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关键字：STC12C5A60S2 单片机
RS-485差分方式接口
1、系统方案选择与论证.................................................1
1.1 题目要求.........................................................1
1.1.1 基本要求....................................................1
1.1.2 发挥部分 ...................................................1
1.2 系统基本方案.....................................................1
1.2.1 各模块电路的方案选择及论证.................................1
1.2.2 系统各模块的最终方案.......................................1
2、系统硬件设计与实现.......................................
系统硬件模块关系.......................................
2.1.1 系统总体框图.......................................
2.1.2 系统整体电路.......................................
主要单元电路的设计.......................................
正弦信号发生器设计.......................................
2.2.1.1 ICL8038简介.......................................
模块设计....................................... 2.2.2
F/V变换电路设计.......................................
2.2.2.1 LM331简介.......................................
2.2.2.2 模块设计.......................................
信号采集处理部分设计.......................................
通信模块部分设计.......................................
数据显示电路设计....................................... 2.2.6
按键电路设计....................................... 2.3
小结.......................................
3、系统软件设计.......................................
A\D数据采集程序.......................................
通信程序......................................
3.2.1 数据发送程序.......................................
3.2.2 数据接收程序.......................................
显示程序.......................................
小结.......................................
4、测试结果与误差分析
4.1 测试表格.......................................
4.2 误差分析.......................................
1. 系统方案选择和论证
1.1 题目要求
设计一个八路数据采集系统。系统原理框图如1.1.1图：
主控器能对50米以外的各路数据,通过串行传输线（实验中用一米线代替）进
行采集和显示。具体设计任务是：
（1）现场模拟信号产生器。
（2）八路数据采集器。
（3）主控器。
1.1.1 基本要求
（1）现场模拟信号产生器。自制一正弦波信号发生器,利用可变电阻改变振
荡频率,使频率在200Hz～2kHz范围变化,再经频率电压变换后输出相应1～5v直流电压（200Hz对应1v,2kHz对应5v）
（2）八路数据采集器。数据采集器第一路输入自制1V～5V直流电压,第2～
7路分别输入来自直流源的5V、4V、3V、2V、1V、0V直流电压（各路输入可由分压器产生,不要求精度）。第八路备用。将各路模拟信号分别转换成8位二进制数字信号,在经并/串变换电路,用串行码送入传输线路。
（3）主控器。主控器通过串行传输线路对各路数据进行 采集和显示。采集方式包括循环采集（即1路、2路……7路、1路……）和选择采集（任选一路）二种方式。显示部分能同时显示地址和相应的数据。
1.1.2 发挥部分
（1）利用电路补偿和其他方法提高可变电阻值变化与输出直流电压变化的线
（2）尽可能减少传输线数目。
（3）其他功能的改进（例如：增加传输距离，改善显示功能等）。
1.2 系统基本方案
根据题目要求系统模块分可以划分为：现场信号发生模块，V/F变换模块，信号采集处理模块，通信控制模块，显示模块。系统的框图如图1.2.1所示。为实现各模块的功能，分别做了几种不同的设计方案并进行了论证。
图1.2.1所示为系统基本功能模块图
系统基本功能模块图
1.2.1 各模块电路的方案选择及论证
（1）现场信号发生模块
该模块工作在远距离终端，作为模拟待采样的信号源，产生正弦波。对于该模块有以下两种方案：
方案一：采用ICL8038集成芯片。构成三角波发生器及正弦整形电路。该IC电路属于积分型施密特压控多谐振荡器，工作范围0.001HZ～300KHZ，完全可以达到设计要求。
方案二：LC正弦波振荡器。有电容三点式和电感三点式振荡器以及克拉波和西勒振荡器
方案二对环境要求较高，调试困难，误差较大；方案一电路简单，调试简便，所以选用方案一。
（2）F/V变换模块
该模块引入信号发生器产生的信号，将信号的频率转换成相应电压。
在实际应用中，一般采集电路采集的信号都是电压，但是模拟信号有缺点，不适合远距离传输，传输过程中很有衰减、不准，所以有的时候需要V/F把电压信号，转换成频率进行传输，到采集端又需要进行F/V转换，方便采集。
为了减小误差，所以需要转换电路有很好的线性度。有两种方案：
方案一：采用美国AD公司生产的AD650集成电路；
方案二：采用美国NS公司生产的LM331集成电路；
方案一线性度要好于方案二，但是AD650价格较为昂贵，而LM331能满足要求，所以这里我们采用的是LM331芯片构成的电路作为F\V转换模块。
信号采集处理模块
该模块将F/V变换模块输出的电压进行A/D转换，将模拟量电压转换
成单片机可处理的数字量。
方案一：采用常用的ADC0809；
方案二：采用STC12C5A60S2单片机自带的A/D转换器；
两个方案都能满足题目要求的转换输出8位二进制信号，本着简约的原则，我们采用了方案二。
（4）通信控制模块
该模块实现远距离传输信号，将采集的信号送到主控模块进行相应处理。有两个方案：
方案一：采用RS-232通信标准； 方案二：采用RS-485通信标准；
采用RS-232标准，通信距离较短（大概十几米）；而RS-485标准则可以实现远距离传输（最大距离上千米）； 应题目要求，所以采用RS-485标准；
（5）显示模块
该模块在主控端，用于显示接收到的数据。 方案一：采用数码管显示； 方案二：采用LCD液晶显示；
方案一要额外增加锁存器等驱动电路，而且不稳定，调试较为麻烦；而方案二中LCD则具有功耗小、平面直角显示以及影象稳定不闪烁，可视面积大，画面效果好，抗干扰能力强等特点。所以选用方案二。
1.2.2 系统各模块的最终方案
根据以上方案，结合器件和实现条件等因素，确定如下方案：
（1）.利用ICL8038集成芯片来作为正弦波信号的产生器。
（2）F/V变换模块采用LM331频压变换器。
（3）.采用双单片机STC12C5A60S2来实完成信号的采集与处理。
（4）.单片机之间的通信选取RS-485的通信标准。
（5）.显示模块的选用LCD1602液晶显示。
小结：这一部分主要介绍了整个系统的构思，以及各个模块的方案比较与选择。
2. 硬件设计与实现
2.1 系统硬件模块关系
该系统采用的是双单片机进行控制的。模拟信号经过一系列的变化传输到由单片机控制的ADC0809A/D转换器内部进行处理。按照一定的协议实现主单片机对从单片机的通信控制。
系统总体框图
系统总体框图
系统总体电路图
2.2 主要单元电路的设计
正弦信号发生器设计
2.2.1.1 ICL8038简介
芯片引脚图
各引脚功能：
脚1、12（Sine Wave Adjust）：正弦波失真度调节； 脚2（Sine Wave Out）：正弦波输出； 脚3（Triangle Out）：三角波输出；
脚4、5（Duty Cycle Frequency）：方波的占空比调节、正弦波和三角波的对称调节； 脚6（V+）：正电源±10V～±18V；
脚7（FM Bias）：内部频率调节偏置电压输入； 脚8(FM Sweep)：外部扫描频率电压输入；
脚9（Square Wave Out）：方波输出，为开路结构； 脚10（Timing Capacitor）：外接振荡电容； 脚11（V－ or GND）：负电原或地； 脚13、14（NC）：空脚。
电路图分析
F/V变换电路设计
信号采集处理部分设计
信号采集由STC12C5A60S2自带的A/D控制器完成，STC12C5A60S2自带的A\D在P1-P7口，有8路10位的A/D转换器；可以通过软件设置将8路中的任何一路设置为A/D转换，不需作为A/D使用的口可继续作为I/O口使用。
STC12C5A60S2系列单片机ADC(A/D转换器）的结构如下图所示。
A/D转换结束后，最终的转换结果保存到ADC转换结果寄存器ADC_RES和ADC_RESL，同时，置位ADC控制寄存器ADC_CONTR中的A/D转换结束标志位ADC_FLAG,以供程序查询或发出中断申请。模拟通道的选择控制由ADC控制寄存器ADC_CONTR中的CHS2 ~ CHS0确定。
式中，Vin为模拟输入通道输入电压，Vcc为单片机实际工作电压，用单片机工作电压作为模拟参考电压。
通信模块部分设计
本系统采用两个单片机来实现系统控制的。便于改变从单片机的数据采集方式，尽量减小传输线数目。由于系统采用具有自动控制的单片机，故该系统具有智能化处理能力，可以对不同错误做出处理。
按照题目要求，要传输的数据有采集的数据以及通道地址，所以需要分两次传输。
双单片机之间的通信实际采用
MAX485构成接口器件,传输速率为2.4Kbps，在此情况下可以保证两个单片机之间的良好通信。其电路图如图2.2.4.1所示。
图中P1?为单片机任一控制端口，用于使能MAX485的发送和接收。
数据显示电路设计
需要显示的数据有采集的数据和通道号。
LCD1602与单片机连接电路图
2.2.6 按键电路设计
应题目要求，需要通过按键来选择是各通道循环采集数据显示或者选择特定通道数据进行显示。
这一部分主要是系统各部分硬件电路的详细设计，以及各模块功能的实现。
3、系统软件设计
系统的软件设计采用C语言设计，用Keil μVision4进行程序的编写，可以实现对八路数据的采集与处理，并能实现对数据、地址的显示。
3.1 主程序设计
从机程序设计
主机程序设计
A\D数据采集程序
3.3 通信程序
3.2.1 数据发送程序
3.2.2 数据接收程序
摘要：本系统采用两块STC12C5A60S2单片机进行控制，从单片机用于八路数据 的采集以及发送采集的数据，主单片机完成数据接收以及显示工作；两块单片机 之间的通信采用国际标准的RS-485差分方式接口。该系统实现了一种实用型远距 离数据采集传送的…
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