基于单片机的数字采控器设计
与-3~-12V。由于发送电平与接收电平的差仅为2V至3V左右，所以其共模抑制能力差，再加上双绞线上的分布电容，其传送距离最大为约15m，最高速率为20kb/s，RS-232是为点对点（即只用一对收、发设备）通讯而设计的，其驱动器负载为3~7kΩ。所以RS-232适合本地设备之间的通信。计算机上的串行通信端口RS-232是标配，
B. 方案二：RS-485串行通信接口
由于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。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。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可多接到32个设备。RS-485与RS-422的不同还在于其共模输出电压是不同的，RS-485是-7V至+12V之间，而RS-422在-7V至+7V之间；RS-485满足所有RS-422的规范，所以RS-485的驱动器可以用在RS-422网络中应用。RS-485与RS-422一样，其最大传输距离约为1219m，最大传输速率为10Mb/s。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。只有在很短的距离下才能获得最高速率传输。一般100m长双绞线最大传输速率仅为1Mb/s。
RS-485采用平衡发送和差分接收，因此具有抑制共模干扰的能力。加上总线收发器具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，故传输信号能在千米以外得到恢复。RS-485采用半双工工作方式，任何时候只能有一点处于发送状态，因此，发送电路须由使能信号加以控制。RS-485用于多点互连时非常方便，可以省掉许多信号线。应用RS-485 可以联网构成分布式系统，其允许最多并联32台驱动器和32台接收器。 在MCU之间中长距离通信的诸多方案中、RS-485因硬件设计简单、控制方便、成本低廉等优点广泛应用于工厂自动化、工业控制、小区监控、水利自动报测等领域，但RS-485总线在抗干扰、自适应、通信效率等方面存在缺陷、一些细节的处理不当常会导致通信失败甚至系统瘫痪等故障、因此提高RS-485总线的运行可靠性至关重要。
综上所述，RS-485总线是目前现场监控系统中最为常见的通信接口，因为RS-485总线允许的最大通信距离可达1200多米，每条总线上允许的设备最多可达32台，经过适当的串口扩展，完全能够满足现场监控系统对通信距离和设备和设备数量的要求。而RS-232存在共地噪声和不能抑制共模干扰等问题，传输距离短。所以本次设计选用RS-485通信接口。 2.3 硬件开发环境
方案一：Protel99SE
Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。 最新版本的Protel软件可以毫无障碍地读Orcad、Pads、Accel(PCAD)等知名EDA公司设计文件，以便用户顺
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盐城工学院本科生毕业论文（毕业设计说明书） 2012
利过渡到新的EDA平台。Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。
方案二：Altium Designer
Altium Designer 提供了一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer 在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得Altium Designer成为电子产品开发的完整解决方案－一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。
综上所述，虽然方案二选择的软件功能比较强大，但是由于我们所学的是Protel99SE，按熟悉度而言，我选择方案一。 2.4 软件开发环境
A. Keil编译器简介
Keil标准C编译器为微控制器的软件开发提供了C语言特点环境，同时保留了汇编代码高效、快速的特点。单片机编译器的功能不端增加，使你可以更加贴近CPU本身，及其它的衍生产品。单片机已经被完全集成到uVision4的集成开发环境中，这个集成开发环境包含：编译器、汇编器、实时操作系统，项目管理器，调试器。uVision4IDE可为它们提供单一而且灵活的开发环境。
B. Proteus软件简介
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。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。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年又增加了Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。
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基于单片机的数字采控器设计
3 硬件电路设计
3.1 系统硬件电路原理结构框图
本设计系统主要是由STC89C52微控制器主控系统、RS-485通信接口、通信波特率设置和本机地址设置电路、16路数字量输入电路、16路数字量输出电路等组成。其系统的硬件组成框图如图3-1所示：
波特率设置波特率设置+5V+5V电源电源STC89C52STC89C52RS-485RS-485通信接口通信接口1616路数字量输入电路路数字量输入电路1616路数字量输出电路路数字量输出电路本机地址设置本机地址设置 图3-1 硬件电路原理结构框图
3.2 系统模块电路设计 3.2.1 单片机最小系统设计
A. 时钟电路（如图3-2所示）
时钟电路在单片机系统硬件设计中往往是一个关键的部分，因为晶振体的工作频率很高，设计不当很有可能使其工作时的产生的高频信号对其他电路产生干扰，尤其是对模拟部分。STC89C52系列的单片机的时钟输入接口在其EXTAL和XTAL引脚上，通常是接一个11.0592MHz的晶振体。
本次设计单片机的时钟信号是利用单片机内部时钟电路产生的。如图4-2所示，用于产生单片机工作所需要的时钟信号，其输入端为芯片引脚XTAL1，其输出端为引脚XTAL2。而在芯片外部，XTAL1和XTAL2之间跨接晶体震荡器和微调电容，从而构成一个稳定的自激震荡器，这就是单片机的时钟电路。时钟电路产生的震荡脉冲经过触发器进行二分频之后，才成为单片机的时钟脉冲信号。在此电路中，电容C1和C2取33pF，晶振用11.0592 MHz。
时钟信号的产生：在STC89C52芯片内部有一个高增益反相放大器，其输入端为芯片引脚XTAL1，输出端为引脚XTAL2，在芯片的外部通过这两个引脚跨接晶体振荡器和微调电容，形成反馈电路，就构成了一个稳定的自激振荡器。而晶体的振
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荡频率范围通常是1.2MHz～12MHz（本设计采用的是11.0592 MHz），晶体振荡频率高，则系统的时钟频率也高，单片机运行速度也就快。但反过来运行速度快对存储器的速度要求也高，对印制电路板的工艺要求也高（线间寄生电容要小）。
C1XTAL133pF2Y111.0592MHzC233pF1XTAL2 图3-2 时钟电路
B. 复位电路
复位是单片机的初始化操作，其主要功能是把PC初始化为0000H，使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外，当由于程序运行出错或操作错误是系统处于死锁状态时，为摆脱困境，也需要按复位键以重新启动。
单片机的复位电路有上电复位和手动按钮复位两种形式，RST/VPD端的高电平直接由上电瞬间产生高电平则为上电复位；若通过按钮产生高电平复位信号称为手动按键复位。在本设计中采用了按键电平复位方式，其复位电路如下图4-3所示。若运行过程中，需要程序从头开始执行，这只需要按图3-3中的按钮即可。上电瞬间RST端的电位与Vcc相同，随着电容充电电流的减小，+5V立即加到RST/VPD端，该高电平使单片机复位。单片机复位后，P0~P3四个并行接口全为高电平，其它寄存器全部清零，只有SBUF寄存器状态不确定。 S1SW-RSTC310uFVCCR1710KRST 图3-3 复位电路
3.2.2 系统电源电路设计
该电路输入220V交流电，经过变压器变压、全桥整流、稳压器稳压后输出稳定的+5V直流电。该电路方便实用，输出电压稳定，最大输出电流为1A，电路能带动一定的负载，电路原理框图如图3-4所示。
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