基于modbus数据采集系统的设计毕业设计(编辑修改稿)

基于modbus数据采集系统的设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书 7 24 或 16 位模 /数转换器 (ADC0) C8051F350/1/2/3 内部有一个全差分 24 位 (C8051F350/1) 或 16 位(C8051F352/3)SigmaDelta的 数转换器 (ADC),该 ADC具有在片校准功能。 两个独立的抽取滤波器可被编程到 1KHz的样率。 可以使用内部的 ,也可以用差分外部基准进行比率测量。 ADC0中包含个可编程增益放大器 ,有 8种增益设置 ,最大增益可达 128倍。 模拟多路选择器将ADC的差输 入与 8个外部引脚及内部温度传感器相连。 可以使用内部输入缓冲器为直接连接的变送器供高输入阻抗。 一个 8位的偏移 DAC允许修正较大的输入偏移电压。 端口输入 /输出 C8051F350/1/2/3有 17个 I/O引脚 (两个 8位口和一个 1位口 )。 C8051F350/1/2/3端口的工作情况与标准 8051相似 ,但有一些改进。 每个端口引脚都可以被配置为模拟输入或数字 I/O引脚。 被选择作为数字 I/O的引脚还可以被配置为推挽或漏极开路输出。 在标准 8051中固定的 “ 弱上拉 ” 可以被总体禁止以节省功耗。 数字交叉开关允将内 部数字系统资源映射到端口 I/O引脚。 可通过设置交叉开关控制寄存器将片内的计数器 /定时器、串行总线、硬件中断或其它数字信号配置为出现在端口 I/O引脚。 这一特性允许用户根据自己的特定应用选择通用端口 I/O和所需要的模拟和数字资源的组合。 C8051F350 有两个电压基准选项：内部 参考电压或外部参考电压。 ADC0CF 寄存器中的 AD0VREF 位选择基准源。 内部电压基准电路包含一个 、温度性能稳定的带隙电压基准发生器和一个两倍增益的输出缓冲放大器，产生 压基准。 当内部电压基准被使用时， 它被驱动输出到 VREF+引脚，此时 VREF引脚被接到 AGND。 通过将寄存器 ADC0MD 中的 AD0EN 位置‘ 1’和将寄存器 ADC0CF中的 AD0VREF 位清‘ 0’来使能内部电压基准。 当内部振荡器被使能时，内部振荡器的偏压发生器被自动使能。 REF0CN 中的 BIASE 位也可以用于在内部振荡器未被使能使能的情况下来使能内部振荡器的偏压发生器。 类似地，寄存器 REF0CN中的 REFBE 位可用于使能内部带隙基准发生器，该带隙基准发生器为 ADC、 IDAC、时钟乘法器和内部电压基准所用。 ADC 的电压基准由寄存器 ADC0CF中的 ADC0VREF 选择。 当 ADC0VREF位被置‘ 1’时， ADC 使用外部电压基准源；当 ADC0VREF 位被清‘ 0’时， ADC使用内部基准。 定时器 C8051F350内部有 4个 16位计数器 /定时器：其中两个与标准 8051 中的计数器 /定时器兼容，另外两个是 16 位自动重装载定时器，可用于其他外设或作为通用定时器使用。 这些定时器可以用于测量时间间隔，对外部事件计数或产生周期性的中断请求。 定时器 0和定时器 1几乎完 全相同，有四种工作方式。 定时器 2和定时器 3均可作为一个 16位或两个 8位自动重装载定时器。 定时器2 和定时器 3还具有 smaRTClock捕捉方式，可用于测量 smaRTClock时钟（相对于另一振荡器 ） 基于 Modbus 协议的数据采集系统 8 第 5 章 系统电源 本次综合设计 中介绍的直流稳压电源一般是线性稳压电源 , 它是 将起 电压调整的作用 器件始终工作在线性放大区，由 50Hz 工频变压器、整流器、滤波器和串联调整稳压器组成。 它的基本工作原理为：工频交流电源经过变压器降压、 整流、滤波 、再次滤波 后成为一稳定的直流电 源。 图中其余部分是起电压调节，实现稳压作 用的控制部分。 电源接上负载后，通过采样电路获得 输出 电压，将此 输出 电压与基准电压进行比较。 如果输出电压小于基准电压，则将误差值经过放大电路放大后送入调节器的输入端，通过调节器调节使输出电压增加，直到与基准值相等；如果输出电压大于基准电压，则通过调节器使输出减小 ，最后直至与基准电压相等。 这种稳压电源具有优良的纹波及动态响应特性。 此次 设计所用到的电源是 ，此电源是在 +5V电源的基础上用一个 HT7133稳压芯片将电压稳在 ，以达到单片机和 ADM2582供电制要求。 电路图如图 51所示 图 51 系统电源 吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书 9 第 6 章 软件设计 编程软件 Keil C51 是美国 Keil Software 公司出品的 51 系列兼容单片机 C 语言软件开发系统。 Keil C51 软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全 Windows 界面。 另外重要的一点，只要看一下编译后生成的汇编代码，就能体会到 Keil C51 生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的汇编代码很紧凑，容易理解。 在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。 下面详细介绍 Keil C51 开发系统各部分功能和使用。 我 们用开发软件 Keil uVision3 来编写、修改所需程序和下载程序到单片机运行。 其下介绍 Keil uVision3 的使用步骤： Keil uVision3，得到主画面 ，如图 61所示 ： 2. 新建界面 Projectnew project，如图 62 所示 ： ，如 图 63 所示 ： 图 61 Keil uVision3基本画面 图 62 KeiluVision3 的新建界面 基于 Modbus 协议的数据采集系统 10 文件的创建和添加，如 图 64所示 ： 编程语言的介绍 C 语言 [1]是一种面向过程的计算机 程序设计语言 ，它是目前众多 计算机语言 中举世公认的优秀的结构程序设计语言之一。 它由美国 贝尔 研究所 1972年推出。 1978后， C语言已先后被移植到大、中、小及微型机上。 C语言发展如 此迅速，而且成为最受欢迎的语言之一，主要因为它具有强大的功能。 许多著名的 系统软件 ，如 DBASE Ⅳ都是由 C 语言编写的。 用 C 语言加上一些汇编语言子程序，就更能显示 C 语言的优势了，像 PC DOS 、 WORDSTAR等就是用这种方法编写的。 C 语言主要有以下特点： 图 63 单片机的选择界面 图 64 添加 C文件 吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书 11 C是中级语言。 它把 高级语言 的 基本结构和语句与低级语言的实用性结合起来。 C 语言可以像汇编语言一样对位、字节和地址进行操作， 而这三者是 计算机 最基本的工作单元。 C 是结构式语言。 结构式语言的显著特点是 代码 及数据的分隔化，即程序的各个部分除了必要的信息交流外彼此独立。 这种结构化方式可使程序层次清晰，便于使用、维护以及调试。 C 语言是以 函数形式提供给用户的，这些函数可方便的调用，并具有多种循环、条件语句控制程序流向，从而使程序完全结构化。 C 语言功能齐全。 具有各种各样的 数据类型 ，并引入了 指针 概念，可使程序效率更高。 另外 C语言也具有强大的图形功能，支持多种显示器和驱动器。 而且计算功能、 逻辑判断 功能也比较强大，可以实现决策目的的游戏。 C语言适用范围大。 适合于多种 操作系统 ，如 Windows、 DOS、 UNIX等等；也适用于多种机型。 C语言对编写需要 硬件 进行操作的场合，明显优于其它解释型高级语言，有一些大型 应用软件也是用 C语言编写的。 C语言具有绘图能力强，可移植性，并具备很强的数据处理能力，因此适于编写系统软件， 三维 ， 二维 图形和动画。 它是 数值计算 的高级语言。 基于 C 语言的这些特点，我们选用 C 语言来作为编程语言。 组态王软件 组态王开发监控 系统软件 ，是新型的工业 自动控系统 ，它以标准的工业计算机软、硬件平台构成的集成系统取代传统的封闭式系统。 它具有适应性强、开放性好、易于扩展、经济、开发周期短等优点。 通常可以把这样的系统划分为控制层、监控层、管理层三个层次结构。 其中监控层对下连接控制层，对上连接管理层，它不但实现对现场的实时监测与控制，且在自动控制系统中完成上传下达、组态开发的重要作用。 尤其考虑三方面问题：画 面、数据、动画。 通过对监控系统要求及实现功能的分析，采用组态王对监控系统进行设计。 组态 也为试验者提供了可视化监控画面，有利于试验者实时现场监控。 而且，它能充分利用 Windows 的图形编辑功能，方便地构成监控画面，并以动画方式显示控制设备的状态，具有报警窗口、实时趋势 曲线 等，可便利的生成各种报表。 它还具有丰富的 设备驱动程序 和灵活的组态方式、数据链接功能。 下面介绍组态监控界面的建立，其步骤如下： 1. 双击 组态王 ，得到主画面 ，启动“组态王”工程管理器（ ProjManager） ，选择菜单“文件 \新建工程”或单击“新建”按钮，弹出如图 64所示 基于 Modbus 协议的数据采集系统 12 ，按照步骤进行建立工程和存档，直到出现如下界面则创建成功。 如图 65所示 图 65 建立工程完成 ，选择数据传输波特率等相关参数。 如图 66 所示 图 64 新建工 程界面 吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书 13 图 66 设置串口 COM2，新建 I/O设备，按照提醒设 置需要的参数。 如图 67所示 图 67 设备配置向导 ，单击画面，出现新建画面，根据操作手册进行画面建立。 如图 68所示 基于 Modbus 协议的数据采集系统 14 图 68 新画面 吉林化工学院信息与控制工程学院专业综合设计说明书 15 第 7 章 结论 本设计运用组态王和 C8051F3500 单片机及 ADM2582 设计的一个简单、实用、测量精度高的电压采集和组态监控画面系统，它可以把温度测量精度控制在177。 在这次硬件课程设计过程中，我得到了童老师 和王老师悉心的指导，是我在短期内学会了MODBUS 通信协议和 CRC校验的计算 方法，以及组态王上位机与下位机通信的参数 设定。 通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了 这一年 年的学习成果。 虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。 但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。 这三 星期 的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。