中北大学2012届本科毕业设计说明书
图2.5 C8051F410内部结构框图
C8051F410的结构和性能很适合在本课题的行测试信息管理模块中作为控制核心，能满足系统的要求，这主要体现在以下几方面：
（1）具有体积小、价格低、运算速度快、功能全及微功耗等特点，很适合于要求控制器体积小、能进行快速运算的高速实时控制场合；
（2）它具有多达24个外部输入ADC通道，可编程为单端输入或差分输入，满足带式传感器的多路信号输入采集要求，可编程转换速率最大可达200ksps； （3） 具有32KB可编程FLASH，256字节的数据RAM，2048字节外部数据地址空间（XRAM），为移植嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ提供了条件；
（4）方便高效的开发环境，FLASH型C8051F410单片机有C2调试接口，这种单片机的调试只需一台PC机和一个JTAG调试器，而不需要专用的仿真器和编程器，这种高度方式方便、廉价；
（5） C8051F410的32脚LQFP表面贴片封装使它体积很小，这正符合系统的微型化小体积要求。它货源充足，价格低廉，也符合系统低成本的要求。
本课题在电路设计时，C8051F410中的P1.3～P1.7，P0.0～P0.3，P0.7，P2.0～
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P2.5均可作为ADC输入，一共16个ADC通道，用于采集的端口接RC滤波器，R为470欧，C为0.01μF。P0.4和P0.5用于串行通信。C2D和C2CK为单片机下载程序、在线调试接口。其他口线则用于控制，满足了系统的硬件要求，电路原理图如图2.6所示。
图2.6 硬件电路原理图
2.3.2 数据通信接口设计
串行数据通信以其独特的优势在当今工程应用中占有非常重要的地位。51系列单片机提供了可方便与计算机或其他串行设备连接的异步通信口。为了实现低成本、高效率的远程传感信号的数字处理与变送，总希望用最少的信号线来完成，目前广泛使用的RS485串行接口总线正好满足了这种需要。RS485采用平衡差分信号线的传送方式，具备多点、双向通信能力，在多站点互连方面使用十分方便，通讯接口可以采用MAX490芯片。
RS-485收发器采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号
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转换成差分信号输出；在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抑制共模干扰的能力，而且接收器具有高的灵敏度，能检测低达200mV的电压，故数据传输可达千米以外[21]。RS-485可以采用二线与四线方式，二线制可实现真正的多点双向通信。而采用四线连接时，与RS-422一样只能实现点对多的通信，即只能有一个主（Master）设备，其余为从设备，但它比RS-422有改进，无论四线还是二线连接方式总线上可连接多达32个设备，SIPEX公司新推出的SP485R最多可支持400个节点。
RS-485最大传输速率为10Mb/s。当波特率为1200bps时，最大传输距离理论上可达15千米。平衡双绞线的长度与传输速率成反比，在100kb/s速率以下，才可能使用规定最长的电缆长度。RS-485共模输出电压在-7V至+12V之间，接收器最小输入阻抗为12KΩ。
本课题采用四线制RS-485总线全双工通信，用两对双绞线实现多点联网，构成分布式系统，结构简单、价格低廉。其互连方案如图2.7所示。
选用MAXIM公司的MAX490作为总线接口芯片，内部结构如图2.8所示。MAX490支持单电源+5V工作，可以实现全双工通信。其中R0、DI端的电平标准如下：逻辑“0”为 0.5V—0.8V 之间，逻辑“1”在2.0V—VCC之间。工作状态为：当A端电压比B端电压高200mV以上，RO输出逻辑“1”；而当A端电压比B端电压低200mV ，RO输出逻辑“0”；当DI输入逻辑“0”，Y输出低，Z输出高，反之Y输出高，Z输出低。MAX490的引脚功能说明如下： （1） VCC 正电源端；
（2） RO 接收器输出端。若A大于B200mV，RO为高；A小于B200 mV，RO为低； （3） DI 驱动器输入端。DI为低时 ，输出A低B高；DI为高时，输出B低A高； （4） GND 地；
（5） Y 驱动器非反相输出端； （6） Z 驱动器反相输出端；
（7） B 接收器的反相输入端和驱动器的反相输出端； （8） A 接收器的同相输入端和驱动器的同相输出端。
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图2.7 RS485组网通信图
图2.8 MAX490内部结构图
C8051F410单片机有一个全双工的串行口，数据发送端为P0.4(TX)，数据接收端为P0.5(RX)，它们分别与MAX490的驱动器输入端DI和接收器输出端RO相连。RS-485应在总线电缆的开始和末端都并接电阻进行终端匹配，阻值为120Ω。如图2.9所示。
图2.9 单片机与MAX490的接口电路
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2.3.3整体的电路测试图
将各部分电路测试图连接构成整体的电路图，如图2.10。对整体的原理图用PROTEL99SE做出测试电路的PCB图，如图2.11。
图2.10 校正电路原理图
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