毕业论文：基于单片机的智能协议转换器设计.doc

目录 1 概述 1 1.1 课题的意义 1 1.2 设计的任务和要求 1 2 系统实现原理及硬件设计 1 2.1 系统实现原理 1 2.2 系统硬件设计 2 2.2.1通信接口的扩展 2 2.2.2硬件看门狗设计 4 2.2.3抗外界干扰设计 4 2.3 主要硬件说明 4 2.3.1 单片机系统 4 2.3.1.1 89C52单片机简介 4 2.3.1.2 89C52单片机的管脚 5 2.3.2 可编程串行接口芯片8251A 7 2.3.2.1 8251A的系统框图 7 2.3.2.1 8251A的组成部件及管脚介绍 7 2.3.3 MAX813L芯片(看门狗及复位专用芯片) 8 2.3.4 MAX485接口芯片介绍 11 3 系统软件设计 14 3.1 数据采集方案设计 14 3.2软件看门狗设计 15 3.3数据帧传输设计 15 3.3.1 Modbus 协议简介 16 3.3.2查询—回应周期 17 3.3.3两种传输方式 17 4 总结与体会 24 参考文献 25 附录 26 1 概述 1.1 课题的意义 所有的通讯设备需要可靠的动力系统进行支撑，这些动力设备包括开关电源、高低压电源开关柜、蓄电池组、机房智能空调等等。通讯行业的本身的人力资源和客观的管理水平发展，要求实现设备间的互连互通，但长期以来不同企业出于自身利益的考虑定了互不兼容的总线标准，使得处于不总线网络中的设备通信难。本系统正是基于这种需求而提出的解决方案。 1.2 设计的任务和要求 1、设计一套协议转换器系统。 2、能够实现将不同设备厂家的数据通讯协议转换成统一的通讯协议。 2 系统实现原理及硬件设计 2.1 系统实现原理 在集中监控系统中，一方面要与被监控设备通信，发送各种控制命令和数据采集命令以便获取当前设备的运行参数；另一方面与中央监控主机通信，单片机不但完成对上层控制命令的解析，并将上层命令转换成被监控设备的通信协议，同时也要讲采集到的数据进行分析，按照中央监控软件协议对数据进行打包处理。集中监控系统的结构框图如图1所示。 图1 集中监控系统结构框图 通讯协议 通讯协议是应用于电子控制器上的一种通用语言Modbus 协议。通过此协议,控制器相互之间、控制器经由网络（例如以太网）和其它设备之间可以通信。它已经成为一通用工业标准。有了它,不同厂商生产的控制设备可以连成工业网络,进行集中监控。此协议定义了一个控制器能认识使用的消息结构,而不管它们是经过何种网络进行通信的。它描述了一控制器请求访问其它设备的过程,如果回应来自其它设备的请求,以及怎样侦测错误并记录。它制定了消息域格局和内容的公共格式。 图2 协议转化器结构框图 为了增加系统的扩展能力，协议转换器上传接口提供RS485接口标准。 RS485采用差分信号负逻辑，＋2V～＋6V表示“1”，- 6V～- 2V表示“0”。RS485有两线制和四线制两种接线，四线制是全双工通讯方式，两线制是半双工通讯方式。在RS485通信网络中一般采用的是主从通信方式，即一个主机带多个从机。RS485/MODBUS是现在流行的一种布网方式，其特点是实施简单方便 ，而且现在支持RS485的仪表又特多，特别是在油品行业RS485/MODBUS简直是一统天下，现在的仪表商也纷纷转而支持RS485/MODBUS，原因很简单，象原来的 HART仪表想买一个转换口非常困难 而且价格昂贵，RS485的转换接口就便宜的多而且种类繁多。至少在低端市场RS485/MODBUS还将是最主要的组网方式，近两三年内不会改变。图3 485总线接口示意图 2.2.2硬件看门狗设计 当单片机程序跑飞，如果既没有落入软件陷阱，又没有相应的软件冗余指令处理，程序将处于死循环状态。而通信机房处于无人值守状态，一旦出现故障不可能去人工复位。采用硬件看门狗MAX813L芯片可以解决这一问题。该芯片在规定1.6S内没有得到喂狗信号，将单片机复位。 2.2.3抗外界干扰设计 在单片机与被监控设备通信，采用光耦器件，可以有效的一致尖峰脉冲及各种噪音干扰，提高通信的可靠性和抗干扰性。在动力监控中，工作环境多为大电流环境，而协议转换器均为数字信号，所以数据采集线和协议转换器做好屏蔽工作以防止电磁干扰。 2.3 主要硬件说明 2.3.1 单片机系统 2.3.1.1 89C52单片机简介 本次设计采用的单片机是市面上较为常见的STC-89C52型单片机。 其主要特性有： 1、工作电压：5.5V~3.4V； 2、ROM大小：8KB； 3、RAM大小：512B； 4、工作频率可到40MHz； 5、工作温度范围：-40°~85°； 6、塑料双列直插式（PDIP）封装 2.3.1.2 89C52单片机的管脚 VCC