通信工程专业毕业论文--基于89C52RC的MODBUS通信程序设计

通信工程专业毕业论文--基于89C52RC的MODBUS通信程序设计摘要单片机具有体积小，功能强，成本低，应用面广等优点，目前的温度控制系统多采用单片机进行系统设计。基于89C52RC的MODBUS通信程序设计就是针对于温度控制系统进行的设计。在这里主要使用AT89C52芯片和AD590温度传感器，实现温度的检测和显示功能，再通过MODBUS通信协议实现单片机与PC的连接程序设计，通过PC对被控现场的温度实现调节和控制。在这里有两方面设计，硬件电路设计和软件程序设计。硬件电路设计包括人机互换模块包括按键模块和数码显示模块。按键模块用来输入设定的温度，数码管显示模块用来显示当前测得的温度。温度传感器模块包括A/D转换模块和传感器模块。加热控制模块用来给水加热。上位机通信模块通过串口和PC建立通信渠道。软件设计包括温度检测模块，加热器控制模块，按键模块，数码管显示模块和串口驱动模块。温度检测模块通过A/D转换器将温度值转换成数字值存放，加热器控制模块控制加热器开关的通断，按键模块用于设定温度值；数码管模块用于显示检测到的温度值和设定的温度值，串口驱动模块用于从上位机收发数据。关键词：AT89C52；MODBUS通信协议；温度控制ABSTRACTTheMCUhastheadvantagesofsmallsize,lowcost,widerangeofapplications;temperaturecontrolsystemsuseasingle-chipsystemdesign.89C52RCMODBUScommunicationprogramisdesignedforthetemperaturecontrolsystem.MainlyuseAT89C52chipAD590temperaturesensor,temperaturedetectionanddisplayfunctionsandprogrammingofMCUandPCconnection,andthenthroughtheMODBUSprotocoltoregulateandcontrolthePCchargedwiththetemperatureofthescene.Therearetwoaspectsofdesign,hardwarecircuitdesignandsoftwareprogramming.Thehardwarecircuitdesign,includingtheman-machineinterchangeablemodulesincludingkeymoduleanddigitaldisplaymodule.Thekeymoduleisusedtoenterthesettemperature;thedigitaldisplaymoduleisusedtodisplaythecurrentmeasuredtemperature.ThetemperaturesensormoduleconsistsoftheA/Dconvertermoduleandsensormodule.Heatingcontrolmoduleisusedforwaterheating.ThehostcomputercommunicationmodulethroughtheserialportandPCtoestablishcommunicationchannels.Thesoftwaredesignincludestemperaturedetectingmodule,theheatercontrolmodule,keyboardmodule,digitaltubedisplaymoduleandserialportdrivermodule.TemperaturedetectionmoduletemperaturevaluesbytheA/Dconvertertoconvertthenumericvaluestored,theheatercontrolmodulecontrolstheheaterswitchesoff,thebuttonmoduleisusedtosetthetemperaturevalue;thedigitalcontrolmoduleisusedtodisplaythedetectedtemperaturevalueandthetemperaturesetvalue,theserialportdrivermoduleusedtosendandreceivedatafromthehostcomputer.Keywords：AT89C52,Modbusprotocol,Temperaturecontrol目录前言1第1章绪论2第1.1节选题背景2第1.2节选题简介2第2章总体设计的技术分析3第2.1节AT89C52单片机3单片机的发展3芯片的选择4AT89C52功能简介5第2.2节AD590温度传感器9第2.3节AD0804模数转换原理10第2.4节MODBUS协议11通讯传送方式12通讯规约12Modbus帧描述13第2.4节RS232简介14第3章硬件设计16第3.1节系统结构16第3.2节单片机AT89C52基础电路16复位操作和复位电路16振荡电路和时钟17第3．3节信号的采样及处理18第3.4节人机交互与串口通信单元设计20数码管显示电路20加热器控制电路20串口通信电路21第4章软件设计23第4.1节设计思路、主程序流程图23第4.2节数码管显示程序24第4.3节按键程序24第4.4节加热器控制程序25第4.5节串口收发程序26第4.6节MODBUS协议帧格式程序26MODBUS协议帧格式组装26CRC校验27MODBUS数据帧的拆包29结论31参考文献32致谢35附录136附录237前言温度是工业对象中主要的被控参数之一，它目前应用于很多方面，例如水温的控制，锅炉的温度控制，大棚的温度控制等，在这里是对地铁消防管道的的温度控制。从中就可以看出温度对于当今世代的重要性。温度过高或过低会影响工业过程中的很多方面，它会影响工具的使用，影响器具的承受能力等。对象温度往往要求严格控制，温度控制器的引入，对提高控制精度意义重大，并已经在诸多工程设施方面得到了广泛的应用。目前多采用单片机设计温度控制系统，单片机具有体积小，功能强，成本低，应用面广等优点，它最早是被用在工业控制领域。早期的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。当代单片机系统已经不再只在裸机环境下开发和使用，大量专用的嵌入式操作系统被广泛应用在全系列的单片机上。而在作为掌上电脑和手机核心处理的高端单片机甚至可以直接使用专用的Windows和Linux操作系统。温度控制系统是通过采用单片机控制,使温度能够在设定值及变化范围内变化。采用单片机来实现温度控制不仅具有控制方便、简单、灵活等优点,而且可以大幅度提高被控温度的技术指标。MODBUS协议的应用为实时性和可靠性要求比较高的系统提供了一种很好的通讯方案，它最大限度地节约了成本、降低开发风险、提高系统的兼容性和可移植性。采用MODBUS协议实现了上、下位机之间的通信，很好地满足了工业现场的要求，更好的适应了现代企业需要。在这里有两方面设计，硬件电路设计和软件程序设计。硬件电路设计包括人机互换模块包括按键模块和数码显示模块。按键模块用来输入设定的温度，数码管显示模块用来显示当前测得的温度。温度传感器模块包括A/D转换模块和传感器模块。加热控制模块用来给水加热。上位机通信模块通过串口和PC建立通信渠道。软件设计包括温度检测模块，加热器控制模块，按键模块，数码管显示模块和串口驱动模块。温度检测模块通过A/D转换器将温度值转换成数字值存放，加热器控制模块控制加热器开关的通断，按键模块用于设定温度值；数码管模块用于显示检测到的温度值和设定的温度值，串口驱动模块用于从上位机收发数据。第1章绪论第1.1节选题背景温度是工业对象中主要的被控参数之一[1]，它目前应用于很多方面，在这里是对地铁消防管道的的温度控制，，对象温度往往要求严格控制[2]，温度控制器的引入，对提高控制精度意义重大，并已经在诸多工程设施方面得到了广泛的应用。本文是基于89C52RC的MODBUS通信程序的温度控制器的硬件电路和软件程序的设计。由于通信方式多样化，更需要有通信协议来进行规范[3]。MODBUS协议是由Modicon公司开发且已是工业领域全球最流行的协议[4-5]。此协议支持传统的RS-232、RS-422、RS-485AT89C52开发的系统性能可靠、成本较低、软件设计灵活简单、硬件接口功能丰富,具有扩展性好、通用性强等优点[6]。本文是基于89C52RC的MODBUS通信程序设计，利用单片机89C52和MODBUS通信程序设计温度控制器，使温度在工业中能够被跟好的控制。第1.2节选题简介在该温度控制系统中，单片机作为核心部件进行检测控制，增强了设计的通用性，适时性。地铁消防管道温度控制系统使用AT89C52控制器和AD590温度传感器，实现温度的检测功能和显示功能，然后能够通过上位机（PC）是指上下线温度，并且能够对被控制现场的温度实现智能的调节，来保持被控制现场的温度的基本恒定。序进行说明，包括控制算法，偏差计算等。控制是否升温或降温。第2章总体设计的技术分析第2.1节AT89C52单片机单片机的发展随着大规模集成电路的出现及其发展，将计算机的CPU、RAM、ROM、定时/计数器和多种I/O接口集成在一片芯片上，形成芯片级的计算机，因此单片机早期的含义称为单片微型计算机，直译为单片机。单片机[7]现在可以说是百花齐放，百家争鸣的时期，世界上各大芯片制造公司都推出了自己的单片机，从8位、16位到32位，数不胜数，应有尽有，有与主流C51系列兼容的，也有不兼容的，但它们各具特色，互成互补，为单片机的应用提供了广阔的天地。纵观单片机的发展过程，可以预示单片机的发展趋势，大致有：1微型单片化现在常规的单片机普遍都是将中央处理器（CPU）[8]、随机存取数据存储（RAM）、只读程序存储器（ROM）、并行和串行通信接口，中断系统、定时电路、时钟电路集成在一块单一的芯片上，增强型的单片机集成了如A/D转换器、PMW（脉宽调制电路）、WDT（看门狗）、有些单片机将LCD（液晶）驱动电路都集成在单一的芯片上，这样单片机包含的单元电路就更多，功能就越强大。甚至单片机厂商还可以根据用户的要求量身定做，制造出具有自己特色的单片机芯片。此外，现在的产品普遍要求体积小、重量轻，这就要求单片机除了功能强和功耗低外，还要求其体积要小。现在的许多单片机都具有多种封装形式，其中SMD（表面封装）越来越受欢迎，使得由单片机构成的系统正朝微型化方向发展。2低功耗CMOS化MCS-51系列[9]的8031推出时的功耗达630mW，而现在的单片机普遍都在100mW左右，随着对单片机功耗要求越来越低，现在的各个单片机制造商基本都采用了CMOS（互补金属氧化物半导体工艺）。像80C51就采用了HMOS（即高密度金属氧化物半导体工艺）和CHMOS（互补高密度金属氧化物半导体工艺）。CMOS虽然功耗低，但由于其物理特征决定其工作速度不够高，而CHMOS则具备了高速和低功耗的特点，这些特征，更适合于要求低功耗像电池供电的应用场合。所以这种工艺将是今后一段时期单片机发展的主要途径。3主流与多品种共存现在虽然单片机的品种繁多，各具特色，但仍以80C51为核心的单片机占主流，兼容其结构和指令系统的有PHILIPS公司的产品，ATMEL公司[10]的产品和中国台湾的Winbond系列单片机。所以80C51占据了半壁江山。而Microchip公司的PIC精简指令集合（RISC）也有着强劲的发展势头，中国台湾的HOLTEX公司近年的单片机产量与日俱增，与其底价质优的优势，占据一定的市场份额。此外还有MOTOROLA公司的产品，日本几大公司的专用单片机。在一定的时期内，这