基于89C51单片机和AD590芯片实现微机通信程序的开发
1 系统功能及特点
本系统用单片机对整个测量电路进行管理和控制，使得整个系统智能化、体积小、功耗低、使用电子元件较少，内部配线少，成本低，制造、安装、调试及维修方便。该系统中单片机作为下位机，完成测温任务，测量结果可在本地显示，也可通过下位机与上位机（pc机）通讯，给出结果和提示信息。而上位机与下位机大多是通过pc机的rs-232串行接口实现通信。visual basic是可视化面向对象的采用事件驱动技术的结构化程序设计语言，本系统上位机是在windows环境下利用visual basic开发微机通信程序。
2 系统基本原理
系统结构如图1所示，其中，计算机要求能够运行windows98或更高版本）操作系统和开发环境vb6.0，具有标准的rs232串口，主要功能为数据采集处理和系统控制，是人机交互的平台。
现场温度采集点共有4路，采用ad590采集温度送到单片机的a/d转换器转入端，测量范围最大值为50度，单片机定时采集温度信号，并按串行通信协议打包构成数据帧。在微机中采用vb6.0编程，并选用mscomm控件进行串行口通讯。mscomm控件是microsoft提供的扩展控件，用于支持vb程序对串口的访问，同时支持查询方法和事件驱动通讯的机制。事件驱动通讯是交互方式处理串口事务的一种非常有效的方法，特别适合windows程序的编写。因此用其实现微机串口的数据通讯相当简单，以很少的程序代码就可以轻松实现串口的访问和数据通讯。
3 硬件设计
3.1 测量电路设计
ad590将温度转换成相应的电流后，需要有电流电压转换电路（如图2），其中电容c起滤波作用。该电路中，考虑到测温范围是0度—50度，而adc0809输出电压范围为0-5v，故电阻r2取3.3千欧，r3取15千欧，其中r2是滑动变阻器，精度高于r3，电阻r4取100，r5取50千欧，r4是滑动变阻器，精度高于r5，电阻r6取33千欧。运放是温度电压变换电路，为了测试方便，设计时将0度时的输出电压定为0v，每升高一度输出电压上升100mv，与电压之间的关系为：u=k（t-t0）v式中，k为比例系数，k=0.98v/度，t为环境温度，单位为度，t0—测温下限0度。当t=+50度和t=0度时，变换电路输出电压上限为umax=5v，电压下限为umin=0v，实现的办法是：首先调整r2，使得i1=273.2ua，当温度为0度时，通过ad590的电流i2=273.2ua，此时i3=0ua，r4、r5上无压降，即输出电压为0v；当环境温度为50度时，流过ad590的电流为323.2ua，此时，i3=i2-i1=50ua，调整r4，使r4+r5=98千欧，有（r4+r5）*i3=4.9v。同样，可以计算出其余各温度所对应的输出电压。
3.2 模数转换接口电路设计
本系统以89c51芯片作为主芯片，管理和控制整个系统。该芯片集成度高，兼容8051单处机，不同的是片内有4kb的rom，为perom（flash存储器）。a/d转换器的种类很多，目前应用较广泛的有：逐次逼近式a/d转换双积分式a/d转换器、v/f变换式a/d转换器。本系统所使用的单片机89c51是8位，因此采用8位a/d转换器，其接口电路简单。绝大部分集成a/d转换器的数据输出都具有ttl电平，数据输出寄存器具有可控三态输出功能，可直接挂在数据总线上，否则，就要加缓冲器接口，数据分两次读出，比较麻烦。根据系统所要求的测量分辨力，采用8位a/d转换器时，其分辨力为50/250=0.2，已经高于规定值。温度是一个缓慢变化的物理量，测量它时不需要高速a/d转换器，通道上也不需要加采样保持器。逐次逼近型a/d转换器属于中速a/d转换器，常用于工业多通道单片机控制系统。基于以上原因，本系统采用adc0809作为模数转换器。其结构框图如图3。该芯片是8位逐次比较式a/d转换芯片，具有地址锁存控制的8路模拟开关，最大非线性误差小于+1lsb，应用单一+5v电源，其模拟量输入电压的范围为0 +5v，对应的数字量输出为00h ffh，可锁存三态输出，输出与ttl兼容，功耗为15mw，转换时间为100 s，无需调零或调整满量程。有28个引脚，其中：in0、in1、in2、…、in7接8路模拟量输入；ad-da、addb、addc接地址线，用以选定8路输入中的一路。
该系统中addc接地，ad-da、addb分别接89c51的p3.3和p3.4，构成4路输入;ale是地址锁存允许，start是芯片的起动引脚，其上脉冲的下降沿起动一次新的a/d转换，一起接入p3.7;eoc是转换结束信号，与p362相接，向单片机申请中断；oe是输出允许端，直接接+5v；clk是时钟端，因芯片的时钟频率最高只工作于640khz，故通常由单片机的ale经分频后接向该引脚；db0 db7是数字量输出，与po相接，lsb表示最低位，msb表示最高位。
3.3 串行接口电路设计
下位机（单片机）通过串行口（rxd和txd）与上位机（pc机）进行异步通信，采用rs—232标准接口。rs—232规定了自己的电气标准，而此标准并不能满足ttl电平（mcs—51单片机串行口电平为ttl电平）传送要求。因此当rs232电平与ttl电平接口时，必须进行电平转换。目前rs232与ttl的电平转换最常用的芯片是传输线驱动器mc1488和传输线接收器mc1489，其作用除了电平转换外，还实现正负逻辑电平的转换。
4 软件设计
系统软件主要是用vb6.0对rs232串口编程。实现硬件之间的通讯。mscomm是microsoft公司提供的主要用于串行通信编程的activex控件。activex控件包括一系列的属性、方法和事件，应用程序通过activex控件提供的接口来访问控件的功能。通信控件把许多复杂的操作都留给了vb和windows处理，编程人员编程时只需设置其中的一些属性。
系统的关键代码如下：
coast cmdconfig = “%0101210600” ’设置端口命令字符，0--100度，科学单位
coast cmddatainl = “#o1” ‘读串口1数据命令字符
coast cmddatain2 = “#02” ‘读串口2数据命令字符
coast cmdspancalibration = “$010” ‘校准命令字符
coast cmdoffsetcalibration = “$011” ‘偏移量校准命令字符
coast cmdconfigstatus = “$012”‘读端口信息命令字符
coast cmdmodulename = “$olm”‘读模块名命令字符
private sub cmdstart_onclick（ ）‘开始命令子程序
mscomml.commpor = comnum‘设置申口号
if mscomml.portopen = false then‘打开串口
mscomml.poropen = true
end if
if comnum = 1 then
cmddataln = cmimatainl
else
cmddataln = cmddatain2
end if
mscomml.outpu t= cstr（cmddatain）&vbcr‘发出读数命令
timedelay 500‘延时500 ms
picturel.currentx = 0‘绘制曲线坐标起点
picturel. currenty = temperature
timer1.enabled = true‘开始计时
end sub
private sub mscomml_oncomm（ ） ‘事件响应子程序
select case mscomml.commevent‘判断mscomml通讯事件
case comevreceive‘收到rthreshold个字节产生的接收事件
mscomml.rthreshold = 0‘关闭oncomm事件接收
timedelay 20‘延时20ms
temperatureshow = right（mscomml.input.7） ‘读取第一个数据字节（bcd码高位字节）
temperature = vai（temperature5how ） ‘数值组合，标定小数点
mscomml.output = cstr（cmddatain）&vbcr‘发送读命令
mscomml.inbuffercount = 0‘清空缓存
mscomml.rthreshold = 1‘关闭oncomm事件接收
case comeventbreak‘收到break
…
case else
end select
end sub
系统时钟最小可以设为1ms，在使用中需要注意，由于串口速度有限，系统运行速度有限，adam4013模块的采样率也有限，所以设置串口采样间隔一般不能小于50ms，否则会出现延时错误。其实对于温度采集来说，20次/s的采样率已经够用，大的采样率并无太大意义。
5 结束语
系统中没有对温度超过测温范围时情况的处理，可在系统改进中增加一个报警电路。将单片机的一个口与一个发光二极管相接，所测温度超过规定温度时，发光二极管点亮，提醒用户。本系统由于进行了实时显示和数据存储的设计，便于直观地观察温度变化和数据处理。本系统最大的特点就是容易实现，不需要数据采集卡，不需要硬件驱动程序，硬件连接方便，软件编制也比较容易掌握，特别适合短期的测温系统开发。
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2 系统基本原理
系统结构如图1所示，其中，计算机要求能够运行windows98或更高版本）操作系统和开发环境vb6.0，具有标准的rs232串口，主要功能为数据采集处理和系统控制，是人机交互的平台。
现场温度采集点共有4路，采用ad590采集温度送到单片机的a/d转换器转入端，测量范围最大值为50度，单片机定时采集温度信号，并按串行通信协议打包构成数据帧。在微机中采用vb6.0编程，并选用mscomm控件进行串行口通讯。mscomm控件是microsoft提供的扩展控件，用于支持vb程序对串口的访问，同时支持查询方法和事件驱动通讯的机制。事件驱动通讯是交互方式处理串口事务的一种非常有效的方法，特别适合windows程序的编写。因此用其实现微机串口的数据通讯相当简单，以很少的程序代码就可以轻松实现串口的访问和数据通讯。
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ad590将温度转换成相应的电流后，需要有电流电压转换电路（如图2），其中电容c起滤波作用。该电路中，考虑到测温范围是0度—50度，而adc0809输出电压范围为0-5v，故电阻r2取3.3千欧，r3取15千欧，其中r2是滑动变阻器，精度高于r3，电阻r4取100，r5取50千欧，r4是滑动变阻器，精度高于r5，电阻r6取33千欧。运放是温度电压变换电路，为了测试方便，设计时将0度时的输出电压定为0v，每升高一度输出电压上升100mv，与电压之间的关系为：u=k（t-t0）v式中，k为比例系数，k=0.98v/度，t为环境温度，单位为度，t0—测温下限0度。当t=+50度和t=0度时，变换电路输出电压上限为umax=5v，电压下限为umin=0v，实现的办法是：首先调整r2，使得i1=273.2ua，当温度为0度时，通过ad590的电流i2=273.2ua，此时i3=0ua，r4、r5上无压降，即输出电压为0v；当环境温度为50度时，流过ad590的电流为323.2ua，此时，i3=i2-i1=50ua，调整r4，使r4+r5=98千欧，有（r4+r5）*i3=4.9v。同样，可以计算出其余各温度所对应的输出电压。
3.2 模数转换接口电路设计
本系统以89c51芯片作为主芯片，管理和控制整个系统。该芯片集成度高，兼容8051单处机，不同的是片内有4kb的rom，为perom（flash存储器）。a/d转换器的种类很多，目前应用较广泛的有：逐次逼近式a/d转换双积分式a/d转换器、v/f变换式a/d转换器。本系统所使用的单片机89c51是8位，因此采用8位a/d转换器，其接口电路简单。绝大部分集成a/d转换器的数据输出都具有ttl电平，数据输出寄存器具有可控三态输出功能，可直接挂在数据总线上，否则，就要加缓冲器接口，数据分两次读出，比较麻烦。根据系统所要求的测量分辨力，采用8位a/d转换器时，其分辨力为50/250=0.2，已经高于规定值。温度是一个缓慢变化的物理量，测量它时不需要高速a/d转换器，通道上也不需要加采样保持器。逐次逼近型a/d转换器属于中速a/d转换器，常用于工业多通道单片机控制系统。基于以上原因，本系统采用adc0809作为模数转换器。其结构框图如图3。该芯片是8位逐次比较式a/d转换芯片，具有地址锁存控制的8路模拟开关，最大非线性误差小于+1lsb，应用单一+5v电源，其模拟量输入电压的范围为0 +5v，对应的数字量输出为00h ffh，可锁存三态输出，输出与ttl兼容，功耗为15mw，转换时间为100 s，无需调零或调整满量程。有28个引脚，其中：in0、in1、in2、…、in7接8路模拟量输入；ad-da、addb、addc接地址线，用以选定8路输入中的一路。
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4 软件设计
系统软件主要是用vb6.0对rs232串口编程。实现硬件之间的通讯。mscomm是microsoft公司提供的主要用于串行通信编程的activex控件。activex控件包括一系列的属性、方法和事件，应用程序通过activex控件提供的接口来访问控件的功能。通信控件把许多复杂的操作都留给了vb和windows处理，编程人员编程时只需设置其中的一些属性。
系统的关键代码如下：
coast cmdconfig = “%0101210600” ’设置端口命令字符，0--100度，科学单位
coast cmddatainl = “#o1” ‘读串口1数据命令字符
coast cmddatain2 = “#02” ‘读串口2数据命令字符
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coast cmdconfigstatus = “$012”‘读端口信息命令字符
coast cmdmodulename = “$olm”‘读模块名命令字符
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mscomml.commpor = comnum‘设置申口号
if mscomml.portopen = false then‘打开串口
mscomml.poropen = true
end if
if comnum = 1 then
cmddataln = cmimatainl
else
cmddataln = cmddatain2
end if
mscomml.outpu t= cstr（cmddatain）&vbcr‘发出读数命令
timedelay 500‘延时500 ms
picturel.currentx = 0‘绘制曲线坐标起点
picturel. currenty = temperature
timer1.enabled = true‘开始计时
end sub
private sub mscomml_oncomm（ ） ‘事件响应子程序
select case mscomml.commevent‘判断mscomml通讯事件
case comevreceive‘收到rthreshold个字节产生的接收事件
mscomml.rthreshold = 0‘关闭oncomm事件接收
timedelay 20‘延时20ms
temperatureshow = right（mscomml.input.7） ‘读取第一个数据字节（bcd码高位字节）
temperature = vai（temperature5how ） ‘数值组合，标定小数点
mscomml.output = cstr（cmddatain）&vbcr‘发送读命令
mscomml.inbuffercount = 0‘清空缓存
mscomml.rthreshold = 1‘关闭oncomm事件接收
case comeventbreak‘收到break
…
case else
end select
end sub
系统时钟最小可以设为1ms，在使用中需要注意，由于串口速度有限，系统运行速度有限，adam4013模块的采样率也有限，所以设置串口采样间隔一般不能小于50ms，否则会出现延时错误。其实对于温度采集来说，20次/s的采样率已经够用，大的采样率并无太大意义。
5 结束语
系统中没有对温度超过测温范围时情况的处理，可在系统改进中增加一个报警电路。将单片机的一个口与一个发光二极管相接，所测温度超过规定温度时，发光二极管点亮，提醒用户。本系统由于进行了实时显示和数据存储的设计，便于直观地观察温度变化和数据处理。本系统最大的特点就是容易实现，不需要数据采集卡，不需要硬件驱动程序，硬件连接方便，软件编制也比较容易掌握，特别适合短期的测温系统开发。
伺服电机和步进电机有什么不同
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