器零误差。电阻网络、电流开关的温度系数将影响转换器的线性误差等。所以，要注意转换器工作环境温度变化对各种技术性能的影响，说明书里给的技术性能指标一般是在25工作环境温度下测定的，如果工作环境温度不是2

23、5，并且相差甚大，则实际技术性能指标会有变化。2) 元件老化（Components Agieg）：A/D、D/A中的元件老化将产生技术性能指标的偏移，和温度系数的影响一样，将使零点误差、线性误差、满量程误差等发生变化。3) 电源干扰（Supply Rejection）：当电源电压发生变动时，也会影响转换器的技术性能指标。同时模数转换器需要几组电源电压，一般来说+5V是供数字部分使用的，+15V是供模拟部分使用的。这两组电源的地应分别接数字地和模拟地，并要注意这两组电源的变压器绕组之间应具有良好的绝缘和良好的静电隔离。3. 使用转换器时，还要注意和外部线路的合理配接，不然也会影响转换器的技术性能

24、指标。例如：1) 外部时钟的时钟频率（Clock Rate）：每种A/D转换器都要求一定范围的时钟频率。要按其规定配接外部时钟电路，保证合适的时钟频率，不然将影响A/D的转换时间甚至精确度。2) A/D的输入阻抗 （Input Impedance）。3) D/A 及A/D 的输出带负载能力（Output Drive Capability）。4. 另外DAC0832数模转换器设计时应考虑的因素还有：1) 内部无参考电压,需外部参考电源电路。2) 该芯片为电流输出型D/A转换器件，要获得模拟电压输出时，需外加转换电路。3) 当该芯片与单片机连接时，为保证正常工作，有两个重要的时钟关系必须考虑：第一

25、，最小的WR存储脉冲宽度.对于全部有效工作的电源电压和温度，它都被定义为500ns，但若Vcc=15V，典型的脉冲宽度只有100ns；第二，要保证90ns的最小数据保持时间或误差数据被锁存的时间。3.3 可靠性设计任何产品的开发最终都应用于现场，现场的环境不如实验室稳定可靠，因此设计时应注意现场环境，如温度，噪音，振动，灰尘等因素，可靠性设计是提高产品可靠性的重要手段，而可靠性保障技术是长期总结的一套提高可靠性的具体方法。3.3.1 要注意简化电路结构必须使电路尽量简化，即“越简单越可靠”性工程的重要定理，“简单”在产品中表现为电路简单和元器件少，这就要求使用尽量功能多、性能好的元器件。 3.

26、3.2 采用成熟技术和通用器件成熟技术和通用技术器件意味着经过了长期的可靠性再增长过程，具有较完整的可靠性有关数据，使研制产品的可靠性有了基本保证。3.4 成本设计功能不是越多越好，只要能达到控制目的即可，否则只追求功能的多样化将导致软件和硬件成本的大大提高，考虑可靠性及抑制干扰方面去选择性价比高的器件，同时也要注意工艺上的要求，设计要符合现行的工艺生产能力，对工艺生产过高，将导致成本升高。 第四章 系统硬件设计不同系统中的智能仪表的硬件结构有所不同。设计智能仪表硬件结构时要注意以下几点：1. 在满足仪表功能要求、工作可靠的前提下，尽量简化智能仪表的硬件结构，以便仪表体积小、成本低。2. 硬件

27、结构设计要便于仪表的调试、维修以及用户的操作使用。3. 要考虑和检测部件、控制部件等外部部件的连接方便、工作可靠。4. 元件的布置和走线要合理，以便抑制噪声干扰。5. 考虑硬件结构有一定的灵活性和可扩充性。6. 硬件结构的设计要考虑机壳造型的美观和加工方便。4.1 硬件原理框图本设计主要包括：数据采集、数据输出、工作状态切换和串口通信，它们之间的关系如图：图4.1 硬件结构图4.2 器件选择4.2.1 单片机AT89C51AT89C51是美国ATMEL公司生产的具有MCS51内核的8位单片机产品。该单片机具有时钟频率高( 最高24MHz)、运行速度快、内含4KB EEPROM、P0 口驱动能力

28、强（最大20mA) 等特点，在智能化仪器仪表中得到了广泛的应用。AT89C51有40条引脚，其引脚图如下图：图4.2 AT89C51引脚图1. 主要性能参数：l 与MCS-51系列的单片机在指令系统和引脚上完全兼容l 片内有4k字节在线可复编程快擦写程序存储器l 全静态工作，工作范围：0Hz24MHzl 三级程序存储器加密l 1288位内部RAMl 32位双向输入输出线l 两个十六位定时器/计数器l 五个中断源，两级中断优先级l 一个全双工的异步串行口l 间歇和掉电工作方式2. 功能特性概述：AT89C51是一种低损耗、高性能、CMOS八位微处理器，片内有4k字节的在线可重复编程快擦快写程度存

29、储器，能重复写入/擦除解1000次，数据保存时间为十年。它与MCA-51系列单片机在指令系统和引脚上完全兼容，不仅可完全代替MCS-51系列单片机，而且能使系统具有许多MCS-51系列产品没有的功能。AT89C51可构成真正的单片机最小应用系统，缩小系统体积，增加系统的可靠性，降低了系统成本。只要程序长度小于4k，四个I/O口全部提供给用户。可用5V电压编程，而且擦写时间仅需10毫秒，仅为8751/87C51的擦除时间的百分之一，与8751/87C51的12V电压擦写相比，不易损坏器件，没有两种电源的要求，改写时不拔下芯片，适合许多嵌入式控制领域。工作电压范围宽2.7V6V，全静态工作，工作频

30、率宽在0Hz24MHz内，比8751/87C51等51系列的6MHz12MHz更具有灵活性，系统能快能慢。AT89C51芯片提供三级程序存储器加密，提供了方便灵活而可靠的硬加密手段，能完全保证程序或系统不被仿制。另外，AT89C51还具有MCS-51系列单片机的所有优点。1288位内部RAM，32位双向输入输出线，两个十六位定时/计时器，5个中断源，两级中断优先级，一个全双工异步串行口及时钟发生器等。3管脚功能： GND：接地 P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。当P0口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据

31、/地址的第八位。在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4个TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。 P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于

32、内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口。如表4.1所示，P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信

33、号。表4.1 AT89C51的特殊功能接口端口管脚备选功能P3.0RXD串行输入口P3.1TXD串行输出口P3.2INT0外部中断0P3.3INT1外部中断1P3.4T0定时器0外部输入P3.5T1定时器1外部输入P3.6WR外部数据存储器写选通P3.7RD外部数据存储器读选通 控制口线： PSEN（片外取控制）、ALE（地址锁存控制）、EA （片外储器选择）、RE-SET （复位控制）。电源及时钟：VCC、VSS；XTAL1、XTAL2。4.2.2 A/D转换装置本设计选用的8位A/D转换器是TLC0832八位逐次逼近模数转换器。TLC0832具有通道或多路器选用的双通道，并可选单端或差分输

34、入，其输入电压为标准电压信号。分辨率为19.53mV（5V/256=19.53mV）。TLC0832的管脚图如图4.3所示：图4.3 TLC0832的管脚图1. 芯片引脚分配和特点TLC0832引脚分配如上图所示：其特点如下：l 逐次逼近型，8位分辨率，基准电压5伏l 单5V供电，信号输入范围为05Vl 输入和输出电平与TTL和CMOS兼容l 在输入频率为250KHz，转换时间为32sl 有两个可多路选择的模拟输入通道2. TLC0832的的工作原理：TLC0832处于工作状态时，置CS端方便可启动转换，并使所有的逻辑电路使能。CS在整个转换过程中必须置为低电平，接着从处理器接受一个时钟。当一

35、个时钟的时间间隔被自动插入后，可以使多种转换器选定的通道稳定。而当DO脱离高阻状态时，可提供一个时钟的时间间隔的前导低电平，以使多路器稳定。SAR比较器用于对电阻梯形网络输出的逐次信号和输入模拟信号进行比较，比较器输出则用于表示大于还是小于电阻梯形网络的输出。在转换过程中，转换的数据同时从DO端输出，并以最高位(MSB)开头。在经过8个时钟后，转换完成，CS变高，内部所有寄存器清零，此时，输出电路变为高阻状态。如果希望开始另一个转换，CS必须有一个从高到低的跳变，且后面应紧跟着输入地址数据。 TLC0832的输入配置可在多路器寻址时序中进行，多路器地址通过DI端移入寄存器。用多路器地址选择模拟

36、输入通道的方法如表4.2所示：表4.2选择模拟输入通道信号通道号CH0CH1输入数据流（bit）1101114.2.3 D/A转换装置本设计选用的是DAC0832，它基本组成包括基准电压源，电阻解码网络，电子开关阵列和相加运算放大器四部分。为了降低成本，某些D/A转换器只包含解码网络和开关阵列。基准电压源通常是具有温度补偿的稳压二极管。电子开关阵列与D/A转换器的二进制位相对应，每闭合一个电子开关，就增加一个二进制权电流（或电压）增量，并加到输出求和总线上。电阻解码网络是D/A转换器的核心，常用的电阻网络有二进制加权电阻网络和R-2R梯形电阻网络。它所输出的电流信号放大后，输送到V/I转换电路

37、中。DAC0832管脚分布如图4.4所示：图4.4 DAC0832管脚分布图1. DAC0832的引脚及功能：DI0DI7：数据输入线，TLL电平； ILE：数据锁存允许控制信号输入线，高电平有效；CS：片选信号输入线，低电平有效；WR1：为输入寄存器的写选通信号； XFER：数据传送控制信号输入线，低电平有效； WR2：为DAC寄存器写选通输入线； Iout1：电流输出线，当输入全为1时Iout1最大；Iout2：电流输出线，其值与Iout1之和为一常数； Rfb：反馈信号输入线, 芯片内部有反馈电阻； Vcc：电源输入线（+5v+15v）；Vref：基准电压输入线 (-10v+10v)；

38、AGND：模拟地，模拟信号和基准电源的参考地； DGND：数字地，两种地线在基准电源处共地比较好。2. DACO832工作方式简介：(1) 双缓冲方式DAC0832包含输入寄存器和DAC寄存器两个数字寄存器，因此称为双缓冲。即数据在进入倒T型电阻网络之前，必须经过两个独立控制的寄存器。这对使用者是非常有利的：首先，在一个系统中，任何一个DAC都可以同时保留两组数据；其次，双缓冲允许在系统中使用任何数字的DAC。(2) 单缓冲与直通方式在不需要双缓冲的场合，为了提高数据通过率，可采用这两种方式。例如，当CS=WR2=XRER=0，ILE=1，寄存器就处于“透明”状态，即直通工作方式。当WRI=1

39、时，数据锁存，模拟输出不变；当WR1=0时，模拟输出更新。这被称为单缓冲工作方式。4.2.4 RS-485总线接口在单片机端应增加一片RS-485接口芯片，如MAX485(它是适用于RS-485通信的低功率收发器，每片包括一个驱动器和一个接收器)。MAX-485芯片主要有以下特点：l 单+5V电源供电l 低功耗，工作电流：120500Al 驱动过载保护l 通信传输线上可挂32个收发器方便组成半双工通信电路l 共模输入电压范围：-7V+12V MAX485为8脚封装，引脚配置如图4.5所示: 图4.5 MAX-485引脚各引脚功能说明如表4.3所示:表4.3 MAX-485引脚功能表 引脚 名称

40、 功能 1 RO 接收器输出 2 RE 接收器输出使能，为“0”时允许接收器输出 3 DE 驱动器输出使能，为“1”是允许驱动器工作 4 DI 驱动器输入 5 GND 地 6 A 接收器非反相输入和驱动器非反相输出端 7 B 接收器反相输入和驱动器反相输出端 8 Vcc 电源MAX-485最大的优点在于它的多点总线互连功能，它可以连接一台主机和多台终端同时通信，由于它是半双工方式，只能有一方发送，一方接受，而且它采用差动电平接收的方法提高抗干扰能力，适合在比较恶劣的环境下工作。4.2.5 锁存器74LS37374LS373是透明的带有三态门的锁存器，其原理结构图如图所示，当三态门的使能信号线C

41、E为低电平时，三态门处于导通状态，允许Q端输出；CE为高电平时，输出三态门断开，输出对外电路呈高阻状态。G端控制锁存器的状态，当G为高电平时，锁存器输出（1Q8Q）状态和输入端（1D8D）状态相同；G端从高电平返回低电平（下降沿）时，输入端（1D8D）的数据锁入1Q8Q中。74LS373作为三态8D锁存器，结构和引脚分别如图所示。 图4.6 74LS373引脚其中：l 1D8D为数据输入端l 1Q8Q为数据输出端l E为输出控制端，当E为低电平，允许1Q8Q输出到OUT18上，当E为高电平时，输出线OUT18为浮空状态l G为数据输入控制线，当G为高电平时，输出端1Q8Q的状态和输入端1D8D

42、的状态相同，当G为低电平时（下降沿），输入端1D8D的数据锁存到1Q8Q的8位锁存器中。从以上的结构分析我们可以看出，74LS373最基本的功能时锁存数据，但在不同的接口电路中，不同的接线方式，使它有其他一些不同的功能。在本设计中，74LS373的应用分为两类。分离P0口的低8位地址和数据总线：由于MCS-51单片机的P0口是分时复用的地址/数据总线。因此在进行I/O接口扩展和存储器扩展时，可以利用地址锁存器将地址信号从地址/数据总线分离出来，以实现总线的分时复用。74LS373作为扩展I/O使用：74LS373作为扩展I/O使用时，把它看作外部数据存储器的一个单元，和外部数据存储器统一编址，

43、可以对其进行读写操作。它的主要作用时利用其锁存的功能，解决高速CPU和低速外设的速度匹配问题。74LS373作为扩展I/O使用，既可以作为输入口，也可以作为输出口。第一，作为输入口时，当报警后，单片机开始读取开关量信息，此时发出以控制信号加到74LS373的G端，使输入信号再74LS373中锁存，同时把该信号经反相加到C51的INT1端上，使单片机响应中断后在中断服务程序中将锁存的数据输入到在累加器A中；第二，74LS373作为输出口时，其通过74LS373的接线方式有两种，一种是中断方式，一中是查询方式。在本设计中我选用了中断方式。在这种接线方式中，74LS373的口地址可以是00007FF

44、FH中的任何一个，习惯上我们一般用7FFFH。4.3 硬件电路4.3.1 电流电压变换电路I/V变换器的作用是将输入电流信号转换成与之成线性关系的输出电压信号。把从热工仪表输出的420mA电流信号转换成05V的电压信号输出。本设计选用的I/V变换电路是由运放、稳压二极管和电阻等组成。原理图如图4.7所示：图4.7 由运放和电阻等组成的I/V转换电路转换原理：由热工仪表送来的010mA或420mA的电流信号经R1电阻将其转换为05V或15V，为了使Vout能输出正向信号，前边加了一级反向比例放大电路(即IC1部分)，同时也具有阻抗变换等作用，第二级是一个加法器，它的作用是当变送器送来的是420m

45、A电流信号时，第一级放大电路输出为-1-5V，而不是0-5V，为了使-1-5V变成05V，而加了第二级的加法器调解WR2电位器使V2端电压为1V，经过调解加法器的WR3电位器(即放大倍数)即可使输出为05V。其计算公式为: （4-1）其中。因为总为负值(即-1-5V)，总为正值(即+1V)，适当调解，可使IC2的输出为05V，即将0到-1V去掉。该电路的优点：当变送器送来的信号为010mA时，使V2为0V，即可使输出为05V；当变送器送来的信号为420mA时，使V2端为+1V，调解WR3即可使输出为05V。该电路所带来的最大好处是提高了420mA信号的检测精度。 该电路的缺点：需要一个高精度、

46、较大功率的R1电阻，当变送器送来的信号为20mA时，R1为250时，R1上消耗的功率为0.4W。由于使用环境温度不同最少得1W以上。如果这里的精度不够，那么后面的转换精度也无从说起。稳压二极管WY， 刚加电时， 随着时间的变化，它的稳压值也随着变化，开始变化比较大，随时间的增加，变化逐渐减少，大约需要二个月左右才能稳定下来。它带来的最大坏处是V2端的值不是稳定的+1V，为了使系统检测值比较精确，总得调整WR2。如果该系统用于“热力系统”，则每年都需要二个月左右的调整才能稳定。带来了很大的麻烦。由于WR2等经常需要调整，因此会常常产生接触不良的现象，带来了系统的不可靠。由于该转换电路元器件太多，焊点过多也会造成系统不可靠。4.3.2 单片机的复位电路以及看门狗电路 看门狗电路（Watchdog），简称WD。其作用是检测单片机的运行，一旦发现死机或程序跑飞现象，将发出复位信号恢复程序的正常运行。由硬件连接图所示，X25045芯片内包含有一个看门狗定时器，可通过软件预置系统的监控时间。在看门狗定时器预置的时间内若没有总线活动，则X