MCS51单片机在数据采集监控系统中的应用

1.引言

MCS51单片机标准构成只有一组全双工UART串行口，P3.0-RXD收、P3.1-TXD发，如果要完成多路串口收发，一般使用外部扩展芯片，例如：GM8123/25，完成一扩多路串口，但是，由于增加扩展芯片，造成硬件成本增加，PCB板面增大，抗干扰性下降等不良因素，因此能尽量使用现有串口，利用分时切换技术，完成串行口不同类型，不同端口的数据传送是优先选择。

2.硬件功能简述

本设计用于数据采集监控系统如图1所示。采用485串行口完成数据采集，和232串口输出打印功能，这样使得接口连线简单，可靠性高。

RS-485工作特征：发送端：逻辑“1″两线间的电压差为+2至6V表示;逻辑”0″以两线间的电压差为-2至6V表示。接收端：A比B高200mV以上即认为是逻辑“1″，A比B低200mV以上即认为是逻辑”0″。RS485总线因其硬件设计和通信协议简单、控制方便、成本低廉、传输距离远以及可挂接多个从设备等优点，便于对分布式的各个现场测控设备实现集中控制，485现场总线技术得到了广泛的应用。本设计采用MAX485E芯片，它是一款用于RS485和RS422通信的低功耗总线收发器，具有±15kV静电放电冲击保护和限摆率驱动特性，减小了电磁干扰和终端电缆反射，允许高达250kbps速率的无差错数据传输。该芯片只需用5V的单电源电压供电即可正常工作，而且在一条总线上最多可以连接32个负载。利用该芯片可以极大地简化单片机和RS485总线的接口电路设计。

RS232接口是使用异步UART串行接口，其高低电平信号为-12V~+12V，因此抗干扰性优于TTL电平，传送距离可达10多米，单片机与打印机数据交换就使用此种通信设计，它具有用线少，接口简单可靠等优点。单片机TTL-RS232电平转换接口电路采用Maxim公司生产的MAX232电平转换芯片设计。MAX232芯片只需用5V的单电源供电，外加4个电容，就可实现单片机TTL电平和RS232电平之间的转换，并直接驱动RS232总线进行数据传输，使用十分方便，其最高传输速率可达20kbps.

RS232/RS485在串口传送中各有优缺点，在此做一简单比较：

（1）从接线上，RS232是三线制（收、发、地），RS485是两线制（A、B）;（2）从传输距离上，RS232只能传输15米左右，RS485最远可以传输1200米;（3）从速率上，RS232是全双工传输，RS485是半双工传输;（4）从协议层上，RS232只支持点对点通讯（1:1），RS485支持总线形式通讯（1:N）。在本设计中RS232被用于距离不远的打印机点对点串口输出;而数据采集则需要在多个端点设备上，且距离较远的地方收集，于是采用了RS485总线技术来实现。单片机一组串口要完成两组不同电平传送，关键是需要分时切换串口模式，本设计采用模拟开关CD4053芯片，通过P1.5控制完成了485、232串口分离，利用完成软件分时输入、输出处理功能。该电路实现简单，硬件资源利用率高。

本设计打印机RS232通讯协议方式采用ASCII方式。默认数据格式为：1位起始位，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验，波特率为2400bps.RS485采用半双工模式，由P1.3控制收/发功能，其串口分配电路如图2所示。

3.软件功能简介

本系统根据不同功能，由几十个子程序模块组成，现将相关串口分配实现数据收发的程序进行简要分析（汇编语言描述）

4.结论

本设计通过模拟开关CD4053将一路单片机串行口收发信号，分时转换成两路串行口，然后使用不同的接口芯片，实现了RS232和485总线同在一个系统下分时完成了通信工作。该设计优点：充分利用了串行口数据传输线少的优势，接口简单，并节省了不必要的硬件开销，增加了信息传送的可靠性。