基于RS485現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度采集模塊的設(shè)計(jì)

1、河 南 工 業(yè) 職 業(yè) 技 術(shù) 學(xué) 院Henan Polytechnic institute 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題目：溫度采集器班級(jí)：生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化0901姓名：指導(dǎo)老師： 摘 要溫度是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)重要參數(shù), 在生產(chǎn)過(guò)程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，特別是在電力、化工等大型自動(dòng)化企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中往往需要監(jiān)視和測(cè)量幾十個(gè)溫度參數(shù)。在某些特殊的生產(chǎn)場(chǎng)合 (比如印染和煉油)，溫度參數(shù)測(cè)量和控制的精度直接影響后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量。本文介紹一種基于RS485現(xiàn)場(chǎng)總線的溫度采集模塊的設(shè)計(jì)方法。熱電阻隨溫度的變化而產(chǎn)生不同的電阻信號(hào)，電阻信號(hào)經(jīng)過(guò)恒定電流變成模擬電壓信號(hào)，單片機(jī)內(nèi)部多路模擬開關(guān)電路對(duì)模擬

2、信號(hào)進(jìn)行采集，A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)采集到的信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，把轉(zhuǎn)換得到的數(shù)字信號(hào)按照順序分別送入單片機(jī)，單片機(jī)通過(guò)RS485現(xiàn)場(chǎng)總線實(shí)現(xiàn)與PC機(jī)的掛接。由于電阻值與溫度值之間是非線性關(guān)系，為了提高測(cè)量精度克服非線性誤差，減少分度表的存儲(chǔ)量，采用二次插值算法計(jì)算溫度數(shù)值，使測(cè)溫分辨率達(dá)到了0.05，測(cè)溫精度優(yōu)于0.1。單片機(jī)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線能夠把溫度值以MODBUS協(xié)議的形式發(fā)送給PC機(jī)，實(shí)現(xiàn)了工控計(jì)算機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)總線集中管理。關(guān)鍵詞：溫度采集；PT100熱敏電阻；RS485總線AbstractTemperature is the process of modern industrial productio

3、n as an important parameter, in the production process often required to detect and monitor the temperature, especially in the electricity, chemical industry and other large enterprises, automation of production processes often require dozens of monitoring and measuring the temperature parameters. P

4、roduction in some special occasions (such as printing and dyeing and refining), temperature measurement and control parameters directly affect the accuracy of follow-up to the quality of the product.In this paper, based on the temperature RS485 fieldbus module design method of collection. Thermal re

5、sistance with temperature changes in the resistance of different signals, resistance constant current signal into the analog voltage signal, single-chip multi-channel analog switches internal circuitry of the analog signal acquisition, A / D converter module of the signal collected analog-to-digital

6、 conversion, to convert digital signals received, respectively, in accordance with the sequence into single-chip, single-chip RS485 fieldbus through with PC-articulated.As the resistance value and temperature is non-linear relationship between, in order to improve the measurement accuracy to overcom

7、e the non-linear error, reducing the index storage table, the use of quadratic interpolation algorithm for calculating the temperature value, so that the temperature resolution of 0.05 , temperature measurement accuracy of better than 0.1 . Single-chip microcomputer through fieldbus temperature in o

8、rder to be able to MODBUS agreement sent to the PC, the realization of the Industrial Fieldbus computer for centralized management.Key words: Temperature acquisition; PT100 Thermistor; RS485 bus目 錄摘 要IAbstractII第1章 緒論11.1設(shè)計(jì)的背景及意義11.2溫度采集技術(shù)現(xiàn)狀2第2章 設(shè)計(jì)方案選擇與論證42.1設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)42.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)42.3溫度傳感器的選擇52.3.1

9、熱電阻溫度傳感器52.3.2集成電路(IC) 溫度傳感器52.3 通信接口的選擇62.3.1 RS-232雙機(jī)通訊接口62.3.2 RS-422串行通訊接口62.3.3 RS-485串行通訊接口62.4單片機(jī)的選擇7第3章 硬件設(shè)計(jì)83.1單片機(jī)接口電路83.2溫度信號(hào)采集電路83.2.3恒流源電路仿真103.3 RS485接口通信電路113.4 6N137光電隔離電路113.5開關(guān)電源電路123.5.1 PWM芯片TOP220工作原理123.5.2開關(guān)電源電路及工作原理13第4章 軟件設(shè)計(jì)164.1 溫度值計(jì)算164.2 MODBUS現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議164.3主程序流程框圖184.4系統(tǒng)初始化子

10、模塊程序設(shè)計(jì)184.5串口通信子模塊程序設(shè)計(jì)18第5章 使用工具介紹205.1電子設(shè)計(jì)工具ProtelDXP205.2仿真工具M(jìn)ultisim924第6章 結(jié) 論27參考文獻(xiàn)28附錄A PT100鉑電阻的溫度和阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系表29附錄B總體電路原理圖31致 謝32第1章 緒論1.1設(shè)計(jì)的背景及意義溫度是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的一個(gè)主要參數(shù)，在生產(chǎn)過(guò)程中常需對(duì)溫度進(jìn)行檢測(cè)和監(jiān)控，特別是在電力、化工等大型自動(dòng)化企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中往往需要監(jiān)視和測(cè)量幾十個(gè)溫度參數(shù)。在某些特殊的生產(chǎn)場(chǎng)合 (比如印染和煉油 )，溫度參數(shù)測(cè)量和控制的精度直接影響后續(xù)產(chǎn)品的質(zhì)量。自從1976年Intel公司推出第一批單片機(jī)以來(lái)，80

11、年代單片機(jī)技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，近年來(lái)，隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，單片機(jī)繼續(xù)朝快速、高性能方向發(fā)展，從4位、8位單片機(jī)發(fā)展到16位、32位單片機(jī)。單片機(jī)主要用于控制，它的應(yīng)用領(lǐng)域遍及各行各業(yè)，大到航天飛機(jī)，小至日常生活中的冰箱、彩電，單片機(jī)都可以大顯其能。單片機(jī)在國(guó)內(nèi)的三大領(lǐng)域中應(yīng)用得十分廣泛：第一是家用電器業(yè)，例如全自動(dòng)洗衣機(jī)、智能玩具；第二是通訊業(yè)，包括電話、手機(jī)和BP機(jī)等等；第三是儀器儀表和計(jì)算機(jī)外設(shè)制造，例如軟盤、硬盤、收銀機(jī)、電表。除了上述傳統(tǒng)領(lǐng)域外，汽車、電子工業(yè)在國(guó)外也是單片機(jī)應(yīng)用十分廣泛的一個(gè)領(lǐng)域。它成本低、集成度高、功耗低、控制功能多能靈活的組裝成各種智能控制裝置，由它構(gòu)成的

12、智能儀表解決了長(zhǎng)期以來(lái)測(cè)量?jī)x器中的誤差的修正、線性處理等問(wèn)題?，F(xiàn)場(chǎng)總線是將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)控制通訊網(wǎng)絡(luò)，遵循ISO的OSI開放系統(tǒng)互連參考模型的全部或部分通訊協(xié)議。FCS則是用開放的現(xiàn)場(chǎng)總線控制通訊網(wǎng)絡(luò)將自動(dòng)化最底層的現(xiàn)場(chǎng)控制器和現(xiàn)場(chǎng)智能儀表設(shè)備互連的實(shí)時(shí)網(wǎng)絡(luò)控制系統(tǒng)。現(xiàn)場(chǎng)總線系統(tǒng)由于采用了智能現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，能夠把原先DCS中處于控制室的控制模塊、各輸入輸出模塊置于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，加上現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備具有通信能力，現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量變送儀表可以與閥門等執(zhí)行機(jī)構(gòu)直接傳送信號(hào)，因而控制系統(tǒng)功能能夠不依賴控制室的計(jì)算機(jī)或控制儀表，直接在現(xiàn)場(chǎng)完成，實(shí)現(xiàn)了徹底的分散控制。 DCS隨著計(jì)算機(jī)、控

13、制、網(wǎng)絡(luò)通信、組態(tài)軟件、信息集成和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的發(fā)展而不斷更新和發(fā)展，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）信息化：DCS已從單一的控制系統(tǒng)，發(fā)展為集控制和管理于一體的綜合信息系統(tǒng)。DCS提供了從生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)到車間，再?gòu)墓S到公司，最后到企業(yè)集團(tuán)的整個(gè)信息通道，充分體現(xiàn)了信息的全面性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。（2）集成化：DCS已從單一封閉系統(tǒng)，發(fā)展為集成各類PLC、工業(yè)PC、數(shù)字化儀表和設(shè)備，甚至不同型號(hào)DCS可以互相集成和信息共享，為最終用戶提供集成化綜合系統(tǒng)。（3）智能化：隨著人工智能、專家系統(tǒng)、自適應(yīng)、預(yù)測(cè)和推理等先進(jìn)控制技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，DCS也適時(shí)地融合這些新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)先進(jìn)的智能化控制功能。（4）開放式

14、網(wǎng)絡(luò)：DCS已從單一封閉網(wǎng)絡(luò)，發(fā)展為開放式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和IE瀏覽器，可以訪問(wèn)過(guò)程畫面、查詢數(shù)據(jù)、管理調(diào)度和指揮生產(chǎn)。開放式網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)安全，傳統(tǒng)DCS采用軟件防火墻，現(xiàn)代DCS不僅有軟件防火墻，而且有硬件防火墻，既保證網(wǎng)絡(luò)安全開放，又保證監(jiān)控層的實(shí)時(shí)性。例如，Honeywell公司的Experion PKS R300的控制站采用硬件防火墻技術(shù)。（5）容錯(cuò)以太網(wǎng)(FTE)：傳統(tǒng)DCS用兩條獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)(A，B)實(shí)現(xiàn)冗余，兩臺(tái)設(shè)備之間只有一條通信路徑，其本質(zhì)是單條網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行，故障時(shí)整條網(wǎng)絡(luò)切換(A到B或B到A)，切換時(shí)間長(zhǎng)，可靠性低。現(xiàn)代DCS用容錯(cuò)以太網(wǎng)(FTE，F(xiàn)ault Toler

15、ant Ethernet) 。（6）無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)：支持手持移動(dòng)無(wú)線操作站，將無(wú)線技術(shù)與控制技術(shù)融為一體，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)操作監(jiān)控、故障處理和儀表校驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)操作與維護(hù)的無(wú)縫集成。例如，Honeywell公司的Experion PKS R300采用此無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。（7）數(shù)字視頻技術(shù)：通過(guò)攝像頭采集現(xiàn)場(chǎng)圖像信息，再通過(guò)圖像識(shí)別軟件，進(jìn)行圖像處理，發(fā)現(xiàn)異常圖像，立即發(fā)出報(bào)警信號(hào)，具有自動(dòng)錄像和錄像回放功能，便于事故分析，并將數(shù)字視頻技術(shù)與操作監(jiān)控軟件融為一體。例如，Honeywell公司的Experion PKS R300采用此數(shù)字視頻技術(shù)。（8）先進(jìn)控制站：DCS的基礎(chǔ)是控制站，為了進(jìn)一步提高控制站的可靠性

16、、穩(wěn)定性和安全性，增強(qiáng)控制站的功能，而采用了一系列先進(jìn)技術(shù)。例如，控制站采用無(wú)底板模塊結(jié)構(gòu)，獨(dú)立傾斜式垂直插拔，散熱效果好，接線維護(hù)方便；采用容錯(cuò)以太網(wǎng)(FTE)，硬件控制防火墻(冗余)，冗余控制器、冗余I/O、冗余電源、冗余現(xiàn)場(chǎng)總線接口；采用先進(jìn)的預(yù)估控制算法，魯棒性好，具有參數(shù)自整定功能。Honeywell公司的Experion PKS R300控制站是上述先進(jìn)控制站的代表之一。隨著現(xiàn)代信息技術(shù)的飛速發(fā)展，溫度采集控制系統(tǒng)在工業(yè)、農(nóng)業(yè)及人們的日常生活中扮演著一個(gè)越來(lái)越重要的角色，它對(duì)人們的生活具有很大的影響，例如：在冶金工業(yè)、化工生產(chǎn)、電力工程、機(jī)械制造和食品加工等許多領(lǐng)域中，人們都需要對(duì)

17、各類加熱爐等溫度進(jìn)行采集和控制。溫度采集與控制，在保證產(chǎn)品質(zhì)量、節(jié)約能源和安全生產(chǎn)等方面起著關(guān)鍵的作用。1.2溫度采集技術(shù)現(xiàn)狀 隨著電子技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著大規(guī)模集成電路的產(chǎn)生，給人們的生活帶來(lái)了根本性的變化，如果說(shuō)微型計(jì)算機(jī)的出現(xiàn)使現(xiàn)代的科學(xué)研究得到了質(zhì)的飛躍，那么可編程控制器的出現(xiàn)則是給現(xiàn)代工業(yè)控制測(cè)控領(lǐng)域帶來(lái)了一次新的革命。在現(xiàn)代社會(huì)中，溫度控制不僅應(yīng)用在工廠生產(chǎn)方面，其作用也體現(xiàn)到了各個(gè)方面。 隨著人們生活質(zhì)量的提高，酒店廠房及家庭生活中都會(huì)見(jiàn)到溫度控制的影子，溫度控制將更好的服務(wù)于社會(huì)目前，單片機(jī)控制器在從生活工具到工業(yè)應(yīng)用的各個(gè)領(lǐng)域，例如生活工具的電梯、工業(yè)生產(chǎn)中的現(xiàn)場(chǎng)控制儀表、

18、數(shù)控機(jī)床等。尤其是用單片機(jī)控制器改造落后的設(shè)備具有性價(jià)比高、提高設(shè)備的使用壽命、提高設(shè)備的自動(dòng)化程度的特點(diǎn)。 現(xiàn)代工業(yè)設(shè)計(jì)、工程建設(shè)及日常生活中常常需要用到溫度控制,早期溫度控制主要應(yīng)用于工廠中，例如鋼鐵的水溶溫度，不同等級(jí)的鋼鐵要通過(guò)不同溫度的鐵水來(lái)實(shí)現(xiàn)，這樣就可能有效的利用溫度控制來(lái)掌握所需要的產(chǎn)品了。第2章 設(shè)計(jì)方案選擇與論證2.1設(shè)計(jì)要求及技術(shù)指標(biāo)本課題要求設(shè)計(jì)出能夠支持MODBUS協(xié)議的RS485現(xiàn)場(chǎng)總線通信的熱阻型溫度采集模塊，該模塊能夠通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)總線與工控計(jì)算機(jī)掛接。技術(shù)指標(biāo)：1.輸入信號(hào)：PT100；2.測(cè)溫分辨：0.05；3.測(cè)溫精度: 0.1；4.供電電源：220VAC10%

19、；5.環(huán)境溫度：-4585；6.環(huán)境濕度：85%；7.通信方式：RS485現(xiàn)場(chǎng)總線。2.2 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)針對(duì)本課題的研究?jī)?nèi)容是設(shè)計(jì)一款測(cè)量精度高、支持RS485硬件接口和MODBUS工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的溫度采集模塊。該溫度采集模塊能夠?qū)?點(diǎn)溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，采用支持MODBUS工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)總線協(xié)議的RS485光電隔離接口與PC機(jī)進(jìn)行通信?；谝陨瞎δ埽唧w設(shè)計(jì)方案如圖2-1所示。220VACC8051F410單片機(jī)多路模擬開關(guān)RS485接口電路PC機(jī)開關(guān)電源電路PT100(1)信號(hào)放大(1)信號(hào)放大(2)PT100(2)PT100(6)信號(hào)放大(6). . .+5V-5VGNDA/D接口圖2-1

20、 實(shí)施方案原理框圖根據(jù)上述研究?jī)?nèi)容和技術(shù)要求，采用圖2-1所示設(shè)計(jì)方案。在圖2-1中包含采集放大電路，主控單元，RS485接口電路，電源電路等4個(gè)主要功能模塊。采集放大電路：將熱電阻信號(hào)轉(zhuǎn)換為0-2v的模擬電壓信號(hào),用來(lái)測(cè)量溫度；主控單元：采用C8051F410單片機(jī)作為整個(gè)電路的核心,控制采集通道的選擇,數(shù)據(jù)的處理并與RS485接口電路相連接,進(jìn)行數(shù) 據(jù)的傳輸和通信；RS485接口電路：實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與現(xiàn)場(chǎng)總線模塊之間的通訊；電源電路：將220VAC通過(guò)開關(guān)電源穩(wěn)壓電路輸出+5V和-5V電壓,給模塊中的各部分電路提供工作電源。其中，采集放大電路采用三線制接線法，來(lái)消除導(dǎo)線引入的測(cè)量誤差。因?yàn)镃8

21、051F410單片機(jī)中自帶A/D轉(zhuǎn)換接口，因此不需要單獨(dú)設(shè)計(jì)A/D轉(zhuǎn)換電路。2.3溫度傳感器的選擇2.3.1 熱電阻溫度傳感器熱電阻是工業(yè)上最常用的溫度檢測(cè)元件之一。其優(yōu)點(diǎn)是：1測(cè)量精度高。因熱電阻直接與被測(cè)對(duì)象接觸，不受中間介質(zhì)的影響。2測(cè)量范圍廣。常用的熱電偶從-50+1600均可邊續(xù)測(cè)量，某些特殊熱電阻最低可測(cè)到-269（如金鐵鎳鉻），最高可達(dá)+2800（如鎢-錸）。3構(gòu)造簡(jiǎn)單，使用方便。熱電阻通常是由兩種不同的金屬絲組成，而且不受大小和開頭的限制，外有保護(hù)套管，用起來(lái)非常方便。2.3.2集成電路(IC) 溫度傳感器集成電路(IC) 溫度傳感器性能離散度很大, 用于高精度測(cè)量時(shí), 必須進(jìn)

22、行校準(zhǔn)。測(cè)溫鉑電阻溫度系數(shù)的離散度很小, 精確度高, 靈敏度也較好, 特別適用于1000 度以下的溫度測(cè)量, 但價(jià)格昂貴。集成電路溫度傳感器利用了半導(dǎo)體PN 結(jié)電流電壓特性和溫度的相關(guān)性, 和熱敏電阻、熱電偶相比, 最大優(yōu)點(diǎn)是輸出線性好, 測(cè)溫精度較高。感溫部分、傳感器驅(qū)動(dòng)部分、信號(hào)處理部分等電路均集成化并封閉在一個(gè)小型管殼內(nèi), 使用方便。題目設(shè)計(jì)要求輸入信號(hào)為PT100；測(cè)溫分辨為0.05；測(cè)溫精度為0.1；綜合以上因素考慮選擇熱電阻溫度傳感器(PT100)。PT100鉑電阻的溫度和阻值對(duì)應(yīng)關(guān)系見(jiàn)附錄A2.3 通信接口的選擇2.3.1 RS-232雙機(jī)通訊接口目前RS-232是PC機(jī)與通信工

23、業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口。RS-232被定義為一種在低速率串行通訊中增加通訊距離的單端標(biāo)準(zhǔn)。RS-232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。如果雙機(jī)通訊距離在30m之內(nèi)，可利用RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的雙機(jī)通訊。2.3.2 RS-422串行通訊接口RS-422標(biāo)準(zhǔn)全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。典型的RS-422是四線接口。實(shí)際上還有一根信號(hào)地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動(dòng)器比RS232更強(qiáng)的驅(qū)動(dòng)能力，故允許在相同傳輸線上連接多個(gè)接收節(jié)點(diǎn)，最多可接10個(gè)節(jié)點(diǎn)。即一個(gè)主設(shè)備（Master），其余為從設(shè)備（Salve），從設(shè)備之間不能通

24、信，所以RS-422支持點(diǎn)對(duì)多的雙向通信。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負(fù)載能力是104k+100（終接電阻）。RS-422四線接口由于采用單獨(dú)的發(fā)送和接收通道，因此不必控制數(shù)據(jù)方向，各裝置之間任何必須的信號(hào)交換均可以按軟件方式（XON/XOFF握手）或硬件方式（一對(duì)單獨(dú)的雙絞線）實(shí)現(xiàn)。RS-422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。其平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能達(dá)到最大傳輸距離。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mb/s。RS-422需要一終接電阻，要求其阻值約等于傳輸電纜的

25、特性阻抗。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。終接電阻接在傳輸電纜的最遠(yuǎn)端。2.3.3 RS-485串行通訊接口由于RS-485是從RS-422基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，所以RS-485許多電氣規(guī)定與RS-422相仿。如都采用平衡傳輸方式、都需要在傳輸線上接終接電阻等。RS-485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RS-422一樣只能實(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RS-422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。RS-485與RS-422的不同還在于其共模輸出電壓是不

26、同的，RS-485是-7V至+12V之間，而RS-422在-7V至+7V之間，RS-485接收器最小輸入阻抗為12k，RS-485滿足所有RS-422的規(guī)范，所以RS-485的驅(qū)動(dòng)器可以用在RS-422網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用。RS-485與RS-422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。平衡雙絞線的長(zhǎng)度與傳輸速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用規(guī)定最長(zhǎng)的電纜長(zhǎng)度。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。一般100米長(zhǎng)雙絞線最大傳輸速率僅為1Mb/s RS-485需要2個(gè)終接電阻，其阻值要求等于傳輸電纜的特性阻抗。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

27、終接電阻。終接電阻接在傳輸總線的兩端。綜上所述，RS-232雙機(jī)傳輸距離太短，故不采用。RS-422A雙機(jī)通訊需四芯傳輸線，這對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的長(zhǎng)距離通信是很不經(jīng)濟(jì)的，因此采用RS-485串行通訊接口。2.4單片機(jī)的選擇C8051F410 MCU 在 CIP-51 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。 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)獨(dú)立于微控制器工作，只在必要時(shí)中斷微控制器。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。 C8051F410內(nèi)部有一個(gè)12位SAR ADC和一個(gè)27通道單端輸入多路選擇器，

28、該ADC的最大轉(zhuǎn)換速率為200ksps。 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。端口02可以作為ADC的輸入；另外，片內(nèi)溫度傳感器的輸出和電源電壓（VDD）也可以作為ADC的輸入。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。C8051F410內(nèi)部 24個(gè)I/O引腳，端口引腳被組織為三個(gè)8位端口。端口的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051相似，但有一些改進(jìn)。每個(gè)端口引腳都可以被配置為數(shù)字或模擬I/O引腳。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路輸出。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被單獨(dú)或總體禁止，以降低功耗。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，只需一個(gè)全雙工串行接口，一個(gè)

29、A/D轉(zhuǎn)換電路，一個(gè)多路模擬開關(guān)電路，因此C8051F410單片機(jī)足以滿足控制要求，功耗較低。因此選擇C8051F410 單片機(jī)作為主控制器。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。3.1單片機(jī)接口電路C8051F410單片機(jī)接口如圖3-1。圖3-1 C8051F410單片機(jī)VDD為內(nèi)核電源，VIO為I/O電源，GND為地。 VRTC-BACKUP為smaRTClock后備電源，P1.0- P1.5為6路模擬信號(hào)的接收端，R（P0.5）、T（P0.4）為數(shù)字串口的接收和發(fā)送端，C2D和C2CK是

30、JTAG下載調(diào)試接口。VCC為5.0V電源接口。GND為地接口。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。3.2溫度信號(hào)采集電路熱敏電阻溫度采集模塊由精密穩(wěn)定恒流源電路，熱敏電阻PT100構(gòu)成的信號(hào)采集電路，A/D轉(zhuǎn)換電路構(gòu)成。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。熱電阻測(cè)溫模塊原理框圖如圖3-2。精密穩(wěn)定恒流源由熱電阻PT100構(gòu) 成

31、的信號(hào)采集電路A/D轉(zhuǎn)換電路單片機(jī)恒定電流溫度信號(hào) 模擬電壓信號(hào) 數(shù)字電壓信號(hào)3-2 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3-3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。圖3-3熱電阻信號(hào)測(cè)量電路在圖3-3中,由于R12 +R13RT+2R,R15+RR則有V2= I ( KT + 2 R) (3-1)V1= I R (3-2)V4= V3=1/3V2 (3-3)(V1-1/3*V2)/R15=(1/3*V2-V0)/(R23+R19) (3-4)V0=(R24*VR1)/(R17+R24) (3-5) 帶入各電阻值整理得: VR1=11*I*RT (

32、3-6) V0=I*RT (3-7)由式(3-7)可見(jiàn), 熱電阻測(cè)量電路的輸出電壓僅與電流I和熱阻RT有關(guān) ,與r無(wú)關(guān),消除了由導(dǎo)線電阻引入的測(cè)量誤差。本設(shè)計(jì)采用由LM258構(gòu)成的精密恒流源電路。在圖3-3中3腳電壓為V+，2腳電壓為V-，輸出電壓為Vo，則由虛斷可知V+ = V-，虛短可知I+ = I-。所以有： （3-8） （3-9） 將式（3-9）代入式（3-8）得 V，所以恒流源輸出電流1mA 3.2.3恒流源電路仿真仿真電路圖如圖3-4所示。圖3-4 恒流源電路仿真圖如圖3-4所示，恒流源輸出穩(wěn)定電流I ,經(jīng)過(guò)負(fù)載電阻R1，R1=1.0K，由萬(wàn)用表測(cè)得電壓為1.001V，由此得I=1

33、mA。3.3 RS485接口通信電路RS-485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 km.系統(tǒng)數(shù)據(jù)通信采用半雙工通信方式 ,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。由于設(shè)計(jì)的控制器具備現(xiàn)場(chǎng)總線通信功能，支持 MODBUS協(xié)議與組態(tài)軟件直接掛接,因此設(shè)計(jì)了RS485通信接口電路。為適

34、應(yīng)供電系統(tǒng)，RS485器件選擇 SP3485 芯片。圖3-5為 SP3485 芯片與C8051F410片上系統(tǒng)的接口電路，微處理器的UART串口的TXD連接到 SP3485芯片的DE和 /RE引腳，RXD連接到SP3485芯片的RO引腳。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)。任一時(shí)刻，SP3485芯片中的“ 接收器”和“ 發(fā)送器” 只能夠有一個(gè)處于工作狀態(tài)。連接至A引腳的上拉電阻 R3、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。 圖

35、3-5 RS485通信接口電路3.4 6N137光電隔離電路在未采用光電隔離器的電路中，源部分由隔離變壓器隔離，減少電網(wǎng)中的噪聲影響，數(shù)字電源和模擬電源不共地，由于模擬電路一般只有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)DC-DC變換器得到。模擬電路以及AD轉(zhuǎn)換電路與數(shù)字電路的信號(hào)聯(lián)系都通過(guò)6N137。逐次比較型AD并行輸出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470，輸出端上拉電阻選用47k，輸出端電源和地間（即6N137的腳8與腳5間）接0.1uF瓷片電容，作為旁路電容

36、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。模擬電路和AD轉(zhuǎn)換所需的各路控制信號(hào)也通過(guò)6N137接收，接法同上，在時(shí)序設(shè)計(jì)中要特別注意6N137約有50ns的延時(shí)，與未采用光電隔離器的數(shù)據(jù)采集電路相比，系統(tǒng)信噪比提高了一倍以上，滿足了系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。如圖3-6。圖3-6 光電隔離接口電路3.5開關(guān)電源電路3.5.1 PWM芯片TOP220工作原理該芯片僅有漏極端 、控制端和源極端三個(gè)管腳 。主要由 10部分構(gòu)成：控制電壓源 帶隙基準(zhǔn)電源 振蕩器 并聯(lián)調(diào)整器 誤差放大器脈寬調(diào)制 器 門驅(qū)動(dòng)級(jí)和輸出級(jí)過(guò)流保護(hù)電路 過(guò)熱保護(hù)及上電復(fù)位電路 關(guān)斷 自動(dòng)

37、需啟動(dòng)電路 高壓電流源 。芯片內(nèi)部帶有高頻 、高壓型功率器件和振蕩器高達(dá)的電壓模式脈寬調(diào)制器較好地解決了功率電子學(xué)中高壓、高頻和功率三者的關(guān)系。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。芯片實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的工作原理啟動(dòng)操作時(shí) ,漏極端 由內(nèi)部電流源提供偏置電流流入芯片 ,提供開環(huán)輸入 ,該輸人通過(guò)旁路調(diào)整誤 差放大器時(shí) ,控制端實(shí)現(xiàn)閉環(huán)調(diào)整 ,通過(guò)改變 ,經(jīng)由控制的輸出占空比 ,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡 ,實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制原理 。由此可見(jiàn) ,芯片不僅在內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)、功

38、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)高效開關(guān)穩(wěn)壓電源是非常理想的器件。3.5.2開關(guān)電源電路及工作原理1開關(guān)穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)圖3-7 電源穩(wěn)壓電路圖LVD C RL UO整流濾波激勵(lì)信號(hào)圖3-7畫出了開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理圖。它是由全波整流器、開關(guān)管、激勵(lì)信號(hào)、續(xù)流二極管VD、儲(chǔ)能電感和濾波電容組成。實(shí)際上，開關(guān)穩(wěn)壓電源的核心部分是一個(gè)直流變換器。這里我們對(duì)直流變換器和逆變器作如下解釋。逆變器是把直流轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣鞯难b置。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。直流變換器是把直流轉(zhuǎn)換成交流，然后又把交流轉(zhuǎn)換成直流的裝置。這種裝置

39、被廣泛地應(yīng)用在開關(guān)穩(wěn)壓電源中。采用直流變換器可以把一種直流供電電壓變換成極性、數(shù)值各不相同的多種直流供電壓。2開關(guān)穩(wěn)壓電源的優(yōu)點(diǎn)(1) 功耗小，效率高。在圖3-8所示的開關(guān)穩(wěn)壓電源電路中，晶體管受激勵(lì)信號(hào)的控制，交替地工作在導(dǎo)通-截止和截止-導(dǎo)通的開關(guān)狀態(tài)，晶體管的功耗很小，由于頻率高，電感量要求小，變壓器的銅損小，所以電源的效率可以大幅度地提高，能達(dá)到80。(2) 體積小，重量輕。從開關(guān)穩(wěn)壓電源的原理框圖中可以清楚地看到，由于沒(méi)有采用笨重的工頻變壓器。調(diào)整管上的耗散功率小，可以省去較大散熱片。所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的體積小、重量輕。(3) 穩(wěn)壓范圍寬。開關(guān)穩(wěn)壓電源的輸出電壓是由激勵(lì)信號(hào)的占空比來(lái)調(diào)

40、節(jié)的，輸入信號(hào)電壓的變化可以通過(guò)調(diào)頻或調(diào)寬來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償，這樣，在工頻電網(wǎng)電壓變化較大時(shí)，它仍能保證有較穩(wěn)定的輸出電壓，所以開關(guān)穩(wěn)壓電源的穩(wěn)壓范圍很寬，穩(wěn)壓效果很好。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。這樣，開關(guān)穩(wěn)壓電源不僅具有穩(wěn)壓范圍寬的優(yōu)點(diǎn)，而且實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓的方法也較多，設(shè)計(jì)人員可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用的要求，靈活地選用各種類型的開關(guān)穩(wěn)壓電源。(4) 濾波的效率大為提高，濾波電容的容量和體積大為減小。開關(guān)穩(wěn)壓電源的工作頻率目前基本上是工作在20kHz以上，是線性穩(wěn)壓電源頻率的400倍以上，整流后的濾波效果幾乎也提高了400倍。就是采用半波整流后加電容濾波，效率也提高了200倍。在相同的紋波

41、輸出電壓的要求下，采用開關(guān)穩(wěn)壓電源時(shí)，濾波電容的容量只是線性穩(wěn)壓電源中濾波電容容量的1/2001/400，隨著頻率的增加會(huì)更小。(5)電路形式靈活多樣。例如，有自激式和他激式；有調(diào)寬型和調(diào)頻型；有單端式和雙端式等等。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)合的開關(guān)穩(wěn)壓電源。圖3-8 開關(guān)電源原理圖市電220VAC 供電的開關(guān)電源是應(yīng)用最多的開關(guān)電源，在眾多用于市電220VAC 供電的開關(guān)電源集成電路中，最有代表性的是Power Integrations 公司生產(chǎn)的TOP2XX 系列新型開關(guān)電源集成電路，該系列器件的特點(diǎn)是構(gòu)成開關(guān)電源的外圍電路少，可靠性高。如圖3-8所示，采用TO

42、P200 開關(guān)集成電路，C14、C28、C29 為濾波電容，L2 和C37構(gòu)成輸出濾波器。D5和D3 構(gòu)成放電保護(hù)電路。D8，D9，D10 分別為輸出端整流二極管，C25 為反饋端濾波電容。U5 為光電隔離器。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。第4章 軟件設(shè)計(jì)4.1 溫度值計(jì)算溫度值的計(jì)算由單片機(jī)來(lái)完成，啟動(dòng)ICL7135開始一次新的轉(zhuǎn)換，判斷轉(zhuǎn)換結(jié)束后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果并作數(shù)字濾波處理 (滑動(dòng)平均值濾波 )。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

43、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。由于電阻值與溫度值之間是非線性關(guān)系，為了克服非線性誤差以提高測(cè)量精度，減少分度表的存儲(chǔ)量，用二次插值算法計(jì)算溫度數(shù)值。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 )| x64.2 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

44、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 。硬件系統(tǒng)能選擇設(shè)置ASCII或RT U兩種傳輸模式中的任何一種在標(biāo)準(zhǔn)的MOD2BUS網(wǎng)絡(luò)中通信.用戶選擇想要的模式，包括波特率、校驗(yàn)方式等串口通信參數(shù)，在配置每個(gè)控制器的時(shí)候，在一個(gè)MODBUS網(wǎng)絡(luò)上的所有設(shè)備都必須選擇相同的傳輸模式和串口參數(shù)。目前最常用的就是RTU模式，即二進(jìn)制方式 46 .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4-1所示:表4-1 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T1-T2-T3-T41個(gè)8位字節(jié)1個(gè)8位字節(jié)n個(gè)8位字節(jié)2

45、個(gè)8位字節(jié)T1-T2-T3-T4消息發(fā)送至少要以3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓間隔開始。傳輸?shù)牡谝粋€(gè)字節(jié)是設(shè)備地址，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備不斷偵測(cè)網(wǎng)絡(luò)總線。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。在最后一個(gè)傳輸字符之后 ,一個(gè)至少3.5個(gè)字符時(shí)間的停頓標(biāo)定了消息的結(jié)束。一個(gè)新的消息可在此停頓后開始。整個(gè)消息幀必須作為一連續(xù)的流傳輸。如果在幀完成之前有超過(guò)1.5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)。同樣地 ,如果一個(gè)新消息在小于3.5個(gè)字符時(shí)間內(nèi)接到前一個(gè)消息開始 ,接收的設(shè)備將認(rèn)為它是前一消息的延續(xù)。這將導(dǎo)致一個(gè)錯(cuò)誤 ,因?yàn)樵谧詈蟮腃RC字節(jié)的

46、值不可能是正確的。對(duì)于被呼叫的遠(yuǎn)程終端設(shè)備，它的具體應(yīng)答格式如表4-2所示:表4-2被呼叫的遠(yuǎn)程終端設(shè)備的應(yīng)答格式設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)數(shù)量數(shù)據(jù) 1數(shù)據(jù) nCRC高位CRC低位基于現(xiàn)場(chǎng)總線的控制器只使用了03命令和06命令。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。06命令是寫單寄存器,即把一個(gè) 16位二進(jìn)制數(shù)裝入一個(gè)保持寄存器。主設(shè)備的03命令發(fā)送格式如表4-3所示,03命令支持 1128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)。如果讀取多個(gè)字節(jié) ,那么一定是一組地址連續(xù)的數(shù)據(jù) ,從設(shè)備03命令應(yīng)答格式如表4-3所示

47、:表4-3 主設(shè)備的03命令發(fā)送格式設(shè)備地址功能代碼數(shù)據(jù)起始地址高位數(shù)據(jù)起始地址低位讀取的數(shù)據(jù)寄存器個(gè)數(shù)高位讀取的數(shù)據(jù)寄存器個(gè)數(shù)低位CRC16校驗(yàn)1個(gè)字節(jié)031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)表4-4 03命令應(yīng)答格式設(shè)備地址功能代碼返回?cái)?shù)據(jù)字節(jié)計(jì)數(shù)數(shù)據(jù) 1高位數(shù)據(jù) 1低位數(shù)據(jù) n高位數(shù)據(jù) n低位CRC16校驗(yàn)1個(gè)字節(jié)032個(gè)字節(jié)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)主設(shè)備的06命令發(fā)送格式如表4-5所示 ,06命令僅支持一個(gè)輸出寄存器的刷新 ,要求從機(jī)把原樣數(shù)據(jù)發(fā)回作為應(yīng)答。表4-5 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)061個(gè)

48、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)4.3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。如圖4-1所示。開始 系統(tǒng)初始化子程序數(shù)據(jù)處理子程序通信子程序圖4-1主程序流程框圖4.4系統(tǒng)初始化子模塊程序設(shè)計(jì)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4-2系統(tǒng)初始化程序流程圖系統(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。系統(tǒng)初始化子程序框圖如圖4-2所示。4.5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。故上、下位機(jī)之間進(jìn)行通訊，采用標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)場(chǎng)總

49、線通訊協(xié)議MODBUS協(xié)議。數(shù)據(jù)每楨為8個(gè)字節(jié)，具體格式如表4- 6和表4-7 所示。通訊程序程序框圖如圖4-3所示。表4-6 數(shù)據(jù)讀取傳輸格式站號(hào)03號(hào)命令寫地址寫地址數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)CRC校驗(yàn)CRC校驗(yàn)表4-7 數(shù)據(jù)寫傳輸格式站號(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。串口接收中斷判斷協(xié)議命令號(hào)發(fā)送數(shù)據(jù)是否通過(guò)CRC校驗(yàn)子程序返回否是圖4-3 通信程序流程圖第5章 使用工具介紹5.1電子設(shè)計(jì)工具ProtelDXPAltium公司作為EDA領(lǐng)域里的一個(gè)領(lǐng)先公司，在原來(lái)P

50、rotel 99SE的基礎(chǔ)上，應(yīng)用最先進(jìn)的軟件設(shè)計(jì)方法，率先推出了一款基于Windows2000和Windows XP操作系統(tǒng)的EDA設(shè)計(jì)軟件Protel DXP。Protel DXP在前版本的基礎(chǔ)上增加了許多新的功能。新的可定制設(shè)計(jì)環(huán)境功能包括雙顯示器支持，可固定、浮動(dòng)以及彈出面板，強(qiáng)大的過(guò)濾和對(duì)象定位功能及增強(qiáng)的用戶界面等。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運(yùn)行在優(yōu)化的設(shè)計(jì)瀏覽器平臺(tái)上，并且具備當(dāng)今所有先進(jìn)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，能夠處理各種復(fù)雜的PCB設(shè)計(jì)過(guò)程。通過(guò)設(shè)計(jì)輸

51、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 2004已不是單純的PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)工具，而是由多個(gè)模塊組成的系統(tǒng)工具，分別是SCH（原理圖）設(shè)計(jì)、SCH（原理圖）仿真、PCB（印制電路板）設(shè)計(jì)、Auto Router（自動(dòng)布線器）和FPGA設(shè)計(jì)等，覆蓋了以PCB為核心的整個(gè)物理設(shè)計(jì)。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。與較早的版本Protel99相比，Protel DXP 2004不僅在外觀上

52、顯得更加豪華、人性化，而且極大地強(qiáng)化了電路設(shè)計(jì)的同步化，同時(shí)整合了VHDL和FPGA設(shè)計(jì)系統(tǒng)，其功能大大加強(qiáng)了。Protel DXP 2004新特點(diǎn)：1. 整合式的元件與元件庫(kù)在Protel DXP 2004中采用整合式的元件,在一個(gè)元件里連結(jié)了元件符號(hào)(Symbol)、元件包裝(Footprint)、SPICE元件模型(電路仿真所使用的)、SI元件模型(電路板信號(hào)分析所使用的)。2. 版本控制可直接由Protel設(shè)計(jì)管理器轉(zhuǎn)換到其他設(shè)計(jì)系統(tǒng)，這樣設(shè)計(jì)者可方便地將Protel DXP 2004中的設(shè)計(jì)與其他軟件共享。如可以輸入和輸出DXP、DWG格式文件，實(shí)現(xiàn)和Auto CAD等軟件的數(shù)據(jù)交換，也可以輸出格式為Hyperlynx的文件，用于板級(jí)信號(hào)仿真。3. 多重組態(tài)的設(shè)計(jì)Protel DXP 2004支持單一設(shè)計(jì)多重組態(tài)。對(duì)于同一個(gè)設(shè)計(jì)文件可指定要使用其中的某些元件或不使用其中的某些元件，然后產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)表等文件。4. 新的文件管理模式Protel DXP 2004提供三種文件管理模式?？蓪⒏魑募嫒肴雴我粩?shù)據(jù)庫(kù)文件，即Protel 99SE的ddb，也可以存為Windows文件，即一般的分離文件，而不需要數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)(ODBC)，就可以存取該文件，此外新增了一個(gè)混合模式，也就是在數(shù)據(jù)庫(kù)外存為獨(dú)立的Windows文件。5. 多屏幕顯示模式對(duì)于同一個(gè)文件，設(shè)計(jì)者可打開多