【本科优秀毕业设计】基于rs-485总线的数据采集系统下位机软硬件设计

基于RS485总线的数据采集系统下位机软硬件设计摘要轮对压力机作为机务检修中的重要组成部分，其在整个检修过程中起着不可忽视的作用。现当今，诸多机务检修期间，多采用简单的人工或半自动压力数据采集，导致精度不高而且进展缓慢。随着电子技术和微型计算机的推广，微机测量和控制技术得到了迅速地发展。单片机因其具有处理能力强、运行速度快、功耗低等优点，从而在数据采集与控制方面得到了广泛的应用。基于这种局面，所以做出对轮对压力的数据采集系统的设计。本文详细阐述了基于RS485总线的数据采集系统下位机软硬件的设计。硬件设计中以AT89C51单片机为控制核心，采用PPM226LS22型压力传感器进行压力的检测，使用ADS7824进行A/D转换，从而实现轮对压力数据的采集；并辅以DS1302实现时间数据的采集，采用MAX485芯片实现TTL电平的转换，从而实现与上位机（即PC机）的串行通信。在本系统的设计中，程序设计采用了C51编程语言，其主要包括数据采集模块，时间提取模块。关键词数据采集；AT89C51；ADS7824；DS1302；MAX485THESOFTWAREANDHARDWAREDESIGNOFDATAACQUISITIONSYSTEMBASEDONRS485BUSCOMPUTERABSTRACTASTHEMOSTIMPORTANTPARTOFTHELOCOMOTIVEMAINTENANCE,THEWHEELPRESSPLAYSANINNEGLIGIBLEASPECTINWHOLEPROCESSOFTHEMAINTENANCENOWDAYSTHEUSEOFSIMPLEARTIFICIALORSEMIAUTOMATICPRESSUREDATACOLLECTIONHAVEANNEGATIVEINFLUENCEINTHEACCURACYOFMEASUREMENTASTHEELECTRONICTECHNOLOGYANDMICROCOMPUTERPROMOTION,COMPUTERMEASUREMENTANDCONTROLTECHNOLOGYGETTHEQUICKDEVELOPMENTSCMPROCESSINGPOWERBECAUSEOFITSSTRONG,FASTANDLOWPOWERCONSUMPTIONADVANTAGES,THUSINTHEDATAACQUISITIONANDCONTROLINAWIDERANGEOFAPPLICATIONSBASEDONTHISKINDOFSITUATION,THEDESIGNOFSYSTEMOFPRESSUREDATEOFWHEELAPPEARSTHISTHESISPUTEYESONTHEDESIGNOFTHEHARDWAREOFDATAACQUISITIONSYSTEMBASEDONRS485BUSTOACHIEVEDATEOFPRESSURE,THEDESIGNOFHARDWARE,INWHICHAT89C51ISITSCOREPART,INCLUDENOTONLYPPM226LS22TOACQUISITIONDATEOFPRESSUREBUTALSOADS7824TOTRANSFORMBETWEENANALOGYIMFORMATIONANDDIGITALIMFORMATION,THISSYSTEMUSEDS1302TOATTAINDATEOFTIME,ANDUSEMAX485CHIPTOREALIZELEVELCONVERSION,INTHISSYSTEMTHEDESIGNOFSOFTWARE,THEPROGRAM,WHICHAREREALIZEDBYLANGUAGEOFC51,INCLUDEDATAACQUISITIONMODULESANDTIMINGEXTRACTIONMODULEKEYWORDDATAACQUISITIONAT89C51ADS7824DS1302MAX485目录1绪论111小型集散测控系统现状112课题研究背景及任务113本设计的主要结构与内容12数据采集系统下位机总体设计方案321设计思路322系统网络结构框图33系统硬件电路设计531AT89C51介绍5311AT89CXX系列单片机的内部结构5312AT89C51单片机的引脚功能6313中断有关的概念932数据采集模块设计12321PPM226LS22压力传感器12322ADS7824转换电路设计15323时钟芯片DS13021833串口通信电路设计21331RS232和RS485简介21332与串行口有关的SFR简介23333MAX485简介与应用设计2634其他硬件电路设计29341单片机存储器的扩展29342复位电路设计30343时钟电路设计304系统软件设计3242压力数据采集程序设计3243DS1302时钟芯片驱动程序3344通信程序设计36总结39致谢40参考文献41附录421绪论11小型集散测控系统现状在工业测控领域中，采用PC机与多台单片机构成主从式结构的小型集散测控系统越来越多。它们既利用了单片机价格低、功能强、抗干扰能力好、温限宽和面向控制等优点，又结合了PC机具有丰富的硬件和软件资源，特别是它的汉字图形功能，为用户提供一个非常友好的人机界面等特点，而PC机和单片机之间的数据交流则采用串行通信方式来实现。通常以PC机（上位机）作为主站，而采用单片机（下位机）作为从站，构成主从式多机通信。通信模块多采用MAX485总线通信模块，这种模式由于具有结构简单、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。RS485是一个多引出线接口，这个接口可以有多个驱动器和接收器，可以实现一台PC和多台单片机之间的串行通信，而且RS485的最长的传输距离为1200M,适合中距离的传输。12课题研究背景及任务由于轮对压力机是机务检修中的重要组成部分，所以其在整个检修过程中起着不可忽视的作用。现当今，诸多机务检修期间，多采用简单的人工采集或半自动压力数据采集，导致精度不高而且进展缓慢。有介于此，所以开发设计了该数据采集系统。基于分布式控制结构的小型集散测控系统和工程设计的具体情况，该系统的主要任务是研究以单片机为控制核心的串行通信系统，确定有效的多机通信方法，设计基于RS485总线的数据采集系统下位机软硬件，实现轮对压力机压力的自动采集、相关数据的显示，并通过串行通信向上位机反馈相关信息。13本设计的主要结构与内容在该设计中，通过PPM226LS22型压力传感器采集压力，然后使用MAX485通信模块，将采集到的压力传输到上位机（电脑端的接收端），从而在电脑上（VB界面）显示采集到的压力。系统中使用到的主要材料有MAX485通信模块，PPM226LS22型压力传感器在实际检测时，主要通过PPM226LS22型压力传感器的压力采集功能，以及MAX485通信模块的多机串行通信功能，去实现多组压力在电脑端的显示。本设计主要分为四个部分。其中，设计的第一章（即绪论）中介绍了当前工业测控领域中的小型集散测控系统的应用和本设计背景与任务；第二章介绍数据采集系统下位机的总体设计方案；第三章简要介绍了系统的硬件电路设计；第四章介绍了系统的软件设计，主要是各模块软件设计的流程图。2数据采集系统下位机总体设计方案21设计思路系统采用RS485构成远程分布式控制网络，该网络的拓扑结构采用总线结构，而传送数据采用主从式多机通信。以PC机（上位机）作为主站，AT89C51单片机（下位机）作为从站，采用PC机的RS232C串行口与从站进行通信，传输介质为四芯屏蔽电缆。下位机硬件设计包括数据采集模块设计与串口通信技术两大主要部分，其中在数据采集模块中，详细介绍了该系统中各个主要硬件的基本参数性能及其应用；而在串口通信技术中，介绍了RS485，MAX485等基础构成的原理及应用。软件设计包括压力数据采集程序设计，系统时间采集程序设计和通信程序设计三个部分。22系统网络结构框图数据采集系统下位机的网络结构框图如图21所示。N图21系统网络结构框图23各主要功能模块简介（1）PPM226LS22型压力传感器测量范围0400600T；允许过负荷150FS；综合精度01FS、02FS、05FS；工作温度范围3070/85/最高250。PCRS232转485接口485P30P31AT89C51压力传感器485P30P31AT89C51压力传感器485P30P31AT89C51压力传感器RS485总线（2）51系列单片机采用AT89C51单片机。（3）本系统选用ADS7824转换器，其内部带有采样保持器（SHA），采用12位逐次逼这（SAR）模/数转换方式；数据可并行或串行输出，并带有三态输出缓冲电路，可直接与各种微处理器相连；在模拟信号转数字信号时具有连续转换模式；差分电压输入范围为10V，同时带有四通道多路选择器；采用单5V电源供电。正常工作情况下的功耗为50MW，能耗低。（4）时钟芯片DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2555V。采用双电源供电（主电源和备用电源）。（5）通信模块采用了MAX485总线通信模块，这种模式由于具有结构简单、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。RS485是一个多引出线接口，这个接口可以有多个驱动器和接收器，可以实现一台PC和多台单片机之间的串行通信，而且RS485的最长的传输距离为1200M,适合中距离的传输。3系统硬件电路设计31AT89C51介绍311AT89CXX系列单片机的内部结构ATMEL89系列以下简称AT89单片机是美国ATMEL公司生产的8位高性能单片机，其主要技术优势是内部含有可编程FLASH存储器，用户可以很方便地进行程序的擦写操作，在嵌入式控制领域中被广泛的应用。内部结构如图31所示T0T1T2P0P1P2P3TXDRXDINT0INT1图31MCS51系列单片机的内部结构图下面对各功能部件作进一步的说明1数据存储器RAM片内为128个字节（单元），AT89C51单片机内部有256个字节的RAM数据存储器,片内最多可外扩64K字节。2程序存储器ROM/EPROM803L无此部件，8051为4KROM，8751则为4KEPROM。AT89S51单片机内部有4KB的闪存程序存储器FLASH，当不够使用时，可扩展为64KB外部程序存储器。它们的逻辑空间是分开的，并有各自的寻址机构和寻址方式。这种结构的单片机称为哈佛型结构单片机。3中断系统具有5个中断源，2级中断优先权。4定时器/计数器2个16位的定时器/计数器，具有四种工作方式。CPUROMRAM定时/计数器中断系统串行接口并行接口数据总线地址总线控制总线时钟电路5串行口一个全双工的串行口，具有四种工作方式。6PL口、P2口、P3口、P0口为4个并行8位I/O口。7特殊功能寄存器SFR共有21个，用于对片内各功能模块进行管理、控制、监视。它们实际上是一些控制寄存器和状态寄存器，是一个特殊功能的RAM区。8微处理器CPU为8位的CPU，且内含一个1位CPU（位处理器，不仅可处理字节数据，还可以进行位变量的处理。8位机在数据采集、运算处理有明显的长处。ATMEL52子系列功能增强的具体如下四个方面1片内ROM从4KB增加到8KB。2片内RAM从128B增加到256B。3定时/计数器从2个增加到3个。4中断源从5个增加到6个。312AT89C51单片机的引脚功能AT89C51（如图32）是一种带4K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的低电压、高性能CMOS8位微处理器，俗称单片机。AT89C2051是一种带2K字节闪烁可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除100次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪烁存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C2051是它的一种精简版本。AT89C单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。XTAL218XTAL119ALE30EA31PSEN29RST9P00/AD039P01/A138P02/AD237P03/A336P04/AD435P05/A534P06/AD63P07/A732P101P112P123P134P145P156P167P178P30/RXD10P31/TX1P32/INT012P33/IT113P34/T014P37/RD17P36/W16P35/T115P27/A1528P20/A821P21/A92P22/A1023P23/A124P24/A1225P25/A1326P26/A1427U1AT89C51图32AT89C51引脚（1）AT89C51主要特性与MCS51兼容4K字节可编程闪烁存储器寿命1000写/擦循环数据保留时间10年全静态工作0HZ24HZ三级程序存储器锁定1288位内部RAM32可编程I/O线两个16位定时器/计数器5个中断源可编程串行通道低功耗的闲置和掉电模式片内振荡器和时钟电路（2）I/O端口线输入输出引脚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P1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/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4TTL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31所示表31P3的第二功能引脚第二功能信号名称P30RXD串行数据接收P31TXD串行数据发送P32INT0外部中断0申请P33INT1外部中断1申请P34T0定时/计数器0的外部输入P35T1定时/计数器1的外部输入P36WR外部RAM写选通P37RD外部RAM读选通注P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST复位输入。当振荡器复位器件时要保持RST两个机器周期的高电平时间。（3）控制线控制引脚ALE/PROG当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出，可在SFR8EH地址上置0。此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。PSEN外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的PSEN信号将不出现。EA当EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000HFFFFH），不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，EA将内部锁定为RESET；当EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。XTAL1反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2来自反向振荡器的输出。（4）振荡器特性XTAL1和XTAL2分别为反向放大器的输入和输出。该反向放大器可以配置为片内振荡器，石晶振荡和陶瓷振荡均可采用。如采用外部时钟源驱动器件，XTAL2应不接。有余输入至内部时钟信号要通过一个二分频触发器，因此对外部时钟信号的脉宽无任何要求，但必须保证脉冲的高低电平要求的宽度。313中断有关的概念所谓中断，是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的异常情况和特殊请求，CPU暂时中止现行程序，转去对随机发生的更紧迫事件进行处理，处理完毕后，CPU自动返回原来的程序继续执行。中断允许软件设计不需要关心系统其它部分的定时要求，算术程序不需要考虑隔几个指令检查I/O设备是否需要服务。相反，算术程序编写时好像有无限的时间做算术运算而无其他工作在进行。若其它事件需要服务时，通过中断告诉系统。AT89C51单片机有5个中断源，有2个中断优先级，每个中断源的优先级可以编程控制。中断允许受到CPU开中断和中断源开中断的两级控制（1）中断源中断源是指任何引起计算机中断的事件，一般一台机器允许有许多个中断源。增加很少的硬件就可把各种硬件中断源“线或”成为一个外部中断输入，然后再顺序检索引起中断的特定源。AT89C51单片机的5个中断源是外部中断请求0，由INT0P32输入；外部中断请求1，由INT1P33输入；片内定时器/计数器0溢出中断请求；片内定时器/计数器1溢出中断请求；片内串行口发送/接收中断请求。1）为了了解每个中断源是否产生了中断请求，中断系统对应设置多个中断请求触发器标志位实现记忆。这些中断源请求标志位分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。定时器/计数器控制寄存器TCONTIME/COUNTERCONTROLREGISTER如表32表32TCON寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TF0IE1IT1IE0IT0IT0、IT1外部中断0、1触发方式选择位，由软件设置。1一一下降沿触发方式，INT0/INT1管脚上高到低的负跳变可引起中断。0一一电平触发方式，INT0/INT1管脚上低电平可引起中断。IE0、IE1外部中断0、1请求标志位。当外部中断0，1依据触发方式满足条件产生中断请求时,由硬件置位IE0/IE11当CPU响应中断时,由硬件清除IE0/IE10。TF0、TF1定时器/计数器0，1T/C0，T/C1溢出中断请求标志。当T/C0，L计数溢出时,由硬件置位TF0/TF11。当CPU响应中断时，由硬件清除TF0/TF10。2）串行口控制寄存器SCON如表33表33SCON寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0T1R1RI串行口接收中断请求标志位。当串行口接收完一帧数据后请求中断，由硬件置位RI1。RI必须由软件清零。TI串行口发送中断请求标志位，TI必须由软件清零。当串行口发送完一帧数据后请求中断时，由硬件置位TI1。（2）终端的控制中断的控制主要实现中断的开关管理和中断优先级的管理，这个管理主要通过对特殊功能寄存器IE和IP的编程实现。1）中断允许寄存器IE如表34表34IE寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0EAET2ESET1EX1ET0EX0EX0、EX1外部中断0、1的中断允许位。1一外部中断0、L开中断。0一外部中断0，1关中断。ET0、ET1定时器/计数器0、1T/C0、T/C1溢出中断允许位。1T/C、T/C1开中断。0T/C0、T/C1关中断。ES串行口中断允许位。1串行口开中断，0一串行口关中断。ET2定时器/计数器2T/C2溢出中断允许位。1一T/C2开中断，0一T/C2关中断。EACPU开/关中断控制位。1一CPU开中断，0一CPU关中断。AT89C51复位时，IE被清“0”，此时CPU关中断，各中断源的中断也都屏蔽。若系统需用中断方式进行事件处理，则系统初始化程序中需编程IE寄存器。若仅一个定时器用来提供中断，其它定时器中断可被屏蔽。若程序中所有中断都不使用时，使用EA禁止。2）中断优先级寄存器IP（如表35）当系统中多个中断源同时请求中断，CPU按中断源的优先级别，由高至低分别响应。AT89C51单片机有两个中断优先级，高优先级和低优先级，每个中断源都可以编程为高优先级或低优先级。这可以实现两级中断嵌套，嵌套的原则是一个正在执行的中断服务程序可以被较高级的中断请求中断，而不能被同级或较低级的中断请求所中断。两级中断通过使用IP寄存器设置。表35IP寄存器D7D6D5D4D3D2D1D0PSPT1PX1PT0PX0PX0、PX1外部中断0、1中断优先级控制位。PS串行口中断优先级控制位。PT0、PT1定时器/计数器0、1中断优先级控制位。其中上面所有都是1一高优先级，0一低优先级。AT89C51复位时，IP被清“0”，5个中断源都在同一优先级，这时若其中几个中断源同时产生中断请求，则CPU按照片内硬件优先级链路的顺序响应中断。硬件优先级由高到低的顺序如下外部中断0IE0定时器/计数器0TF0外部中断1IE1定时器/计数器1TF1串行口中断RI十TI（3）中断响应AT89C51的CPU在每个机器周期采样各中断源的中断请求标志位，如果没有下述阻止条件,则将在下一个机器周期响应被激活了的最高级中断请求。阻止条件如下1）CPU正在处理同级或更高级的中断；2）现行机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期；3）正在执行的是RETI或是访问IE或IP的指令。CPU在中断响应后完成如下的操作1）硬件清除相应的中断请求标志；2）执行一条硬件子程序，保护断点，并转向中断服务程序人口；3）结束中断时执行RETI指令，恢复断点，返回主程序。32数据采集模块设计在数据采集模块设计中，主要包括PPM226LS22型压力传感器,ADS7824转换器和时钟芯片DS1302三大部分。321PPM226LS22压力传感器在对轮对的压力测量中，因采集数据范围要求500T，所以选择PPM226LS22型压力传感器。PPM226LS2系列应变式拉压力传感器，采用圆筒式结构，精度高，稳定性好，可拉压两用，采用激光焊接密封，改善了传感器的防潮能力，抗偏载能力强，应用于各类电子称、港口吊装、火车头拉力测试以及各种工业系统中，也可配套显示控制仪表和动静态应变仪作拉、压、称重、测力用。该型号压力传感器的实物如图33，测量范围与尺寸对照表如表36，性能指标如表37，图33PPM226LS22型压力传感器实物图表36测量范围与尺寸对照表测量范围外形尺寸MM连接螺纹MMTKNALBM0021210528468M1615015715707011590M24150102010020090160110M36303050300500117210132M4545或M643深700701007001000130224145M564或M724015020015002000200420215M1106025030025003000238500255M1306040060040006000300556315M20010表37性能指标主要技术指标传感器变送器承载方式拉式、压式、拉压式输出灵敏度2005MV/V两线420MA、三线05VDC、三线010VDC准确度01FS、02FS、05FS（线性滞后重复性）蠕变003FS/30MIN01FS、02FS、05FS（线性滞后重复性）温度对零点影响003FS/003FS/温度对量程影响002FS/002FS/输出电阻35039K绝缘电阻3000M1000M供桥电压515VDC（推荐10VDC）1236VDC（推荐24VDC）允许温度范围3070/85/最高2503070/85允许过负荷150FS150FS防护等级IP67IP67接线方式电源（）红线电源（）黑线输出（）绿线输出（）白线可选配PPM432TC1（005精度）显示控制仪表,PPM系列动/静态应变仪显示控制仪表可选配PPMTC1CTE（02、005精度）显示控制仪表322ADS7824转换电路设计ADS7824是美国BB公司推出的种低功耗4通道12位并行/串行模数转换芯片。该芯片是一种开关电容式逐次逼近模数转换芯片，其内部自带采样保持器（SHA）、时钟源、25V参考电压及与微处理器的并行/串行接口。同时，它还可以在连续转换模式下对外部4通道模拟输入信号进行顺序转换。与其它ADC相比，ADS6724具有非常低的功耗和丰富的片上资源，且内部结构紧凑，集成度高，工作性能好，可在4080范围内正常工作，非常适用于仪器仪表及便携式探测器使用。（1）ADS7824基本参数与特点内部带有采样保持器（SHA），采用12位逐次逼这（SAR）模/数转换方式。采样频率为40KHZ，最大采样与转换时间为25S。数据可并行或串行输出，并带有三态输出缓冲电路，可直接与各种微处理器相连。积分非线性（INL）最大为05LSB，无漏码的差分非线性（DNL）最大为12位。具有连续转换模式。转换无失码。典型信噪比（SNR）为73DB。孔径延迟（APERTUREDELAY）时间为40NS。内带25V基准电压，也可选用外部25V基准电压。差分电压输入范围为10V，同时带有四通道多路选择器。采用单5V电源供电。正常工作情况下的功耗为50MW；关闭模式下的功耗仅为50W。采用28脚PDIP或SOIC封装形式。（2）内部结构及引脚说明1）结构原理ADS7824采用的是具有固有采样/保持功能的电容式DAC（CDAC）转换方式，CDAC是根据电荷再分配的原理产生模拟输出电压的。它包括一列有N个按照二进制加权排列的电容，在采样阶段，阵列电容的公共端（所有电容连接的公共点）接地，所有自由端连接到输入信号；采样后，公共端与地断开，自由端与输入信号断开，这样可在电容阵列上有效的获得与输入电压成正比的电荷量；然后，所有电容的自由端接地以驱动公共端至一个负压VIN。作为二进制搜索算法的第一步，MSB电容的自由端与地断开，并连接到VREF可驱动公共端电压向正端移动VREF/2，若此时该电压小于地电压，比较器输出为逻辑1，则预示MSB大于VREF/2，否则，比较器输出为逻辑0，此时预示着MSB小于VREF/2，接下来，下一个最大的电容与地断开，并连接到VREF，通过比较器确定下一位的数值，如此循环直到判定出全部数字位。2）引脚说明ADS7824具有28个引脚（如图34），各引脚定义如下AGND1（1）、AGND2（8）模拟地。AIN0AIN3（2，3，4，5）模拟信号输入通道03，其差分输入电压范围为10V。CAP（6）内部参考电压缓冲输出，通过22F钽电容接地，可为CDAC在整个转换周期内提供适宜的开关电流。REF（7）参考电压输入/输出端。D7D5（9，10，11）当PAR/SER端为高时，为8位并行数据高三位输出，为低时呈高阻态。D4（12）当PAR/SER端为高时，该端输出8位并行数据BIT4，PAR/SER端为低时，该脚为串行时钟选择端。具体选择方式是当该端输入高电平时，串行转换采用外部串行时钟；为低电平时，串行转换采用内部时钟。D3（13）当PAR/SER端为高时，该端输出8位并行数据BIT3，PAR/SER为低时，该端输出为同步信号SYN，当系统使用多个ADS7824S时，使用该引脚可实现各个芯片数据输出的同步。DGND（14）数字地（隐藏不显示。图34ADS7824引脚图当PAR/SER端为高时，该端输出8位并行数据BIT2；PAR/SER为低时，为串行时钟信号输出。单片机通常通过两次读取操作来将数据读入，当R/C1，CS0，BYTE0时，读取高8位；当R/C1，CS0，BYTE1时，读取低4位。数据读取完成后，单片机将R/C和CS端置低40NS12S以启动下一次转换，此时BUSY输出为低电平。D1（16）当PAR/SER端为高时，该端输出为8位并行数据BIT1；PAR/SER为低时，该端为串行数据输出。D0（17）当PAR/SER为高时，该端输出为8位并行数据BIT0；PAR/SER为低时，该端为串行输出标记端。A1、A2（18，19）输入信号通道选择端。PAR/SER（20）并行/串行输出选择端。BYTE（21）字节选择控制端。在读取期间，若BYTE为0，则高8位有效；若为1，则低4位有效。R/C（22）读取/转换控制端。CS（23）片选端。BUSY（24）输出状态端。转换开始时，BUSY为低电平；转换完成后，该端输出为高电平。CONTC（25）连续转换模式控制端。CONTC为5V时，ADS7824工作在连续转换模式，此时芯片可对4个输入通道信号进行连续采集和转换。PWRD（26）电源关闭模式端，高电平有效。关闭模式时，系统将切断芯片内部模拟和数字电路的电源，以使芯片处于低功耗状态。VS1、VS2（27，28）5V电源输入端。（3）ADS7824与单片机AT89C51的并行接口ADS7824转换器与单片机AT89C51的并行接口如图35。图35ADS7824与AT89C51的并行接口323时钟芯片DS1302（1）DS1302简介DS1302是美国DALLAS公司推出的一种高性能、低功耗的实时时钟芯片，附加31字节静态RAM，采用SPI三线接口与CPU进行同步通信，并可采用突发方式一次传送多个字节的时钟信号和RAM数据。实时时钟可提供秒、分、时、日、星期、月和年，一个月小与31天时可以自动调整，且具有闰年补偿功能。工作电压宽达2555V。采用双电源供电（主电源和备用电源），可设置备用电源充电方式，提供了对后背电源进行涓细电流充电的能力。DS1302的外部引脚分配如图36所示。DS1302用于数据记录，特别是对某些具有特殊意义的数据点的记录上，能实现数据与出现该数据的时间同时记录，因此广泛应用于测量系统中。RST5SCLK7I/O6X12X23VCC18VCC21图36DS1302的引脚分配各引脚的功能为VCC1主电源；VCC2备份电源。当VCC2VCC102V时，由VCC2向DS1302供电，当VCC20I/循环8次移位SCLK0TEMPADDRDIOBITTEMP/每次传输低字节ADDR1/右移一位SCLK1/发送数据FORI8I0ISCLK0TEMPDATDIOBITTEMPDAT1SCLK1CE0/数据读取子程序UNSIGNEDCHARREAD1302UNSIGNEDCHARADDRUNSIGNEDCHARI,TEMP,DAT1,DAT2CE0SCLK0CE1/发送地址FORI8I0I/循环8次移位SCLK0TEMPADDRDIOBITTEMP/每次传输低字节ADDR1/右移一位SCLK1/读取数据FORI8I0IACC_7DIOSCLK0ACC1SCLK1CE0DAT1ACCDAT2DAT1/16/数据进制转换DAT1DAT116/十六进制转十进制DAT1DAT1DAT210RETURNDAT1/初始化DS1302VOIDINITIALVOIDWRITE1302WRITE_PROTECT,0X00/禁止写保护WRITE1302WRITE_SECOND,0X56/秒位初始化WRITE1302WRITE_MINUTE,0X34/分钟初始化WRITE1302WRITE_HOUR,0X12/小时初始化WRITE1302WRITE_PROTECT,0X80/允许写保护44通信程序设计本系统中下位机通信采用的是单片机AT89C51，这是在国内应用相当广泛的一款单片机，程序用C51来编写。从实时性角度来考虑，下位机的通信方式采用中断方式，这样下位机程序就包括了下位机主程序和下位机中断服务程序。主程序用于定时器T1初始化、串行口初始化和中断初始化，中断服务程序用于对上位机的通信。（1）主程序流程图如图42。串行口初始化，定时器T0初始化串行口中断优先级为高开CPU中断，启动定时器T0等待是否有接收中断进入定时中断服务程序进行压力采集执行串行中断接收服务程序进入定时中断服务程序进行压力采集进入定时中断服务程序进行压力采集是否图42主程序流程图以下是主程序代码VOIDMAINVOIDTMOD0X21/设置定时器T1工作方式为2，定时器T0工作方式为1TH0655362000/256/定时器T0设置1MS中断初始值TL0655362000256PCON0X00/电源控制寄存器的设置，串行口波特率加倍位为0/SCON0X50/串行口控制寄存器的设置，串行口工作方式为1IP0X10/中断优先级寄存器的设置，串行口中断优先级为高TH10XFDTL10XFD/设置串行口波特率为9600，频率为110592MHZCON_4850/使MAX485处于接受状态ES1/串行口中断开ET10/开T/C1中断TR11/启动T/C1ET01/开T/C0中断EA1/开CPU中断WHILERESETPULSEWRITECOMMANDTOPPM226LS220XCC/跳过读序号列号的操作WRITECOMMANDTOPPM226LS220X44/启动压力转换TR01/启动T/C1WHILE1/等待IFREFLAG61/是接受标志REFLAG60/清接受标志FSDATA/调用发送函数（2）串行中断接收流程图所谓中断，是指当计算机执行正常程序时，系统中出现某些急需处理的异常情况和特殊请求,CPU暂时中止现行程序，转去对随机发生的更紧迫事件进行处理，处理完毕后，CPU自动返回原来的程序继续执行。串行中断接收流程图如图43。入口关中断否是否接收中断是TI0接收数据，RI0否是站号否置接收标志，发送对应站号的压力开中断返回图43串行中断接收流程图是总结毕业设计完成了，在与组员一起参加毕业设计的这段时间里，我学到了很多以前没有接触过的知识。我很感激学校给我这次机会，能够让我在离校之前，通过毕业设计来进一步夯实巩固我们这四年所学的测控专业的知识，为我们更好的踏入社会做一个铺垫。大学四年里，我们学习的是测控专业的知识，看似基础扎实的我们，在毕业设计的过程中我们遇到了许多或大或小的问题，但因为我的专业知识不过关而认为很棘手。“书到用时方恨少”，扪心自问，这几年时间里我并没有尽心尽力的去学习，愧对我们的老师，愧对我们的父母。我的毕业设计题目是基于RS485总线的数据采集系统下位机软硬件设计，一开始看到这个题目时我觉得很紧张，觉得对它很陌生，我对自己没有太大的信心，害怕做不好。现在回头想想，觉得其实自己想的太多了，一步一步，靠着平时的努力，我还是一步一步向课题靠近。记得曾听说过这样一句话“怕字当头万事难”，现在我深有体会。在毕业设计过程中，在卫晓娟老师的指导下，我学会了很多，认识和掌握了许多知识（AT89C51、MAX485等），这对我都是一种补充。各个芯片的引脚功能，外围电路都是我们应该掌握的东西。从原理图总的框架到实际的电路图都凝结了我们的汗水，当然我们也走了很多的弯路，经过多次修改，我才完成现在的设计论文。这次毕业设计把我们的基础知识与创新意识相结合、个人作用与团队合作相结合，全方位、综合性的提高了我们的专业素质和专业动手能力，令我终身受益。基于RS485数据采集系统可实现对多点压力的测量与传输，通过上位机的计算实现多点压力的监控的目的。PC机则因为丰富的软、硬件资源，被广泛应用于网络监控系统中。串行通信是计算机和外部设备进行数据交换的重要渠道，由于其成本低，性能稳定并遵循统一的标准，这都将在工程中被广泛应用。致谢在论文完成之际，我的心情万分激动。从论文的选题、资料的收集到论文的撰写编排整个过程中，我得到了许多的热情帮助。四年大学生涯的学习，我所收获的不仅仅是愈加丰厚的知识，更重要的是在阅读、实践中所培养的思维方式、表达能力和广阔视野。很庆幸我遇到了许多恩师益友，无论在学习上还是生活上都给予了我无私的帮助和热心的照顾，让我在诸多方面都有所成长。感恩之情难以用语言量度，谨以最朴实的话语致以最崇高的敬意。感谢我的导师卫晓娟老师。一直以来卫老师对我的学习要求非常严格，并给予了悉心的指导，使我受益菲浅。从老师身上我体味到了丰富的学养、严谨的作风、求实的态度，勤奋的精神，这都成为了我不断前行的动力和标杆。您的谆谆教诲也铭记于我心，对此我深深感激。她时刻关心我的毕业设计进程，并对我所遇到的问题进行了悉心的指导，使我能够不断地学习提