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二、数字量输入输出
第二部分 数字量I/O
目 录
1 DO、DI硬件原理 3
2.1 CPC板的电路图 4
2.1.1 所用I\O口 5
2.1.2 485通讯口 6
2.1.3 显示电路的设计 7
2.1.4 晶振模块 7
2.1.5 上层板的原件清单 8
2.2 输入板I/O原理图 9
2.2.1 电路原理 10
2.2.2 输入底板的原件清单 11
2.3 输出板I/O电路图 12
2.3.1 反向驱动器ULN2003 芯片 13
2.3.2 输出底板的原件清单 14
2.4 通讯部分 14
3 DI、DO软件部分设计 15
3.1 通讯方式 15
3.1.1 Modbus 协议 15
3.1.2 CRC校验 16
3.1.3 莫尼康RTU 16
3.1.4 看门狗程序 18
3.2 计算机界面的设计 19
3.3 输入板的程序设计 20
3.4 输出板的程序设计 23
4 DI、DO的应用 25
4.1 数字输入板的应用 25
4.2 数字输出板的应用 31
5. 数字量输入程序清单 36
6.数字量输出程序清单 48
硬件部分由程序下载口,状态显示,复位,信息通信,I/O口,AD,DA等几部分组成,软件部分采用MODBUS通信协议,CRC校验,看门狗程序,数据传送等部分组成。
1.DO、DI硬件原理
输入板电路分为上层板电路和底板电路,其中上层板电路以Atmega128为核心,主要实现显示状态、控制端口、数据处理和通讯的功能。设计如下:
CPU板硬件原理图
图2-2 输入输出上层板电路
所用I\O口
AVR AT128共有53条I/O口,作为输入、输出口用32条,
程序下载端口用PB0、PB1、PE1
通讯端口用PD2、PD3
通讯显示灯用PA2
具体如下图所示:
图1-3 I\O口的设计
RS23-485电路
RS-232-C接口在总线上只允许连接1个收发器, 即单站能力。而RS-485接口在总线上是允许连接多达128个收发器。即具有多站能力,这样用户可以利用单一的RS-485接口方便地建立起设备网络。所以电路中采用了RS232-485电路。RS232-485转换器主要包括了电源。232电平转换,485电路三部分。本电路的232电平转换电路采用了NIH232或者也可以直接使用MAX232集成电路,485电路采用了MAX485集成电路。为了使用方便,电源部分设计成无源方式,整个电路的供电直接从PC机的RS232接口中的DTR(4脚)和RTS(7脚),PC串口的每根线可以提供大约9mA的电流,因此两根线提供的电流足够供给这个电路使用了。经实验,本电路只使用其中一条线也能够正常工作。使用本电路需注意PC程序必须使串口的DTR和RTS输出高电平,经过D3稳压后得到VCC,经过实际测试,VCC电压大约在4.7V左右。因此,电路中要说D3起的作用是稳压还不如说是限压功能。
MAX485是通过两个引脚RE(2脚)和DE(3脚)来控制数据的输入和输出。当RE为低电平时,MAX485数据输入有效;当DE为高电平时,MAX485数据输出有效。在半双工使用中,通常可以将这两个脚直接相连,然后由PC或者单片机输出的高低电平就可以让MAX485在接收和发送状态之间转换了。由于本电路DTR和RTS都用于了电路供电,因此使用TX线和HIN232的另外一个通道及Q1来控制MAX485的状态切换。平时NIH232的9脚输出高电平,经Q1倒相后,使MAX485的RE和DE为低电平而处于数据接收状态。当PC机发送数据时,NIH232的9脚输出低电平,经Q1倒相后,使MAX485的RE和DE为高电平而处于数据发送状态。RS232-485电路图如图2-3所示。
图2-3 RS232-485电路图
485通讯口
图1-4 通讯模块的设计
RS-485芯片内部含有一个接收器输出端(1脚RO)、驱动器输入端(4脚DI),与单片机连接时只需分别与单片机的RXD和TXD相连即可。本设计中RO端和DI端通过一个2K的电阻和发光二极管接+5V电压显示了接受和发送状态。和DE端分别为接收和发送的使能端,当为逻辑0时,器件处于接收状态;当DE为逻辑1时,器件处于发送状态,采用屏蔽双绞线就可以连接多达128个收发器设备,组成半双工控制网络。A端和B端分别为接收和发送的差分信号端,当A引脚的电平高于B时,代表发送的数据为1;当A的电平低于B端时,代表发送的数据为0,与单片机相连时RS-485的A、B端一般一般可选100Ω的电阻。图中的J3排针为与底板的连接口,二极管D1起到稳压作用,防止上电时电压过高烧坏芯片。
1、485芯片使能的设计
RS-485芯片是工作在半双工状态,所以接受和发送的使能端一起接到三极管8550的集电极。
2、8550作用:
8550PNP三极管集电极与单片机的T
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