畢業(yè)設(shè)計(jì)---通用單片機(jī)工業(yè)控制板系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)題目：通用單片機(jī)工業(yè)控制板系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　學(xué)生姓名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號： </b></p><p><b>　　專業(yè)班級： <

2、/b></p><p>　　學(xué) 部：基礎(chǔ)教學(xué)部</p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　2011年 06月 15日</p><p><b>　　附表4：</b></p><p>　　本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書</p>&l

3、t;p><b>　　（由指導(dǎo)教師填寫）</b></p><p>　　注：任務(wù)書的具體內(nèi)容可依據(jù)各系要求進(jìn)行修正。另，學(xué)生所做畢業(yè)設(shè)計(jì)的工作的研究成果歸河北聯(lián)合大學(xué)輕工學(xué)院所有，學(xué)生不能向第三方泄露有關(guān)成果內(nèi)容和技術(shù)秘密。</p><p><b>　　2011屆畢業(yè)設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　開

4、題報告</b></p><p>　　通用單片機(jī)工業(yè)控制板系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　2011年 4月25日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要1</b></p><p>　　Abstract2</p>&

5、lt;p><b>　　1.緒論3</b></p><p>　　1.1 系統(tǒng)背景3</p><p>　　1.2 系統(tǒng)概述5</p><p>　　2工控板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想與方案論證6</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)構(gòu)想6</b></p><p>　　2.2

6、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖的繪制7</p><p><b>　　2.3方案論證7</b></p><p>　　3主要芯片介紹16</p><p>　　3.1 STC 11F02芯片的介紹16</p><p>　　3.2 RS232接口芯片MAX23219</p><p>　　4單片機(jī)工控板硬件電路

7、的設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1 電源電路21</p><p>　　4.2 RS232串口電平轉(zhuǎn)換電路23</p><p>　　4.3輸入電路輸出電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.4單片機(jī)時鐘電路34</p><p>　　4.5整體電路35</p><p>　　5．工業(yè)控制

8、板系統(tǒng)設(shè)計(jì)37</p><p>　　5.1系統(tǒng)概述37</p><p>　　5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及各部分介紹37</p><p><b>　　6．軟件設(shè)計(jì)42</b></p><p>　　6.1軟件概述42</p><p>　　6.2 EPROM讀寫程序43</p><

9、;p>　　6.3看門狗程序44</p><p>　　6.4通用板電機(jī)正反轉(zhuǎn)控制程序47</p><p><b>　　7結(jié)論49</b></p><p><b>　　謝 辭50</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)51</b></p><

10、;p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著社會的進(jìn)步和工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，去各種各樣的工業(yè)現(xiàn)場，沒有什么地方看不到工業(yè)自動化控制的設(shè)備。這些設(shè)備中，往往大量應(yīng)用PLC，從編程的角度來看，這些PLC所要完成的功能非常簡單，如果我們用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)其功能，那是輕而易舉的。PLC畢竟是昂貴的，如果有把握用單片機(jī)控制板來替代，肯定有市場，關(guān)鍵在于你要有把握。單片機(jī)工業(yè)控制板就是為這樣的

11、應(yīng)用而度身定做的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)的（08-06）單片機(jī)工業(yè)控制板可用于各種二十個點(diǎn)以內(nèi)的控制系統(tǒng)，可用于替代二十點(diǎn)以內(nèi)的PLC用于各種控制場合（如各種機(jī)器控制）。本設(shè)計(jì)結(jié)合實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)，介紹了（08-06）單片機(jī)工業(yè)控制板的控制系統(tǒng)的各個組成部分，以及講解了代替PLC的應(yīng)用實(shí)例。</p><p>　　該系統(tǒng)由上位機(jī)和下位機(jī)兩大部分組成。下位機(jī)系統(tǒng)包括輸入電路，輸出電路，并提供

12、標(biāo)準(zhǔn)RS232通信接口，芯片使用了STC公司的STC11F02單片機(jī)和MAX232芯片。電源部分由外接24V和5V電源經(jīng)硬件電路濾波提供。另外還用到地址鎖存器，和光電耦合器。上位機(jī)部分使用了通用PC。</p><p>　　關(guān)鍵字：工控板；串行通信；單片機(jī)</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　As the i

13、ndustry and the society developing, To a wide variety of industrial field, there is no place can not see industrial automation and control equipment.These devices, often a large number of PLC, From a programming point of

14、 view, these should be completed by the function of PLC is very simple, if we use SCM to achieve its function, it is easy, after all, PLC is expensive, If there is to Industrial control board to replace SCM, Then it must

15、 surely have a market, the key is you have a grasp. </p><p>　　The design (08-06) microcontroller can be used for various industrial control panel 20 points within the control system, can be used to replace 2

16、0:00 within the PLC for control of various occasions (such as machine control). This design practical experience on the (08-06) SCM industrial control panels control the various components of the system, and on the PLC t

17、o replace the Gallery.</p><p>　　The system is constituted by two parts the crew part and displayed part. The crew includes input circuit, the output circuit, and to provide standard RS232 communication inter

18、face, chip USES the STC STC11F02 single-chip microcomputer and the company MAX232 chip. Power in part by the external 24V and 5V by hardware circuit filtering provide power. In addition also used address latches, and pho

19、toelectric coupler. PC parts used the general PC.Keyword: Industrial Control Board; Serial Communication;</p><p>　　Keywor ds: Control panels; Serial communication; SCM</p><p><b>　　1.緒論<

20、;/b></p><p><b>　　1.1 系統(tǒng)背景</b></p><p>　　去各種各樣的工業(yè)現(xiàn)場看一看，幾乎沒有什么地方看不到工業(yè)自動化控制的設(shè)備。在這些簡單的設(shè)備中，往往大量應(yīng)用PLC，從編程的角度來看，這些PLC所要完成的功能非常簡單，如果用單片機(jī)來實(shí)現(xiàn)其功能，那是輕而易舉的。如果一定要做一個明確的說明的話，可以這么說：可能只要幾十個字節(jié)的程序量就能

21、完成那些PLC所要完成的功能。如果你了解這臺機(jī)器的工作流程或者你就是這樣一臺機(jī)器的操作者，又略懂一些單片機(jī)，那么這樣的程序完全可以寫出來。可是，那里沒有用到單片機(jī)，而是用的PLC，為什么呢？關(guān)鍵在于可靠性！工業(yè)現(xiàn)場的苛刻要求，不要說是初學(xué)者，就是富有經(jīng)驗(yàn)的開發(fā)者，往往也覺得頭痛。一臺設(shè)備數(shù)十萬或更貴，設(shè)計(jì)者當(dāng)然不愿意承擔(dān)風(fēng)險去用單片機(jī)控制板，而是寧愿先用貴一些的PLC。但PLC畢竟是昂貴的，如果有把握用單片機(jī)控制板來替代，肯定會有市場，

22、關(guān)鍵在于你要有把握。單片機(jī)工業(yè)控制板就是為這樣的應(yīng)用而度身定做的。</p><p>　　在學(xué)習(xí)中我們發(fā)現(xiàn)，工業(yè)現(xiàn)場很難發(fā)現(xiàn)有國產(chǎn)單片機(jī)設(shè)備的蹤影，尤其是介入控制部分的，幾乎都是國外的產(chǎn)品一統(tǒng)天下。我們在做東西的過程中，也是酸甜苦辣各種滋味都嘗到，摸爬滾打，滿身傷痕，經(jīng)過一段時間的摸索，逐漸掌握了一些規(guī)律，在解決工業(yè)現(xiàn)場干擾嚴(yán)重、單片機(jī)系統(tǒng)工作不可靠的問題上有了一些經(jīng)驗(yàn)，所做的一些產(chǎn)品、系統(tǒng)都能可靠地運(yùn)行于各種工業(yè)

23、應(yīng)用現(xiàn)場。我們認(rèn)為，要能夠做好工控產(chǎn)品，關(guān)鍵是對控制對象的理解，指望有什么技術(shù)可以一勞永逸解決所有問題是不現(xiàn)實(shí)的，也是開發(fā)者不成熟的標(biāo)志。舉例來說，如果你設(shè)計(jì)一臺測重儀器，那么你事先一定要知道這臺儀器的測量范圍是多少，測量精度有多高，連續(xù)測量的速度有什么要求等等，如果在做儀器之前的想法是：范圍越大越好，精度越高越好，速度越快越好。那么可以說你這臺儀器一定做不成功！除了你拿它來評獎有用之外，不會有實(shí)用價值，更不會有商業(yè)價值。這一點(diǎn)并不難理

24、解，同樣，工業(yè)品的抗干擾處理也是如此，如果你說：抗干擾能力越強(qiáng)越好，什么樣的干擾都能抗最好。那意味著你對所要控制的對象，即將面對的干擾源認(rèn)識還不足，你很難做好項(xiàng)目，或者要為此付出極大的代價。但是，要對所遇到的干擾源有充分的認(rèn)識，談何</p><p>　　在我們的學(xué)習(xí)中，我們掌握了一些規(guī)律，我們借助“平臺”這一概念，用我們掌握的知識，我認(rèn)為，單片機(jī)用于工業(yè)設(shè)備控制的條件已成熟，具體有這樣的一些表現(xiàn)：</p&g

25、t;<p>　　（1）．單片機(jī)開發(fā)工具日益成熟</p><p>　　目前，手提電腦的價格已日漸平民化，二手手提電腦的價格更低，因此，將手提電腦帶到工業(yè)現(xiàn)場已不再是奢望。優(yōu)秀的單片機(jī)開發(fā)軟件如Keil的出現(xiàn)使得 “軟件仿真＋寫片驗(yàn)證”成為一種重要的開發(fā)方式。</p><p>　　（2）．單片機(jī)的新特性也為其工業(yè)現(xiàn)場應(yīng)用創(chuàng)造了條件</p><p>　　目前

26、，單片機(jī)的品種不斷增加，新的單片機(jī)加入了很多新特性，如內(nèi)部RAM、Flash Rom的增加等，為高級語言的普遍使用創(chuàng)造了條件；幾乎都有ISP（在線編程）的功能，便于采用“軟件仿真＋寫片驗(yàn)證”的開發(fā)方式，一條下載線即可解決問題；采用SST系列單片機(jī)更可實(shí)現(xiàn)在板仿真功能。</p><p>　　（3）．一線工人素質(zhì)不斷提高</p><p>　　很多一線工人有中職、中專、大專甚至本科學(xué)歷，計(jì)算機(jī)的

27、操作不成問題，有一些在學(xué)校中就學(xué)過一至二門的高級語言，甚至就學(xué)過C語言，因此，在掌握單片機(jī)的初步知識后，學(xué)習(xí)C語言編程不成為障礙。</p><p>　?。?）．實(shí)時操作系統(tǒng)的普及也使得單片機(jī)開發(fā)更容易</p><p>　　近年來，實(shí)時操作系統(tǒng)（RTOS）逐漸普及，加之單片機(jī)硬件價格的下降，使用操作系統(tǒng)編程不再是夢想。由于操作系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)專家編寫，并經(jīng)市場驗(yàn)證，因此，其性能是完全可以得到保證

28、的，借助于操作系統(tǒng)編程，可使程序更易寫，并能得到更高的可靠性。</p><p>　　單片機(jī)仿PLC工業(yè)控制板價格便宜，使用簡單，穩(wěn)定性不遜專用PLC，實(shí)在是小型自動控制中優(yōu)選控制器。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的單片機(jī)工業(yè)控制板具有以下優(yōu)點(diǎn):</p><p>　?。?）.定位準(zhǔn)確 應(yīng)用目標(biāo)鎖定在工業(yè)控制，需要的人就去用，不需要的人不必為此花錢，便于愛好者選擇。&l

29、t;/p><p>　　（2）.經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn) 不僅所采用的是經(jīng)過實(shí)踐檢驗(yàn)的成熟技術(shù)，而且所面向的是經(jīng)實(shí)踐檢驗(yàn)的有前途的行業(yè)，這一點(diǎn)很重要；</p><p>　?。?）.開發(fā)簡單 所做的就是開關(guān)量控制，不涉及模擬量，不用到復(fù)雜的測量、顯示等技術(shù)，只提供一個顯示模塊作為選用件，為使用者限制了應(yīng)用范圍。開關(guān)量控制的編程相對比較簡單，但是其應(yīng)用范圍卻極廣，如果能把這一塊做好，就能找到發(fā)揮自己能力的舞臺。

30、</p><p><b>　　1.2 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）組成單片機(jī)工業(yè)控制板系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位機(jī)（PC）控制下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)控制。下位機(jī)采用的是單片機(jī)工業(yè)控制板系統(tǒng)。系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工

31、業(yè)控制。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在各種二十個點(diǎn)以內(nèi)的控制系統(tǒng)，可控制氣缸，電磁閥，繼電器，步進(jìn)電機(jī)，可外接光電式，電容式，電感式，霍爾式等各種傳感器；可用于替代二十點(diǎn)以內(nèi)的PLC用于各種控制場合（如各種機(jī)器控制）.</p><p>　　2工控板系統(tǒng)的設(shè)計(jì)構(gòu)想與方案論證</p><p><b>　　2.1設(shè)計(jì)構(gòu)想</b></p><p>　　根據(jù)單片機(jī)工業(yè)

32、控制板系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，整理出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容。</p><p>　　方案采用STC11F02八位單片機(jī)實(shí)現(xiàn)。單片機(jī)軟件編程的自由度大，可通過編程實(shí)現(xiàn)各種各樣的算術(shù)算法和邏輯控制。而且體積小，硬件實(shí)現(xiàn)簡單，安裝方便。既可以單獨(dú)進(jìn)行控制工作，還可以與PC機(jī)通信.運(yùn)用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行工業(yè)控制，組成整個工業(yè)控制板系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制。另外單片機(jī)工控板在工業(yè)控制上也有著廣泛

33、的應(yīng)用，編程技術(shù)及外圍功能電路的配合使用都很成熟。</p><p><b>　　此設(shè)計(jì)需要的內(nèi)容：</b></p><p><b>　　系統(tǒng)的輸入量</b></p><p>　?、佥斎肓款愋停簲?shù)字量</p><p>　?、谳斎肓康膫€數(shù)：（單位點(diǎn)或路）</p><p><

34、b>　　a.輸入量的個數(shù)</b></p><p>　　b.多個輸入量之間的關(guān)系 單端輸入 差動輸入</p><p><b>　　（2）系統(tǒng)的輸出量</b></p><p><b>　　輸出量類型；數(shù)字量</b></p><p>　　數(shù)字量類型：直流輸出，繼電器干接點(diǎn)輸出， PNP發(fā)

35、射極開路（主要是歐美產(chǎn)品）。</p><p><b>　?。?）網(wǎng)絡(luò)通訊</b></p><p>　?、偻ㄐ趴偩€類型：通訊RS232 接口、、CAN總線 工業(yè)以太網(wǎng)</p><p><b>　?、谕ㄐ潘俣?lt;/b></p><p><b>　?。?）系統(tǒng)顯示</b></p&

36、gt;<p><b>　?、傧到y(tǒng)顯示的內(nèi)容</b></p><p>　　a.系統(tǒng)狀態(tài)指示、電源 開關(guān)量輸入輸出</p><p>　　b.各路輸入信號LED燈顯示和各繼電器的工作狀態(tài)LED燈顯示</p><p><b>　?、谙到y(tǒng)顯示類型</b></p><p><b>　　L

37、ED燈指示</b></p><p><b>　　系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)</b></p><p>　?、佥斎腚妷旱念愋停褐绷?lt;/p><p>　　②輸入電壓的范圍：5V-24V</p><p><b>　　③輸出電壓值和個數(shù)</b></p><p>　　a.電壓值：單片機(jī)和外

38、圍器件的工作電壓</p><p>　　b.個數(shù)：不同種電壓值的類型，相同電壓隔離的要求。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能圖的繪制</p><p>　?。?）整理出系統(tǒng)包含各功能模塊，繪制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能框圖：</p><p>　　圖1工業(yè)控制板系統(tǒng)圖</p><p>　　工業(yè)控制板的結(jié)構(gòu)功能框圖：</p&g

39、t;<p>　　圖2工業(yè)控制板結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　　單片機(jī)工業(yè)控制板硬件設(shè)計(jì)主要包括以下幾個模塊：電源以及復(fù)位電路，8路開關(guān)量光電隔離輸入電路，6路 開關(guān)量光電隔離輸出，串口通訊電路。</p><p><b>　　2.3方案論證</b></p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)功能框圖和設(shè)計(jì)要求，選取主要器件的型號</p&

40、gt;<p>　　主要器件：單片機(jī)、總線通訊芯片、存儲器、時鐘、電源、輸入輸出接口電路、RS232轉(zhuǎn)換器的器件。</p><p><b>　　單片機(jī)的選擇：</b></p><p>　　根據(jù)：系統(tǒng)的處理數(shù)據(jù)量、系統(tǒng)響應(yīng)速度要求、系統(tǒng)需要的I/O接口的個數(shù)、系統(tǒng)的應(yīng)用場合、成本。用STC11/10xx系列的單片機(jī)取代傳統(tǒng)的89系列及2051系列單片機(jī)，成本

41、更低，性能更強(qiáng)，原有程序直接使用，硬件無需改動，產(chǎn)品更小更輕，功耗更低，有開門狗電路，可以省去外部看門狗電路。對于高速控制器ARM和DSP來說，成本又成為了取舍的瓶頸;AVR、EMC、PIC等單片機(jī)無論在功能還是速度上都可滿足本系統(tǒng)的要求，但在能夠滿足運(yùn)行速度的前提下，硬件資源的有效利用便成了選型的關(guān)鍵，綜合評定上述控制器，STC系列單片機(jī)比51系列單片機(jī)優(yōu)點(diǎn)多，超強(qiáng)抗干擾、抗靜電（可抗2WV靜電測試），速度快，超低功耗（使用于電池供電

42、系統(tǒng)，水表，氣表，便捷設(shè)備），并能滿足本系統(tǒng)的要求，再加上其成本最為低廉，同時能夠最加有效的利用資源，及可靠性高等特點(diǎn)，因此，本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集部分以STC系列單片機(jī)為微控制器，采用STC公司生產(chǎn)的STC11F02。STC11F02是STC公司的新一代8051單片機(jī)，其輸出引腳和指令系統(tǒng)都與MCS一51兼容。內(nèi)部集成看門狗計(jì)時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時器單元電路。</p><p>　　（2）總線：根

43、據(jù)應(yīng)用場合設(shè)定</p><p>　　實(shí)例選擇：RS232總線類型 采用MAX232接口芯片。MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。主要特點(diǎn)：1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。2、只需要單一 +5V電源供電。3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓。4、低功耗，典型供電電流5mA。 5、內(nèi)部集成2個RS-232C

44、驅(qū)動器。6、內(nèi)部集成兩個RS-232C接受器。</p><p>　?。?）電源：根據(jù)需要的電壓值和系統(tǒng)可能最大功率</p><p>　　實(shí)例選擇：單片機(jī)STC11F02 和其他部分芯片用外圍驅(qū)動電源+5V供電，繼電器電路用外接24V電源供電。</p><p>　　因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，且底層電路功耗很小。采用硬件電路進(jìn)行濾波穩(wěn)壓即可滿足通用板最小系統(tǒng)要求。&l

45、t;/p><p>　?。?）輸入采用：共陽極輸入</p><p>　?。?）輸出采用：PNP發(fā)射極開路輸出電路</p><p>　?。?）MAX232芯片 轉(zhuǎn)換器的器件選擇：</p><p>　　PC機(jī)配有標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口，而單片機(jī)工業(yè)控制板的通信輸出的是TTL電平。因此，單片機(jī)工業(yè)控制板與PC機(jī)之間通訊時，需要電平轉(zhuǎn)換。采用轉(zhuǎn)換器作為單片機(jī)

46、工業(yè)控制板與PC之間通訊的橋梁。</p><p><b>　　3主要芯片介紹</b></p><p>　　3.1 STC 11F02芯片的介紹</p><p>　　主控制芯片采用8位單片機(jī)STC11F02，STC11F02是宏晶科技推出的產(chǎn)品，完全兼容89C51產(chǎn)品，可以取代ATMEL公司的AT89C2051，功能強(qiáng)大的STC11F02單片機(jī)

47、可以提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。STC11/10XX系列可以兼容89CXX等51系列芯片，STC11/10XX系列單片機(jī)相對于89C51增加的新功能包括：ISP在線編程功能，這個功能的優(yōu)勢在于改寫單片機(jī)存儲器內(nèi)的程序不需要把芯片從工作環(huán)境中剝離，是一個強(qiáng)大易用的功能；工作頻率為0-35MHz，大家都知道89C51的極限工作頻率只有24M，就是說STC11/10XX具有更高工作頻率，從而具有了更快的計(jì)算速度；具有

48、雙工UART串行通道，內(nèi)部集成看門狗計(jì)時器，不再需要像89C51那樣外接看門狗計(jì)時器單元電路；雙數(shù)據(jù)指示器，電源關(guān)閉標(biāo)識。全新的加密算法，這使得對于STC11F02的解密變?yōu)椴豢赡埽绦虻谋Ｃ苄源蟠蠹訌?qiáng)，這樣就可以有效的保護(hù)知識產(chǎn)權(quán)不被侵犯；兼容性方面：向下完全兼容51全部字系列產(chǎn)品。比如8051、89C51等等早期MCS-51兼容產(chǎn)品。在89C51上一樣可以照常運(yùn)行，這就是所</p><p><b>

49、　　主要性能參數(shù)：</b></p><p>　　與MCS-51 產(chǎn)品指令系統(tǒng)完全兼容</p><p>　　2K字節(jié)在系統(tǒng)編程（ISP）FLASH存儲器</p><p>　　擦寫次數(shù)10萬次以上</p><p>　　3.7V-5.5V的工作電壓范圍</p><p>　　全靜態(tài)操作：0Hz-35MHz</

50、p><p>　　SRAM:256字節(jié)</p><p><b>　　3級加密程序存儲器</b></p><p>　　16個可編程I/O 接口線</p><p>　　2個16位定時/計(jì)數(shù)器（T0和T1）</p><p>　　支持掉電喚醒外部中斷5個</p><p>　　全雙工串行U

51、ART通道</p><p>　　低功耗空間和掉電模式</p><p>　　中斷可從空閑模喚醒系統(tǒng)</p><p>　　看門狗（WDT）及雙數(shù)據(jù)指針</p><p>　　掉電標(biāo)識和快速編程特性</p><p>　　靈活的在系統(tǒng)編程（ISP-字節(jié)或頁寫模式）</p><p>　　STC11F02單片

52、機(jī)引腳圖如圖3</p><p>　　圖3 STC11F02引腳圖</p><p>　?。?）功能特性描述：</p><p>　　圖4 STC11F02的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總框圖</p><p>　　圖4為單片機(jī)STC11F02的內(nèi)部結(jié)構(gòu)總框圖。它可以劃分為CPU、程序存儲器（FLASH）、數(shù)據(jù)存儲器(SRAM)、定時/計(jì)數(shù)器、UART串口、I/O接口、

53、看門狗及片內(nèi)R/C振蕩器和外晶振電路等模塊。CPU由運(yùn)算器和控制邏輯構(gòu)成，幾乎包含了數(shù)據(jù)采集和控制中所需的所有單元模塊。STC11F02時鐘有兩種方式產(chǎn)生，即內(nèi)部方式和外部方式。STC11F02在物理上有四個存儲空間：片內(nèi)/片外程序存儲器、片內(nèi)/片外數(shù)據(jù)存儲器。片內(nèi)有256B數(shù)據(jù)存儲器SRAM和2KB的FLASH程序存儲器。STC11F02有一獨(dú)立的通用全雙工異步串行口（UART）,做主機(jī)時可以當(dāng)2個串口使用[RxD/P3.0,TxD/

54、P3.1]可以切換到[RxD/P1.6,TxD/P1.7],通過將串口在P3口和P1口之間來回切換，將1個串口作為2個串口分時復(fù)用，當(dāng)然有其局限性。STC11F02共有16個（P1、P3口）并行I/O端口，共20個引腳。P1口雙向I/O口，用于分時傳送低8位地址和高8位數(shù)據(jù)信號； P3口為準(zhǔn)雙向I/O口；P3口每一引腳還具有特殊功能，用于特殊信號的輸入輸出和控制信號。STC11F02內(nèi)部有兩個16位可</p><p&

55、gt;<b>　　（2）引腳功能說明</b></p><p><b>　　VCC：供電電壓。</b></p><p><b>　　GND：接地。</b></p><p>　　P1口：P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4個TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為

56、高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時，P1口作為低八位地址接收。另外單片機(jī)的P1口還有第二功能如下：</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當(dāng)P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入

57、。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流這是由于上拉的緣故。P3口也可作為STC11F02的一些特殊功能口，如下所示：</p><p><b>　　表2</b></p><p>　　P3:口同時為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號。</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時，要保持RST腳兩個機(jī)器周期的高電平時間。&l

58、t;/p><p>　　XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入</p><p>　　XTAL2：來自反向震蕩器的輸出</p><p><b>　?。?）震蕩器特性</b></p><p>　　XTAL1和XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采

59、用外部時鐘源驅(qū)動器件，XTAL2應(yīng)不接。有余輸入至內(nèi)部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器，因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。</p><p><b>　　（4）芯片擦除</b></p><p>　　整個PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫

60、“1”且在任何非空存儲字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。此外，AT89S51設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下，CPU停止工作。但RAM，定時器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復(fù)位為止。</p><p>　　3.2 RS232接口芯片MAX232</p>&l

61、t;p>　　MAX232芯片是美信公司專門為電腦的RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的單電源電平轉(zhuǎn)換芯片,使用+5v單電源供電。</p><p><b>　　圖5芯片引腳介紹：</b></p><p>　　第一部分：電荷泵電路。由1、2、3、4、5、6腳和4只電容構(gòu)成。功能是產(chǎn)生+12v和-12v兩個電源，提供給RS-232串口電平的需要。</p><

62、p>　　第二部分：數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換通道。由7、8、9、10、11、12、13、14腳構(gòu)成兩個數(shù)據(jù)通道。其中13腳（R1IN）、12腳（R1OUT）、11腳（T1IN）、14腳（T1OUT）為第一數(shù)據(jù)通道。8腳（R2IN）、9腳（R2OUT）、10腳（T2IN）、7腳（T2OUT）為第二數(shù)據(jù)通道。TTL/CMOS數(shù)據(jù)從T1IN、T2IN輸入轉(zhuǎn)換成RS-232數(shù)據(jù)從T1OUT、T2OUT送到電腦DB9插頭；DB9插頭的RS-232數(shù)據(jù)從R1I

63、N、R2IN輸入轉(zhuǎn)換成TTL/CMOS數(shù)據(jù)后從R1OUT、R2OUT輸出。</p><p>　　第三部分：供電。15腳GND、16腳VCC（+5v）。 </p><p><b>　　主要特點(diǎn)：</b></p><p>　　1、符合所有的RS-232C技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　2、只需要單一 +5V電源供電。<

64、/p><p>　　3、片載電荷泵具有升壓、電壓極性反轉(zhuǎn)能力，能夠產(chǎn)生+10V和-10V電壓V+、V-。</p><p>　　4、功耗低，典型供電電流5mA。</p><p>　　5、內(nèi)部集成2個RS-232C驅(qū)動器。</p><p>　　6、內(nèi)部集成兩個RS-232C接收器</p><p>　　在單片機(jī)中談到串口通信，必然

65、涉及RS-232C。RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的一種物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232是標(biāo)志號，C表示修改的次數(shù)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。在電氣特性中，采用負(fù)邏輯電平表示，規(guī)定邏輯0電平為+5—+15V,邏輯1為-15V—-5V，常稱之為RS232電平。而單片機(jī)輸出的是TTL或COMS電平。TTL/COMS電平規(guī)定邏輯0電平為0V，邏輯1電平為

66、+5V。顯然，當(dāng)PC機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行通信時，其接口就不能直接相連，必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，否則就會損壞設(shè)備。MAX-232芯片就是MAXIM公司專門為PC機(jī)RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的電平轉(zhuǎn)換電路。該芯片與TTL/COMS電平兼容，片內(nèi)有2個發(fā)送器，2個接受器，且使用+5V單片機(jī)電源供電，使用方便。</p><p>　　4單片機(jī)工控板硬件電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)工業(yè)控制板硬件設(shè)計(jì)主要包

67、括以下幾個模塊：電源電路，DI光耦隔離輸入電路，DO光耦隔離輸出電路，RS-232串口電平轉(zhuǎn)換電路，單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，DO聯(lián)動繼電器，IO口控制三極管開關(guān)電路等。下面對電路分模塊進(jìn)行說明。</p><p><b>　　4.1 電源電路</b></p><p>　?。?）單片機(jī)工控板電源部分</p><p>　　因?yàn)閱纹瑱C(jī)工作電源為+5V，本設(shè)

68、計(jì)采用外接DC+5V電源，供單片機(jī)使用即可滿足設(shè)計(jì)要求，簡化了硬件電路設(shè)計(jì)。如圖7中電源電路 P5的1 2腳接+24V電源，經(jīng)電感L2、c13 c15組成的濾波網(wǎng)絡(luò) 濾波 得到比較穩(wěn)的+24V電源；P5的3 4兩腳接DC+5V輸入電源，共單片機(jī)使用，經(jīng)C12 C16 C14 濾波輸出VCC。R38為限流電阻， DS9為電源指示燈。<

69、/p><p><b>　　具體電路圖如圖：</b></p><p><b>　　圖7電源部分</b></p><p><b>　?。?）看門狗電路</b></p><p>　　在實(shí)際的應(yīng)用中，由于測試儀器的工作環(huán)境比起實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境，要惡劣很多，常常會有很多的干擾因素使得單片機(jī)程序跑

70、飛，從而整個系統(tǒng)便不能正常運(yùn)行，處于癱瘓的狀態(tài)。為了避免這種狀況的出現(xiàn)，我們需要給系統(tǒng)增加電源監(jiān)控電路，使CPU在電源電壓低于某一值時停止工作，處于復(fù)位狀態(tài)，待電壓恢復(fù)正常后，CPU再脫離復(fù)位狀態(tài)，進(jìn)入正常工作狀態(tài)，在系統(tǒng)上電時，還需給CPU提供可靠的復(fù)位信號，這些都需要由看門狗來完成。</p><p>　　工控系統(tǒng)在運(yùn)行時，通常都會遇到各種各樣的現(xiàn)場干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個重要指標(biāo)?？撮T狗(wa

71、tchdog)電路是自行監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門狗電路。在8096系列單片機(jī)和增強(qiáng)型8051系列單片機(jī)中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶只要用軟件開放它就可以，使用很方便。但目前工控系統(tǒng)仍在使用廉價的普通型8051系列單片機(jī)，則看門狗電路必須由用戶自己建立。</p><p>　　看門狗電路一般有軟件看門狗和硬件看門狗兩種。軟件看門狗不需外接硬件電路，但系統(tǒng)需要出讓一個定時器資源，這在許多

72、系統(tǒng)中很難辦到，而且若系統(tǒng)軟件運(yùn)行不正常，可能導(dǎo)致看門狗系統(tǒng)也癱瘓。硬件看門狗是真正意義上的“程序運(yùn)行監(jiān)視器”，如計(jì)數(shù)型的看門狗電路通常由555多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器以及一些電阻、電容等組成，分立元件組成的系統(tǒng)電路較為復(fù)雜，運(yùn)行不夠可靠。</p><p>　　一般看門狗電路用來監(jiān)視MCU內(nèi)部程序運(yùn)行狀態(tài)，在程序跑飛或死鎖情況下，可以自動復(fù)位。工作原理是：當(dāng)系統(tǒng)工作正常時，CPU將每隔一定時間輸出一個脈沖給看門狗，即“

73、喂狗”，若程序運(yùn)行出現(xiàn)問題或硬件出現(xiàn)故障時而無法按時“喂狗”時，看門狗電路將迫使系統(tǒng)自動復(fù)位而重新運(yùn)行程序。  看門狗電路其實(shí)是一個獨(dú)立的定時器，有一個定時器控制寄存器，可以設(shè)定時間（開狗），到達(dá)時間后要置位（喂狗），如果沒有的話，就認(rèn)為是程序跑飛，就會發(fā)出RESET指令。</p><p>　　在本設(shè)計(jì)中采用STC11F02單片機(jī)芯片內(nèi)部自帶的看門狗電路。使用STC11F02的P3.6口（RST接口）外

74、接成復(fù)位看門狗電路，引用STC11F02單片機(jī)內(nèi)部看門狗功能，使單片機(jī)系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)變得更加方便/簡潔。用STC11F02的特殊功能寄存器WDT_CONTR(看門狗控制寄存器)就可以通過軟件監(jiān)控MCU/CPU是不是在規(guī)定的時間內(nèi)按要求訪問看門狗，如果不在規(guī)定時間按要求訪問看門狗就認(rèn)為MUC/CPU處于異常狀態(tài)，看門狗就會強(qiáng)迫MUC/CPU復(fù)位，使系統(tǒng)重新從頭開始按規(guī)律執(zhí)行用戶程序。</p><p>　　WDT_C

75、ONTR:看門狗（Watch-Dog-Timer）控制寄存器</p><p>　　WDT_CONTR:看門狗溢出標(biāo)志位，當(dāng)溢出時硬件置“1”，可用軟件將其清“0”.</p><p>　　EN_WDT: 看門狗允許為，當(dāng)置位“1”時，看門狗啟動。</p><p>　　CLR_WDT: 看門狗“0”位，當(dāng)設(shè)為1時，看門狗將重新計(jì)數(shù)。硬件將自動清“0”此位。<

76、/p><p>　　IDLE_WDT：看門狗“IDLE”模式位，當(dāng)設(shè)置位“1”時，看門狗定時器在“空閑模式”計(jì)數(shù)當(dāng)清“0”該位時，看門狗定時器在“空閑模式”時計(jì)數(shù)。</p><p>　　PS2 ,PS1 ,PS0:看門狗定時器預(yù)分頻值，如下表所示：</p><p>　　看門狗溢出時間=（12×Pre-scale×32768）／Oscillator fr

77、equency</p><p>　　設(shè)時鐘為12MHz:</p><p>　　看門狗時間=（12×Pre-scale×32768）／12000000</p><p>　　4.2 RS232串口電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　RS-232C是美國電子工業(yè)協(xié)會EIA制定的一種物理接口標(biāo)準(zhǔn)。RS是英文“推薦標(biāo)準(zhǔn)”的縮寫，232

78、是標(biāo)志號，C表示修改的次數(shù)。RS-232C定義了數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）與數(shù)據(jù)通信設(shè)備（DCE）之間的物理接口標(biāo)準(zhǔn)。在電氣特性中，采用負(fù)邏輯電平表示，規(guī)定邏輯0電平為+5—+15V,邏輯1為-15V—-5V，常稱之為RS232電平。而單片機(jī)輸出的是TTL或COMS電平。TTL/COMS電平規(guī)定邏輯0電平為0V，邏輯1電平為+5V。顯然，當(dāng)PC機(jī)與單片機(jī)進(jìn)行通信時，其接口就不能直接相連，必須經(jīng)過電平轉(zhuǎn)換，否則就會損壞設(shè)備。MAX-232芯片

79、就是MAXIM公司專門為PC機(jī)RS-232標(biāo)準(zhǔn)串口設(shè)計(jì)的電平轉(zhuǎn)換電路。該芯片與TTL/COMS電平兼容，片內(nèi)有2個發(fā)送器，2個接受器，且使用+5V單片機(jī)電源供電。</p><p>　　RS232串行總線的特點(diǎn)：</p><p>　　（1）機(jī)械特性：采用RS-232電平轉(zhuǎn)換器（如MAX232）將PC串行口電平轉(zhuǎn)換成TTL/COMS電平，將RS232電電平轉(zhuǎn)換成I/O接口芯片TTL電平信號成，

80、進(jìn)行遠(yuǎn)距離高速雙向串行通信。</p><p>　?。?）電氣特性：RS-232標(biāo)準(zhǔn)采用正邏輯，＋1.5V～＋6V表示“1”，6V～1.5V表示“0”，二線雙端半雙工差分電平發(fā)送與接收，傳輸距離1.2km，最高數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10Mb/s，抗干擾能力較強(qiáng)。</p><p>　?。?）功能與規(guī)程特性：網(wǎng)絡(luò)媒體采用雙絞線、同軸電纜或光纖，安裝簡易，電纜數(shù)量、連接器、中繼器、濾波器使用數(shù)量較少（每

81、個中繼器可延長線路1.2km），網(wǎng)絡(luò)成本低廉。</p><p>　　（4）通信線：使用3根線，地線，發(fā)送，接收。</p><p>　　（5）通信參數(shù)：波特率、數(shù)據(jù)位、停止位和奇偶校驗(yàn)。</p><p>　?。?）通信方式：異步通信方式。</p><p>　　計(jì)算機(jī)與計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)與終端之間的數(shù)據(jù)傳送可以采用串行通訊和并行通訊二種方式。由于串行

82、通訊方式具有使用線路少、成本低，特別是在遠(yuǎn)程傳輸時，避免了多條線路特性的不一致而被廣泛采用。</p><p>　　以單片機(jī)為主體構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)，以附加電路結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定可靠而被廣泛應(yīng)用在工業(yè)控制系統(tǒng)中。目前廣泛使用的單片機(jī)產(chǎn)品（如Intel的8031、Armel的89C51、 GMS97C51等系列單片機(jī)）芯片中都集成了串行通信接口。使用這些串行通信接口和RS232串口電平轉(zhuǎn)換芯片就可以實(shí)現(xiàn)單

83、片機(jī)與計(jì)算機(jī)連接，完成單片機(jī)數(shù)據(jù)發(fā)送和接受。這種RS232串口電平轉(zhuǎn)換、靈活性好、價格低、易于控制等優(yōu)點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制系統(tǒng)中。顯然，只要用一個RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片，就可以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與計(jì)算機(jī)得串口通信。綜上所述RS-232串口電平轉(zhuǎn)換電路如下：</p><p>　　圖8 RS232電平轉(zhuǎn)換電路</p><p>　　4.3輸入電路輸出電路設(shè)計(jì)</p><p&g

84、t;　　在設(shè)計(jì)工業(yè)控制板的輸入電路時，仿照了PLC內(nèi)部輸入電路的形式，現(xiàn)在就PLC輸入電路的常見形式做一個分析和介紹。</p><p>　　PLC的輸入電路，按外接電源的類型分，可以分為直流輸入電路和交流輸入電路；按PLC輸入模塊公共端（COM端）電流的流向分，可分為源輸入電路和漏輸入電路；按光耦發(fā)光二極管公共端的連接方式分，可分為共陽極和共陰極輸入電路。下面分別來說明：</p><p>

85、　　(1)直流輸入電路和交流輸入電路：</p><p>　　直流輸入電路圖9中外部線路的開關(guān)閉合時，PLC內(nèi)部光耦的發(fā)光二極管點(diǎn)亮，光敏三極管飽合導(dǎo)通，該導(dǎo)通信號再傳送給處理器，從而CPU認(rèn)為該路有信號輸入；外界開關(guān)斷開時，光耦中的發(fā)光二極管熄滅，光敏三極管截止，CPU認(rèn)為該路沒有信號。直流輸入電路如圖9所示。交流輸入電路與直流輸入電路的區(qū)別主要就是增加了一個整流的環(huán)節(jié)。交流輸入的輸入電壓一般為AC120V或23

86、0V。交流電經(jīng)過電阻R的限流和電容C的隔離(去除電源中的直流成分)，再經(jīng)過橋式整流為直流電，其后工作原理和直流輸入電路一樣，不再綴述。交流輸入電路如圖10所示。</p><p>　　從以上可以看出，由于交流輸入電路中增加了限流、隔離和整流三個環(huán)節(jié)，因此，輸入信號的延遲時間要比直流輸入電路的要長，這是其不足之處。但由于其輸入端是高電壓，因此輸入信號的可靠性要比直流輸入電路要高。一般，交流輸入方式用于有油霧、粉塵等惡

87、劣環(huán)境中，而直流輸入方式用于環(huán)境較好，電磁干擾輕的場合。</p><p><b>　　圖9直流輸入電路</b></p><p><b>　　圖10交流輸入電路</b></p><p>　　(2).源輸入和漏輸入電路</p><p>　　此種分類方法是針對直流輸入方式來分的，而對于交流輸入方式就無所謂

88、電流的流進(jìn)流出了。漏輸入電路是指電流從PLC的輸入端流進(jìn)，而從公共端（COM端或M端）流出，即PLC公共端接外接DC電源的負(fù)極。三菱FX系列的PLC輸入電路就屬于此形式。源輸入電路正好和漏輸入電路相反，源輸入電路的電流是從PLC的COM端流進(jìn)，而從PLC的輸入電路中流出，即PLC的COM端接的是外接電源的正極，三菱A系列的PLC輸入電路就屬于此類型。還有一類是混合型輸入電路此類型的PLC公共端既可以流出電流，也可以流出電流，同時具有源輸

89、入電路和漏輸入電路的特點(diǎn)，所以我們可以姑且把這種輸入電路稱為混合型輸入電路。</p><p>　　作為源輸入時，公共端接電源的正極；作為漏輸入時，公共端接電源的負(fù)極。這樣，可以根據(jù)現(xiàn)場需要接線，給接線帶來極大的靈活性。西門子了PLC大部分輸入電路均屬于此種類型。(3).共陽極和共陰極輸入電路</p><p>　　在PLC的輸入電路中，每一路光耦的發(fā)光二極管一般不是獨(dú)立的，都和其它路的發(fā)光

90、二極管的陽極或陰極連在一起，然后再引至PLC的外接端子上，作為這幾路的公共端。每個公共端包含輸入的支路數(shù)困PLC型號的不同而不同。</p><p><b>　　a)共陽極輸入電路</b></p><p>　　共陽極輸入是把多條輸入支路光耦發(fā)光二極管的陽極連在一起做為公共端。其電路形式如圖11所示。</p><p>　　圖11：共陽極輸入電路&l

91、t;/p><p>　　可以看出，此種輸入電路實(shí)際上就是源輸入電路。</p><p><b>　　b)共陰極輸入電路</b></p><p>　　共陰極輸入是把多條輸入支路光耦發(fā)光二極管的阻極連在一起做為公共端。其電路形式如圖12所示。</p><p>　　圖12：共陰極輸入電路</p><p>　　可

92、以看出，此種輸入電路實(shí)際上就是漏輸入電路。</p><p>　　現(xiàn)在許多傳感器的輸出除了繼電器干接點(diǎn)輸出外，還經(jīng)常有兩種輸出形式，即NPN集電極開路（主要是日本產(chǎn)品）和PNP集電極開路（主要是歐美產(chǎn)品）輸出兩種輸出形式。有時這兩種輸出形式在適用的PLC的類型和接線上有點(diǎn)無所施從。現(xiàn)就這兩種輸出形式的電路原理及所適用的PLC輸入模塊的電路類型做簡單介紹。下圖13和圖14分別是傳感器NPN和PNP集電極開路輸出的一種

93、電路形式。</p><p>　　圖13：NPN集電極開路輸出電路</p><p>　　圖14：PNP集電極開路輸出電路</p><p>　　從圖13和圖14可以看出，當(dāng)傳感器動作時，NPN集電極開路輸出的是低電平，PNP集電極開路輸出的是高電平，此時如把OUT信號端接到PLC的輸入，要想使PLC輸入電路光耦的發(fā)光二極管點(diǎn)亮（即PLC有輸入），前者必須要求PLC的公共

94、端接外接電源正極（即源輸入形式），后者要求PLC的公共端接電源的負(fù)極（即漏輸入形式），這樣，光耦發(fā)光二極管才能形成回路。兩種集電極開路輸出和PLC輸入模塊連接時的電路圖如下圖15和圖16所示。</p><p>　　圖15 PNP輸入時連接PLC接線圖</p><p>　　圖16 NPN輸入時連接PLC接線圖</p><p>　　單片機(jī)工業(yè)控制板輸入模塊為了防止外界線

95、路產(chǎn)生的干擾（如尖峰電壓，干擾噪聲等）引起工控板的非正常工作甚至是元器件的損壞，一般在工控板的輸入側(cè)都采用光耦，來切斷內(nèi)部線路和外部線路電氣上的聯(lián)系，保證工控板的正常工作。并且在輸入線路中都設(shè)有RC濾波電路，以防止由于輸入點(diǎn)抖動或外部干擾脈沖引起的錯誤信號。</p><p>　　采用光電耦合器組成光電隔離輸入輸出電路，其作用是在電隔離的情況下,以光為煤介傳送信號,對輸入和輸出電路可以進(jìn)行隔離.因而能有效地抑制系統(tǒng)

96、噪聲，消除接地回路的干擾，有響應(yīng)速度較快、壽命長、體積小耐沖擊等好處，使其在強(qiáng)-弱電接口，特別是在微機(jī)系統(tǒng)的前向和后向通道中獲得廣泛應(yīng)用。主要是指：實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場與主機(jī)的電器隔離,提高抗干擾性；避免外電路出故障時,外部強(qiáng)電侵入主機(jī)而損壞主機(jī)；電平交換,現(xiàn)場開關(guān)信號可能有各種電平,光電耦合器將他們變換成主機(jī)要求的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平。</p><p>　　另外此單片機(jī)工業(yè)控制板8路光電隔離數(shù)字量輸入。并且輸入口都有LED顯示工作

97、狀態(tài)。輸入采用共陽極輸入，輸出采用PNP發(fā)射極開路輸出電路。電路如圖17</p><p>　　圖17 IO口控制三級管開關(guān)電路</p><p>　　綜上所述單片機(jī)工業(yè)控制板的8路數(shù)字量輸入電路和6路數(shù)字量輸出電路設(shè)計(jì)如圖18和圖19所示</p><p>　　圖18 8路數(shù)字量DI光耦隔離輸入電路</p><p>　　圖19 6路數(shù)字量D0

98、光耦隔離輸出電路</p><p>　　在輸入電路的設(shè)計(jì)中，用到了一個很重要的器件，就是光電耦合器。光電耦合器(以下簡稱光耦)是一種發(fā)光器件和光敏器件組成的光電器件。它能實(shí)現(xiàn)電—光—電信號的變換，并且輸入信號與輸出信號是隔離的。目前極大多數(shù)的光耦輸入部分采用砷化鎵紅外發(fā)光二極管，輸出部分采用硅光電二極管、硅光電三極管及光觸發(fā)可控硅。這是因?yàn)榉逯挡ㄩL900～940nm的砷化鎵紅外發(fā)光二極管能與硅光電器件的響應(yīng)峰值波長

99、相吻合，可獲得較高的信號傳輸效率。在所設(shè)計(jì)的輸入電路中光耦本次畢業(yè)設(shè)計(jì)的光電耦合器是用的TOSHIBA的TLP521-2和TLP521-4</p><p>　　圖20 TLP521-2</p><p>　　圖21 TLP521-4</p><p>　　光電耦合器作用就是隔離噪音和抑制干擾，它的優(yōu)點(diǎn)是體積小、壽命長、無觸點(diǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、能隔離噪音、工作溫度寬、輸入輸

100、出之間電絕緣、單向傳輸信號及邏輯電路易連接等。</p><p>　　光電耦合器的主要結(jié)構(gòu)是把發(fā)光器件和光接收器件組裝在一個密閉的管殼內(nèi) 然后利用發(fā)光器件的管腳作輸入端 而把光接收器的管腳作為輸出端 當(dāng)在輸入端加電信號時發(fā)光器件發(fā)光 這樣光接收器件由于光敏效應(yīng)而在光照后產(chǎn)生光電流并由輸出端輸出 從而實(shí)現(xiàn)了以 光為媒介的電信號傳輸 而器件的輸入和輸出兩端在電氣上是絕緣的 這樣就構(gòu)成了一種中間通過光傳輸信號的新型半導(dǎo)體

101、光電子器件 。它主要應(yīng)用于隔離電路、開關(guān)電路、邏輯電路、信號長線傳輸、線性放大電路、隔離反饋電路、控制電路及電平轉(zhuǎn)換電路等。</p><p>　　光耦的基本電路如圖22所示。圖22(a)的負(fù)載電阻RL接在發(fā)射極及地之間，圖22(b)的負(fù)載電阻RL接在電源Vdd與集電極之間。在圖22(a)中，輸入端加上Vcc電壓，經(jīng)限流電阻Rin后，有一定的電流IF流經(jīng)紅外發(fā)光二極管，IF與Vcc、發(fā)光二極管的正向壓降VF及Rin

102、的關(guān)系為：IF=(Vcc-VF)/Rin。式中的VF取1.3V。IF的最大值由資料給出(一般工作時IF≤10mA)。發(fā)光二極管發(fā)光后，光電三極管導(dǎo)通，集電極電流Ic由Vdd經(jīng)光電三極管流過RL到地，使輸出電Vout=Ic×RL(或Vout=Vdd-VCE，VCE為光電三極管的管壓降)。</p><p>　　圖22光耦的基本電路</p><p>　　4.4單片機(jī)時鐘電路</p

103、><p>　　STC11F02雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。STC11F02單片機(jī)的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTAL1、XTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。</p><p>　　這個時鐘電路是最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電

104、容組成的并聯(lián)諧振回路。振蕩晶體可在1.2MHZ到30MHZ之間選擇。電容值無嚴(yán)格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，C1、C2可在20pF到100pF之間取值。所以本設(shè)計(jì)中，振蕩晶體選擇11.0592MHZ,電容選擇22pF。</p><p>　　在設(shè)計(jì)印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機(jī)芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)

105、采用NPO電容。</p><p>　　晶振的作用是為系統(tǒng)提供基本的時鐘信號。通常一個系統(tǒng)共用一個晶振，便于各部分保持同步。有些通訊系統(tǒng)的基頻和射頻使用不同的晶振，而通過電子調(diào)整頻率的方法保持同步。晶振通常與鎖相環(huán)電路配合使用，以提供系統(tǒng)所需的時鐘頻率。如果不同子系統(tǒng)需要不同頻率的時鐘信號，可以用與同一個晶振相連的不同鎖相環(huán)來提供。</p><p>　　晶振在數(shù)字電路的基本作用是提供一個時序

106、控制的標(biāo)準(zhǔn)時刻。數(shù)字電路的工作是根據(jù)電路設(shè)計(jì)，在某個時刻專門完成特定的任務(wù)，如果沒有一個時序控制的標(biāo)準(zhǔn)時刻，整個數(shù)字電路就會成為“聾子”，不知道什么時刻該做什么事情了。電路如圖23所示：</p><p>　　圖23單片機(jī)晶振電路</p><p><b>　　4.5整體電路</b></p><p><b>　　圖24整體電路</b

107、></p><p>　　5．工業(yè)控制板系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p><b>　　5.1系統(tǒng)概述</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)運(yùn)用主從分布式思想，由一臺上位機(jī)（PC微型計(jì)算機(jī)），下位機(jī)（單片機(jī)）組成工業(yè)控制板系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用 RS-232串行通訊標(biāo)準(zhǔn)，通過上位機(jī)（PC）控制下位機(jī)（單片機(jī)）進(jìn)行現(xiàn)場工業(yè)控制。下位機(jī)采用的是（08-06）單片

108、機(jī)工業(yè)控制板系統(tǒng)。系統(tǒng)的抗干擾性好、設(shè)計(jì)靈活、方便，而且適合于在惡劣的環(huán)境下進(jìn)行工業(yè)控制。本系統(tǒng)可以應(yīng)用在各種二十個點(diǎn)以內(nèi)的控制系統(tǒng)，可控制氣缸，電磁閥，繼電器，步進(jìn)電機(jī)，可外接光電式，電容式，電感式，霍爾式等各種傳感器；可用于替代二十點(diǎn)以內(nèi)的PLC用于各種控制場合（如各種機(jī)器控制）</p><p>　　5.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖及各部分介紹</p><p>　　（1）單片機(jī)工業(yè)控制板</p

109、><p>　　使用本次所設(shè)計(jì)的（08-06）工業(yè)控制板。其性能：以STC11F02單片機(jī)作為主控制芯片；主電源采用5V交流電，外圍驅(qū)動電源采用5V和24V；8路光電隔離數(shù)字量輸入，PNP輸入型式，輸入電流為10mA；6路光電隔離數(shù)字量輸出，輸出觸電負(fù)載:5A 250V AC,5A 30V DC,10A 125V AC；系統(tǒng)采用光電隔離和啟用內(nèi)部看門狗及嚴(yán)格的高頻濾除特性，使系統(tǒng)工作穩(wěn)定可靠，無死機(jī)現(xiàn)象；系統(tǒng)有LED燈

110、用以顯示工作狀態(tài)；可直接通過STC 11F02 ISP接口下載程序，使程序修改升級方便，應(yīng)用RS232串口通信；提供芯片程序框架，能夠用單片機(jī)C語言編程。規(guī)格：①工作溫度：0~55°C；②：儲存溫度：-20~80°C ；③：濕度：5~95% 無凝結(jié) ；④：功耗(無外部設(shè)備): +6V 0.5A (典型值) ；下圖為單片機(jī)工業(yè)控制板的實(shí)物圖。</p><p>　?。?）MAX232芯片電平轉(zhuǎn)換器

111、</p><p>　　現(xiàn)在介紹一下MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片的連接電路</p><p>　　STC11F021有一個全雙工的串行通訊口，使用RS232協(xié)議使單片機(jī)工業(yè)控制板與電腦之間可以方便地進(jìn)行串口通訊。但是進(jìn)行串行通訊時要滿足一定的條件，比如電腦的串口是RS232電平的，而單片機(jī)工業(yè)控制板的通信器件SN75LBC184工作邏輯是TTL的電平，兩者之間必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，我們采用了專用的 M

112、AX232電平轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)多路數(shù)字采集模塊和電腦的通信。</p><p><b>　　①電源部分</b></p><p>　　根據(jù)PC機(jī)上RS232的通訊協(xié)議的規(guī)定，它們的標(biāo)準(zhǔn)邏輯電平在±5V，實(shí)際上大多在±5V-12V之內(nèi)，通過外接+5V電源經(jīng)過幾個電容和一個電感構(gòu)成或邏輯，形成整流濾波電路輸出VCC,這種從整流濾波取得電源的技術(shù)電路簡單實(shí)用。