摘要：单片微型计算机简称单片机，是典型的嵌入式微控制器(Microcontroller Unit)，常用英文字母的缩写MCU表示单片机，单片机又称单片微控制器，它不是完成某一个逻辑功能的芯片，而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。文章发表在《电气应用》上，是中级电子职称论文发表范文，供同行参考。

　　关键词：单片机,串行通信,总线,计算机,接口

　　由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由仅有CPU的专用处理器芯片发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的控制设备当中。

　　随着自动化技术、计算机技术和网络通信技术的飞速发展和广泛应用，代写论文 工业过程的智能化、自动化监测与控制系统的应用日益广泛.单片机系统由于其抗干扰性能较好被大量应用到工业过程控制的各个领域。因为工业现场环境较恶劣，单片机系统在使用过程中通常会出现一些设计时想不到的新情况、新问题，这就需要进一步修改和完善。

　　1 系统组成及工作原理

　　综合实验系统主要由以下几部分组成：89C51单片机及其仿真系统，温度、压力等模拟量传感器及其接口电路，A/D转换模块，数据存储模块，按键控制模块，日历时钟模块，看门狗电路模块，FP—GA模块，液晶显示模块，通信模块及上位计算机，其组成框图如图1所示.系统采用89C51单片机作为主控芯片，A/D转换模块将多路模拟信号转换为数字信号;外部数据存储模块为该系统采集的数据提供存储空间。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 单片机仿真系统

　　单片机仿真系统可以模拟CPU在仿真机上运行用户程序(程序和数据存储器借用仿真机的)，也可以连接外部电路来实现动态监测与控制功能.仿真机一般都具有单片机的基本功能部件，如CPU、RAM、用户程序存储区、键盘等;具有单步、设置断点(以便随时观察内部各RAM、特殊功能寄存器的数据变化)、连续运行用户程序的功能[2].

　　2.2 传感器的选择及信号变送电路的设计

　　传感器作为系统的感知器件，直接影响着系统的精度和稳定性.本实验系统中，温度传感器选用精度高，线性度好，使用方便的LM335传感器;压力传感器选用标准应变式压力传感器，它具有精度高、响应速度快、分辨率高等特点.传感器接El电路的设计采用了模块化设计方法，设计了温度、压力等专门接口电路，直接与上述各种传感器相连。

　　2.3 通信模块的设计

　　计算机(PC)串行通信端口是RS232负逻辑电平，该实验系统上既有RS232接El，又有RS485接口，可以通过RS232总线进行点对点通信，也可以通过RS485总线进行多机通信_3]，RS485总线上最多可挂接32个综合实验系统，总体布局如图2所示.所以实现计算机和该实验系统之间的近距离通信，通过RS232接口即可;若要实现计算机和该实验系统之间的远距离通信，则必须将RS232电平转换为RS485电平后。

　　2.4 串行总线I*2C

　　I*2C总线是PHILIPS公司开发的一种简单、双向二线制串行总线[4].它只需两根线(串行时钟线SCL和串行数据线SDA)就能完成挂接在总线上的若干个I C器件与微处理器之问的数据交换.该实验系统采用具有I C总线接口的看门狗芯片CATll61和可编程实时时钟芯片PCF8563，由于单片机89C51自身没有I C总线接口，所以采用软件合成I C总线与它们相接.

　　2.5 抗干扰设计

　　工业监控现场工作环境一般较差，干扰较严重，为了保证系统可靠工作，必须解决抗干扰问题.针对工业监控现场可能产生的干扰、干扰来源、传播途径等，采用了软硬件方法对系统进行抗干扰设计.硬件抗干扰设计主要包括：对电源噪声进行滤波、大功率驱动电路接口进行光电隔离、集成电路芯片的VCC与地之间并连电容、优化电路板的布线、看门狗监控等;软件抗干扰设计主要包括：软件陷阱、软件自恢复、数字滤波、求平均值等.

　　3 系统软件设计

　　系统软件包括单片机软件和PC机软件.单片机软件采用模块化结构，利用MCS一51汇编语言编写.根据要实现的功能，该软件由主程序以及数据采集、A/D转换、数据通信、日历时钟编程、键盘中断调控、液晶显示、D/A转换、数码管显示等程序模块组成.下面以加热炉的炉温控制为例，给出系统程序流程图如图4所示.

　　4 实验结果与分析

　　为了测试该系统的实时性，将5台综合实验系统与工业计算机组成分布式多机通信系统，单片机串口工作方式1(传送一帧信息10位)，波特率2 400 bps，一帧数据采用5个字节(其中数据占2个字节是因为A/D转换结果是10位)的格式，如表1所示.5台实验系统各采集一次数据给PC机传送时，理论上连续发送速率为2 400/(10*5*5)= = =9.6次/s.经过测试发现，计算机在120 ms后收到了5台综合实验系统发送的共250位数据，实际发送速率约为8次/s，这是因为有状态转换和等待时间。

　　5 结论

　　该综合实验系统不仅能为以单片机为核心的系统前期探索研究提供一种方便的实验装置，而且能在远离工业现场的实验室解决工业应用中的实际问题.实验结果表明该系统可以将许多分散的实验项目整合在一起进行研究和分析，节约资源，降低成本;实验数据正确率高，通信实时性强，系统工作可靠;单片机串行网络构成的分布式通讯系统灵活性强，易于扩充，其基本原理适用于工业现场的分布式数据采集、检测及控制系统，具有很大的实用价值。

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　　参考文献：

　　[1]李朝青.PC机及单片机数据通信技术[M].北京：北京航空航天大学出版，2001.

　　[2]杨文龙.单片机原理及应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，1993.