1、常州工学院毕业设计论文1摘 要随着单片机技术的快速发展，在其推动下，现代的电子产品几乎渗透到了世界的各个领域，有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高，同时也使现代电子产品性能进一步提高。本课题提出了一种在分布式单片机控制系统中,多个单片机间进行高性能串行通信的方案。采用 RS485 串行接口标准及两级单片机主从式结构 ,实现了成本低、传输距离远、抗干扰能力强的通信。此设计方案在远程分布式安全防卫系统中得到很好的应用。关键词:分布控制系统; RS485 网络;多机通信;单片机KC021-1常州工学院毕业设计论文IIAbstractWith the rapid development
2、of microcomputer technology in its promotion, modern electronics into almost all areas of society, a strong impetus to the development of social productive forces and social improvement in the level of information, but also to further improve the performance of modern electronic products.The scheme
3、of the serial communication of high performance among multi processor is provided in the control systemof the single chip processor of distributing type. Based on RS485 serial interface standard and two grades of structure of principle andsubordinate type of single processor computer, communication
4、is realized with low costs, long distance transmission, anti interfer-ence with strong ability. Experiment result that the design is well used in the long distance security system.Keywords: DCS; RS485 networks; multi processor communication; singlechip常州工学院毕业设计论文- 2 -目 录摘 要 IAbstract .II目 录 .- 2 -第一
5、章 绪论 .- 4 -1.1 概论 .- 4 -1.2 选题背景 .- 4 -1.3 论文主要研究的内容 .- 4 -1.4 论文的结构安排 .- 5 -第二章 系统的总体方案设计 .- 6 -2.1 系统的总体构成 .- 6 -2.1.1 系统总体结构示意图 .- 6 -2.1.2 系统结构： .- 6 -2.1.3 主站通讯接口示意图。 .- 7 -第三章 开发软件的选用 .- 8 -3.1 Protues 仿真软件 - 8 -3.2 Visual Basic6.0.- 10 -第四章 系统硬件电路的设计 .- 12 -4.1 主要芯片的选择 .- 12 -4.2 单片机最小系统设计 .-
6、 13 -4.2.1 单片机的振荡电路 .- 13 -4.2.2 电源电路 .- 13 -4.2.3 单片机晶振电路 .- 14 -4.2.4 复位电路 .- 15 -4.3 串行通信的设计 .- 16 -4.3.1 串行通讯的概述 .- 16 -4.3.2 串行口的扩展 .- 17 -4.3.3 RS-232 硬件电路设计 - 18 -4.3.4 RS-485 硬件电路设计 - 19 -4.4 中继器的设计 .- 20 -第五章 系统软件设计与仿真 .- 24 -5.1 通讯协议软件设计 .- 24 -5.2 上位机程序设计 .- 26 -5.3 从机程序设计 .- 28 -5.4 中继器程
7、序设计 .- 30 -5.5 系统上位机程序设计 .- 32 -5.6 仿真 .- 33 -第六章 管理机界面设计 .- 36 -总结 .- 39 -致谢 .- 40 -参考文献 .- 41 -附录 A .- 43 -常州工学院毕业设计论文- 3 -附录 B .- 44 -常州工学院毕业设计论文- 4 -第一章 绪论1.1 概论安防系统应用在多种场合,他的可靠性直接影响人民的生命财产安全。安全防范技术涉及到我们周围的各个方面，它能够保护金融系统、广播电视、军事部门、军工产品储存设施、文物保存、空港(车站、码头)、居民住宅、公用建筑(商场、宾馆、医院、写字楼、厂房、智能大厦等)利益与安全的重要手
8、段。而不同的场合提出的安全防卫要求又各不相同,故安防系统的组成形式表现出多样化的趋势。1.2 选题背景防潮、防霉、防腐是仓库日常工作的重要内容，也是衡量仓库管理质量的重要指标。对仓库的管理直接影响到储备物资的使用寿命和可靠性。为保证日常工作的顺利进行，首要问题是加强仓库内温度与湿度的监测工作。但传统的方法是用与湿度表、毛发湿度表、双金属式测量计和湿度试纸等测试器材，通过人工进行检测，对不符合温度和湿度要求的库房进行通风、去湿和降温等工作。这种人工测试方法费时费力、效率低，且测试的温度及湿度误差大，随机性大。因此我们需要一种造价低廉、使用方便且测量准确的温湿度测量仪。1.3 论文主要研究的内容本
9、课题就是从安防系统的可靠性和实用性出发，选用计算机单片机的主从工作方式，再利用 RS485、RS232 标准串口协议进行通信，构成了一种分布式安防系统。随着单片机和微型计算机技术的不断发展，尤其是网络技术已经在测控领域得到了广泛应用，现代由 PC 机及多台单片机组成的多机网络检测控装系统已成为单片机技术发展的一个趋势。该系统有如下特点：（1）操作简单，PC 机分析处理数据能力强，操作方便，有友好的人机界面。常州工学院毕业设计论文- 5 -（2）实时性强，由于从站无人看守，主站必须每个时刻都知道从机是否在线，一旦发现异常情况，主站立刻做出相应的反应。（3）系统采用单片机系统作为控制系统，成本低，
10、性能可靠。（4）通讯接口协议实现起来简单、成本低，通信距离远，且抗干扰能力强，能够在恶劣环境下工作。（5）本系统充分采用分布式系统的特点，可对监控单位进行多点监控，全方位、实时实施监控。并且可根据监控单位需要，在已实施的安防系统上添加若干监控点，扩充能力强。总之结合了单片机在实时数据的采集和 Pc 机对图形处理、显示的优点。同时，windows 环境下后台微机在数据库整理上处于明显的上风。二者结合，使得单片机的应用不仅仅局限在传统意义上的自动监测和控制，而是使本系统形成了以网络为核心的分布式多机系统发展的趋势。1.4 论文的结构安排论 文 主 体 分 为 六 部 分 ， 结 构 具 体 安 排
11、 为 ：第 一 章 绪 论 ， 指 出 本 课 题 的 来 源 、 发 展 现 状 ， 说 明 了 课 题 的 主 要 工 作 内 容和 论 文 安 排 。第 二 章 系 统 总 体 方 案 设 计 ， 从 整 体 上 阐 述 了 本 课 题 的 基 本 构 架 。第 三 章 系 统 硬 件 电 路 的 设 计 ， 详 细 说 明 了 分 布 式 安 防 系 统 各 硬 件 模 块 的 作用 、 工 作 原 理 及 功 能 。第 四 章 系 统 的 软 件 设 计 及 仿 真 ， 在 硬 件 电 路 设 计 的 基 础 上 ， 介 绍 了 软 件 设计 的 思 路 、 程 序 流 程 ， 和
12、部 分 程 序 源 码 ， 对 部 分 电 路 进 行 了 Proteus 仿 真 。第 五 章 安 防 系 统 管 理 机 界 面 设 计 ， 介 绍 了 安 防 系 统 的 监 控 功 能 。第六章总结，对本人在该课题中所做工作的不足之处进行了总结。常州工学院毕业设计论文- 6 -第二章 系统的总体方案设计2.1 系统的总体构成2.1.1 系统总体结构示意图由 于 系 统 要 对 厂 房 、 仓 库 等 大 型 建 筑 物 的 内 部 多 个 地 点 的 温 度 、 湿 度 等 参数 进 行 监 测 ， 因 此 采 用 主 从 机 多 点 、 长 期 监 控 是 非 常 经 济 实 惠 的
13、 方 案 。 其 硬 件连 接 非 常 简 单 ， 可 用 多 个 单 片 机 组 成 单 个 的 从 机 外 接 测 量 单 元 ， 通 过RS485、 RS232转 换 器 串 行 口 与 主 机 、 PC机 实 现 双 向 数 据 传 输 ， 以 便 在 Winsows平 台 上 进 行 高 级 的 软 件 管 理 。 如图2.1.1主机上位机R S 2 3 2R S 4 8 5从机从机从机从机图 2.1.1 安防系统结构总 框 图2.1.2 系统结构：分布式集中控制系统的网络拓扑采用总线方式,传送数据采用主从站的方法,中间增加若干个中继器。各单元通讯接口均采用 RS485 串口标准。由
14、于采用了单片机多机通信及总线方式,该系统有较高的可靠性,即使某个从站出现故障也不会影响其他站,其中继器扩展框图如图 2.1.2常州工学院毕业设计论文- 7 -图 2.1.2 中继器扩展框图整个系统中,各单片机选用 MCS 51 系列, 12 MHz 晶振。利用单片机自身的半双工异步串行接口,并外配合适的通讯接口芯片及采用通信总线形式,构成半双工异步串行通信网络。2.1.3 主站通讯接口示意图。主站是系统的中心,其功能是不停地按顺序查询每个从站的状态并显示,当从站有人请求进入时,给予响应;当有人非正常进入或者从站线路出现故障时,提示报警。如图 2.1.3P 05P 1 . 11R X DT X
15、DP 3 . 3567R1D23D E4R Eb 1b 256键盘 、 显示及驱动报警电路图 2.1.3 主站通讯接口示意图常州工学院毕业设计论文- 8 -第三章 开发软件的选用3.1 Protues 仿真软件Proteus 软件是英国 Labcenter electronics 公司出版的 EDA 工具软件。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。其功能特点如下: Proteus 软件具有其它 EDA 工具软件（例
16、：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB 自动或人工布线（3）SPICE 电路仿真具有3大功能模块:（1）个易用而又功能强大的 ISIS 原理布图工具；（2）PROSPICE 混合模型 SPICE 仿真;（3） ARES PCB 设计.Protues 提供了丰富的资源:（1）Proteus 可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。（2）Proteus 可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C 调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调
17、用。（3）除了现实存在的仪器外，Proteus 还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。（4）Proteus 可提供的调试手段 Proteus 提供了比较丰富的测试信号用于电路常州工学院毕业设计论文- 9 -的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。软件仿真:支持当前的主流单片机，如51系列、AVR 系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、68000系列等。1）提供软件调试
18、功能2）提供丰富的外围接口器件及其仿真RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分 SPI 器件，部分 IIC 器件。这样很接近实际。在训练学生时，可以选择不同的方案，这样更利于培养学生。3） 提供丰富的虚拟仪器利用虚拟仪器在仿真过程中可以测量外围电路的特性，培养学生实际硬件的调试能力。4） 具有强大的原理图绘制功能电路功能仿真:在 PROTUES 绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS 的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。PROTEUS 是单片机课堂教学的先进助手。PROTEUS 不仅可将许多单片机实例功能形象化，也可将许多单片机实例
19、运行过程形象化。前者可在相当程度上得到实物演示实验的效果，后者则是实物演示实验难以达到的效果。 它的元器件、连接线路等却和传统的单片机实验硬件高度对应。这在相当程度上替代了传统的单片机实验教学的功能，例：元器件选择、电路连接、电路检测、电路修改、软件调试、运行结果等。课程设计、毕业设计是学生走向就业的重要实践环节。由于 PROTEUS 提供了实验室无法相比的大量的元器件库，提供了修改电路设计的灵活性、提供了实验室在数量、质量上难以相比的虚拟仪器、仪表，因而也提供了培养学生实践精神、创造精神的平台常州工学院毕业设计论文- 10 -随着科技的发展， “计算机仿真技术”已成为许多设计部门重要的前期设
20、计手段。它具有设计灵活，结果、过程的统一的特点。可使设计时间大为缩短、耗资大为减少，也可降低工程制造的风险。相信在单片机开发应用中 PROTEUS 也能茯得愈来愈广泛的应用。3.2 Visual Basic6.0什么是 Visual Basic “Visual”的英文意思是“可视的” ，在这里是指开发图形用户界面（GUI）的方法，即“可视化程序设计” 。在图形用户界面下，不需要编写大量代码去描述界面元素的外观和位置，而只要把预先建立的对象加到屏幕上的适当位置，再进行简单的设置即可。 “Basic”指的是BASIC（Beginners All-Purpose Symbol Instruction
21、 Code）语言，是一种应用十分广泛的计算机语言。Visual Basic 在原有 BASIC 语言的基础上进一步发展，至今包含了数百条语句、函数及关键词，其中很多和 Windows GUI 有直接关系。专业人员可以用 Visual Basic 实现其他任何 Windows 编程语言的功能，而初学真只要掌握几个关键词就可以建立简单的应用程序。Visual Basic6.0 良好的界面和强大的控件功能使数据库编程变得简单多了。但即便如此，数据库应用程序的开发仍然算得上时 VB 编程中的难点。Visual Basic6.0 提供了强有力的数据库存储能力，它将 Windows 的各种先进特性与强大的
22、数据库管理功能有机地结合在一起，使得在数据库管理方面拥有以下多方面的基本特征：1、Visual Basic6.0 处理的数据库大多为关系型数据库。2、支持 ADO 存取模式，即 ActiveX Data Object 数据对象存储模式。3、支持对象连接与嵌入数据库和组件对象模型。4、针对不同的数据库（如 SQL Server、Oracle 等）可以开发完善的客户机-服务器应用程序，管理数据源和创建服务器端控件。5、具有不需要经过复杂编程就可以管理和显示数据库数据的数据控件和数据绑定控件。数据控件用来与具体的数据库相连接，数据绑定控件用来显示和修改数据空中的数据。6、提供了能够快速生成报表的 D
23、ata Report Designer 报表设计工具。常州工学院毕业设计论文- 11 -7、提供了使用和配置连接的工具与命令及进行 ODBC 开发的 API 函数。8、支持多层的数据库应用程序开发。Visual Basic6.0 作为数据库应用程序开发平台既简单、灵活，而且还具有可扩充性。常州工学院毕业设计论文- 12 -第四章 系统硬件电路的设计4.1 主要芯片的选择本设计我们选择常见的 MCS-51 单片机。MCS-51 单片机内部主要包括以下几部分。(1) 一个 8 位 CPUMCS-51 单片机有一个 8 位 CPU，包括运算器和控制器，并且具有面向控制的处理功能，不仅可以处理字节数据
24、还可以进行位变量的处理，如位处理、查表、状态检测、中断处理等。(2) 数据 RAM 和特殊功能寄存器 SFRMCS-51 单片机片内具有 128B 的数据 RAM，片外最多可以扩展到 64KB。数据 RAM 用来存储单片机运行期间的工作变量、运算的中间结果、数据暂存和缓冲、标志位等。(3) 内部程序 ROMMCS-51 单片机内部具有 4KB 的程序 ROM，片外最多可以扩展到 64KB。可以用来存储用户程序。(4) 两个定时器 /计数器MCS-51 单片机内部具有两个 16 位的定时器/计数器，具有四种工作方式。可以进行精确地计时，又可以对外部事件进行计数。(5) 四个 8 位可编程的 I/
25、O 并行端口四个 8 位的 I/O 并行端口，其中 P0 口为双向口， P1P3 口为准双向口。(6) 一个串行通信端口串行口用来进行串行异步通信，与 PC 机或者多个单片机实现主从通信或者构成多机系统以实现更强的的功能。(7) 中断控制系统MCS-51 单片机具有五个固定的可屏蔽中断源，三个在片内，两个在片外，它们在程序存储器中有各自的固定中断入口地址，由此可以进入中断服务程序。常州工学院毕业设计论文- 13 -(8) 内部时钟电路单片机的时钟信号用来提供单片机内各种微操作的时间基准，有两种方法可以得到时钟信号：一种是内部振荡方式；另一种是外部振荡方式。4.2 单片机最小系统设计4.2.1
26、单片机的振荡电路空闲工作模式状态，CPU 保持睡眠状态而所有片内的外设仍保持激活状态，只种方式由软件产生。此时，片内 RAM 和所有特殊功能寄存器的内容保持不变。空闲模式可由任何允许的中断请求或硬件复位终止。在掉电模式下，振荡器停止工作，进入掉电模式的指令是最后一条被执行的指令，片内 RAM 特殊功能寄存器的内容在终止掉电模式前被冻结。退出掉电模式的唯一方法是硬件复位。复位后将重新定义全部特殊功能寄存器，但不改变 RAM 中的内容。在 VCC 恢复到正常工作电平前，复位应无效，且必须保持一定时间以使振荡器重启并稳定工作。如图 4.2.1图 4.2.1 单片机的振荡电路4.2.2 电源电路系统在
27、正常运行时采用单相外部工业电源供电方式，单片机电源电路设计如下图 4.2.2 所示：常州工学院毕业设计论文- 14 -图 4.2.2 电源电路电源电路如图 4.2.2 所示，由输入 6V 交流电源，通过一个桥式整流电路将电源转化为直流，并用限制电源的导通方向，经过 L1 限制瞬间电流，C1 、C2滤波，然后通过 SPXl117M3-3.3 将电源稳压至 3.3V。为便于查看检查系统状态，电路设置了电源指示灯。LPC2138 具有独立的模拟电源引脚 V3A、VSSA，为了降低噪声，系统模拟电源与数电源实施了隔离，图的 L2 和 L3 就是用于电源隔离的元件(将数字电源的高频噪声隔离)。输出分为
28、VDD33(数字电源)和V33A( 模拟电源) 。4.2.3 单片机晶振电路本次设计采用的是 12M 的晶振，电路图如图 4.2.3 所示。两只电容在 20pF100pF 之间取值，其取值在 60pF70pF 时振荡器频率稳定性较高，按照一般经验，外接晶体振荡器时两个电容的取值为 33pF；外接陶瓷振荡器是两电容的典型值是 47pF。常州工学院毕业设计论文- 15 -图 4.2.3 单片机晶振电路4.2.4 复位电路在时钟电路工作后，只要在单片机的 RST 引脚上出现 24 个时钟振荡脉冲（2 个机器周期）以上的高电平，单片机便可实现初始化状态服务。为保证应用系统可靠的复位在设计复位电路时，通
29、常使 RST 引脚保持 4ms 以上的高电平，只要 RST 保持高电平，MCS-51 单片机就会循环复位；当 RST 从高电平变为低电平时，MCS-51 单片机就从 0000H 地址开始执行程序，在单片机复位的有效期间，ALE、PSEN 引脚输出高电平。本次设计包含上电复位和手动复位，其电路图如图 4.2.4 所示。图 4.2.4 复位电路常州工学院毕业设计论文- 16 -4.3 串行通信的设计4.3.1 串行通讯的概述所谓“串行通信”是指外设和计算机间使用一根数据信号线(另外需要地线,可能还需要控制线),数据在一根数据信号线上一位一位地进行传输，每一位数据都占据一个固定的时间长度。如图1-1
30、所示。这种通信方式使用的数据线少，在远距离通信中可以节约通信成本，当然，其传输速度比并行传输慢。a.串行通讯的分类从通信双方信息的交互方式看，串行通信方式可以有以下 3 种：（1）单工通信。只有一个方向的通信而没有反方向的交互。（2）半双工通信。通信双方都可以发送（接收）信息，但不能同时双向发送。半双工通信线路简单，有两条通信线就行了，这种方式得到了广泛应用。（3）全双工通信。通信双方可以同时发送和接收信息，双方的发送与接收装置同时工作。全双工通信的效率最高，但控制相对复杂一些，系统造价也较高。通信线至少 3 条（其中一条为信号地线） ，或 4 条（无信号地线） 。b.串行通讯的总线标准本设计
31、选择了 RS-232 和 RS-485 两个通讯标准c. RS-232 通讯标准目前 RS-232 是 PC 机与通信工业中应用最广泛的一种串行接口。RS-232 被定义为一种在低速率串行通讯中增加通讯距离的单端标准。RS-232 采取不平衡传输方式，即所谓单端通讯。 d. RS-485 通讯标准RS-485 是从 RS-422 基础上发展而来的，所以 RS-485 许多电气规定与 RS-422 相仿。如都采用平衡传输方式、都需要在传输线上接终接电阻等。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。常州工学院毕业设计论文- 17 -4.3.2 串行口的扩展主 从 式 多
32、机 通 信 控 制 系 统 是 实 时 控 制 系 统 中 较 为 普 遍 的 结 构 形 式 ， 它 具 有可 靠 性 高 ， 结 构 灵 活 等 优 点 。 常 用 的 51 单 片 机 内 部 仅 含 有 一 个 可 编 程 的 全 双工 串 行 通 信 接 口 ， 具 有 UART 的 全 部 功 能 ， 其 不 仅 能 同 时 进 行 数 据 的 发 送 和接 收 ， 也 可 作 为 一 个 同 步 移 位 寄 存 器 使 用 ， 本 设 计 中 选 用 的 AT89C51 单 片 机亦 只 有 一 个 串 行 通 信 接 口 ， 当 选 用 该 类 型 的 51 单 片 机 构 成
33、 这 种 主 从 式 多 机 通信 系 统 时 ， 单 片 机 一 方 面 要 和 上 位 机 即 PC 机 通 信 ， 一 方 面 又 要 和 从 机 单 片 机通 信 ， 这 时 单 个 串 口 就 不 能 满 足 设 计 要 求 ， 需 要 扩 展 串 行 通 道 。 本 设 计 中 选 用8251 来 扩 展 串 行 口 ， 具 体 串 口 扩 展 电 路 原 理 图 如 图 4.3.2 所 示 。8251 的指令/数据选择引脚接到了单片机的地址线 A0，这样可以通过 2 个不同的地址来区分对 8251 的命令写、数据写或状态读、数据读。8251 的片选引脚 与经反相器后与单片机地址线
34、 A15 相连，使得 8251 在外部数据空间CS8000HFFFFH 之间 32KB 的范围内可以随意选择地址，这里选择 8000H(访问数据)和 8001H(访问指令/状态)两个地址。8251 的 RXRDY 引脚通过一个非门后连接至单片机的 引脚，当 8251 从主机接收到数据时就会引起单片机中断。INTO8251 的 TxD 和 RxD 引脚分别接 MAX232 的 T1IN 和 R1OUT 引脚， 、 分别接WRD主机单片机 AT89C51 的 、 引脚。WRDMC14060 的作用是为 8251 提供时钟信号，其中包括用于产生 8251 内部的时钟 CLK、用于决定发送数据传输速率
35、的时钟 和用于决定接收数据传输速TXC率的时钟 。CLK 连接到 MC14060 的 OUT2 输出引脚， 和 同时连接RXC RXC到 MC14060 的 Q4 输出引脚。MC14060 的时钟输入频率为 2.4576MHz，则 OUT2 引脚输出的频率为 2.4576MHz，Q4 引脚输出的频率为 2.4576MHz/16=153.6kHz。那么 8251 发送数据的时钟 和接收数据的时钟 均为 153.6kHz，通过单TXC片机编程将 8251 的数据传输速率因子设置为 1/16，则 8251 的串口发送和接收数据的波特率为 153600/16=9600bit/s。常州工学院毕业设计论文
36、- 18 -O E1L E1 1D 03Q 02D 14Q 15D 27Q 26D 38Q 39D 41 3Q 41 2D 51 4Q 51 5D 61 7Q 61 6D 71 8Q 71 9U 37 4 L S 3 7 37 4 L S 0 4V s s8Q 47Q 55Q 31 4Q 1 01 5Q 1 32Q 1 43Q 91 3R E S E T1 2V d d1 6Q 69O U T 11 0C L O C K1 1Q 1 21O U T 24Q 76U 2M C 1 4 0 6 07 4 L S 0 4D 02 7D 67D 56D S R2 2R x C L K2 5C S1 1
37、R D1 3W R1 0C / D1 2S Y N D E T1 6D 43T x E M P T1 8D 21T x R D Y1 5D 32T x C L K9R x D3C L K2 0R E S E T2 1T x D1 9D 12 8R x R D Y1 4D T R2 4C T S1 7R T S2 3D 78U 18 2 5 11 KR 23 KR 33 KR 41 KR 1 Y 12 2 uC 1V C CV C C2 2 p FC 2A L EP 0 . 0P 0 . 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7P 0 . 0P 0
38、. 1P 0 . 2P 0 . 3P 0 . 4P 0 . 5P 0 . 6P 0 . 7R 1 O U TT 1 I NP 2 . 7I N T 0R DW R图 4.3.2 串口扩展原理图4.3.3 RS-232 硬件电路设计a.RS232 接线在最初的 RS-232C 版本中，一个完整的 RS-232 接口有 22 根线，采用标准的 25 芯插头座，一般接法如图 4.3.3.1图 4.3.3.1 RS232 接线图b.RS-232 接口芯片 MAX232常州工学院毕业设计论文- 19 -由于单片机采用的是 TTL 电平，而接 RS-232 通讯的典型工作电平为+3+12V 与-3-12V
39、，是不能够直接和单片机进行连接的，否则有可能损害单片机，因此，要实现单片机和计算机之间的 RS-232 通讯，就必须采用相应的接口芯片。MAX232 产品是由美国 Maxim 推出的一款兼容 RS232 标准的芯片，该器件包含 2 驱动器、2 接收器和一个电压发生器电路提供 TIA/EIA-232-F 电平，该器件符合 TIA/EIA-232-F 标准，每一个接收器将 TIA/EIA-232-F 电平转换成 5-V TTL/CMOS 电平，每一个发送器将 TTL/CMOS 电平转换成 TIA/EIA-232-F 电平，其芯片管脚如图，有从贴片到直插等不同类型的封装供选择。c.串行接口电路。串行
40、接口电路需要进行电平转换。我们采用了 MAX3232 芯片完成此工作。MAX3232 是 3V 工作电源的 RS232 转换芯片，带有两路输入输出，仅需外接几个电容即可完成从 TTL 电平到 RS-232 电平的转换，简单易用。具体的电路如图 4.3.3.2。2 4121 343E R R O RT X D3R X D2C T S8R T S7D S R6D T R4D C D1R I9P 1C O M P I MT 1 I N1 1R 1 O U T1 2T 2 I N1 0R 2 O U T9T 1 O U T1 4R 1 I N1 3T 2 O U T7R 2 I N8C 2 +4C 2
41、 -5C 1 +1C 1 -3V S +2V S -6U 2M A X 2 3 2X T A L 21 8X T A L 11 9A L E3 0E A3 1P S E N2 9R S T9P 0 . 0 / A D 03 9P 0 . 1 / A D 13 8P 0 . 2 / A D 23 7P 0 . 3 / A D 33 6P 0 . 4 / A D 43 5P 0 . 5 / A D 53 4P 0 . 6 / A D 63 3P 0 . 7 / A D 73 2P 1 . 01P 1 . 12P 1 . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 .
42、 78P 3 . 0 / R X D1 0P 3 . 1 / T X D1 1P 3 . 2 / I N T 01 2P 3 . 3 / I N T 11 3P 3 . 4 / T 01 4P 3 . 7 / R D1 7P 3 . 6 / W R1 6P 3 . 5 / T 11 5P 2 . 7 / A 1 52 8P 2 . 0 / A 82 1P 2 . 1 / A 92 2P 2 . 2 / A 1 02 3P 2 . 3 / A 1 12 4P 2 . 4 / A 1 22 5P 2 . 5 / A 1 32 6P 2 . 6 / A 1 42 7U 1A T 8 9 C 5 1C
43、 11 u FC 21 u FC 31 u FC 41 u F图 4.3.3.2 RS232 接口电路原理图4.3.4 RS-485 硬件电路设计RS-485 这种通信接口可以十分方便地将许多设备组成一个控制网络。从目前解决单片机之间中长距离通信的诸多方案分析来看，RS-485 总线通信模式由常州工学院毕业设计论文- 20 -于具有结构简单、价格低廉、通信距离和数据传输速率适当等特点而被广泛应用于仪器仪表、智能化传感器集散控制、楼宇控制、监控报警等领域。但RS485 总线存在自适应、自保护功能脆弱等缺点，如不注意一些细节的处理，常出现通信失败甚至系统瘫痪等故障，因此提高 RS-485 总线运行
44、可靠性至关重要。RS485 接 口 电 路 的 主 要 任 务 是 利 用 RS485 收 发 器 实 现 电 气 特 性 转 换 。 常 用的 RS485 收 发 器 有 DS96176、 MAX483 和 MAX485。本 设 计 采 用 MAX485 作 为 收 发 器 ， 接 口 电 路 如 图 3-9 所 示 。 MAX485 采 用单 5V 电 压 ， 电 源 电 流 为 120150 A。 最 高 数 据 传 输 速 率 250Kbit/s。MAX485 采 用 半 双 工 异 步 通 信 方 式 ， 用 接 收 器 使 能 信 号 和 发 送 器 使 能RE信 号 DE 来 控
45、 制 通 信 状 态 的 转 换 。 为 低 ， 接 收 器 工 作 ， 处 于 接 收 状 态 ；RE为 高 ， 发 送 器 工 作 ， 处 于 发 送 状 态 。 本 设 计 用 单 片 机 P1.0 引 脚 同 时 控 制R和 DE， 当 P1.0 置 高 ， 发 送 信 息 ， P1.0 置 低 ， 接 收 信 息 。4.4 中继器的设计中继器定义：中继器可以放大总线上的数据信号，互连总线段。4.4.1 中继器使用规则中继器可以应用以下场合：1 连接到总线上的节点数超过32 个2 总线段非接地运行在总线上3 总线段之间的连接电缆超过最大电缆长度如下波特率9.6至187.5kps时，总线
46、段的最大电缆长度1000米。波特率500kps时，总线段的最大电缆长度400米。波特率1.5Mkps时，总线段的最大电缆长度200米。波特率3至12Mps时，总线段的最大电缆长度100米。4 如果用RS 485 中继器配置总线：最多可串联9个RS485中继器波特率9.6至187.5kps时，两个RS485中继器间的最大电缆长度10000米。波特率500kps时，两个RS485中继器间的最大电缆长度4000米。常州工学院毕业设计论文- 21 -波特率1.5Mps时，两个RS485中继器间的最大电缆长度2000米。波特率3至12Mps时，两个RS485中继器间的最大电缆长度1000米。4.4.2
47、中继器结构如图 4.4.1图4.4.1 中继器的结构4.4.3 中继器的接地如果总线段上的所有其他节点也工作在接地方式下，则 RS 485 中继器接地。注意：如果将编程器连接到 RS 485 中继器的 PG/OP 插座上，则总线段 1 接地。由于编程器中的 MPI 口接地，并且 PG/OP 插座内部与 RS 485 中继器的总线段 1 连接，所以会影响接地连接。2 RS485接地运行常州工学院毕业设计论文- 22 -如果RS485工作在接地状态下，则必须连接RS 485 中继器顶部的“M”端子和“PE”端子。4.4.4 工作方式1、中继器结构图4.4.1中1为电源接线处，供电电压为24VDC，
48、L+接24V+，M接24V，PE为接地端；通电后电源指示灯(中继器结构图中10)亮；2、总线段1的总线电缆端子(中继器结构图中3)为A1,B1和A1,B1，总线段2的总线电缆端子(中继器结构图中7)为A2,B2和A2,B2，此四处为profibus电缆接线处，其中A1,B1和A1,B1为信号进线，A2,B2和A2,B2为信号出线。3、总线段1的端接电阻(中继器结构图中4)用于控制输入信号A1,B1的通断，当总线段1端接电阻拨到左端(ON)时A1,B1断开，只有A1,B1通；当端接电阻拨到右端(OFF)时A1,B1和A1,B1均接通；总线段2的端接电阻(中继器结构图中6)用于控制输出信号的A2,
49、B2的通断，当总线段2端接电阻拨到左端(ON)时A2,B2断开，只有A2,B2通；当端接电阻拨到右端(OFF)时A2,B2和A2,B2均接通；4、OFF 运行模式开关(中继器结构图中5)用于控制中继器的工作情况，拨到左端(OFF)时中继器停止工作。5、总线段1上的编程器/OP 接口(中继器结构图中9)用于PLC与PC的通讯；6、总线段1的指示灯(中继器结构图中11)和总线段2的指示灯(中继器结构图中12)用于指示通讯状况；4.4.5 中继器硬件电路图。本设计的工作原理其实与传统中继器原理一致，两片 max487 的 ro 和 di 交叉相连并接至单片机的两个中断脚，输出使 能端/re 和驱动使能端 de 短接并分别由 p3.4、p3.5 来控制收发，电平为低时接收数据，为高是发送数据;a1、b1,a2、b2 分别接置总线的两端。系统在空闲状态时 p3.4、p3.5 经程序开机初始化将两片 max487 使能端置低，即两端处于接收状态，当有数据时，收到数据的 max487 输出端 ro 会有一个电平低跳变(数据起始位)，从而引发单片机中断，进入中断立即将另一片的 max487 使能端置 1 将收到的数据发送到总线另一端，并打开定时 器，定时时间到表示一个字节的数据已经中转完毕，再将相常州工学院毕业设计论文-
