矿井提升机钢丝绳在线监测系统 毕业设计.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目： 姓 名： 编 号： 平顶山工业职业技术学院 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 专业 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任 年 月 日平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录 系 专业，学生 于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 专题（论文）题目： 指导老师： 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， 平顶山工业职业技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 专业 年级 毕业设计（论文）题目： 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）目录第一章 绪论 2 一、本课的目的和意义 2二、国内外研究概 3 三、 软件及工作过程 4 第二章 系统总体方案设计 5 一、总体方案综述 5二、上位机方案设计 6三、 软件及工作过程 7第三章 系统具体模块设计 8一、 系统硬件电路设计 8二 系统软件设计24 致谢28 参考文献29第一章 绪论一、本课题的目的和意义选题的目的和意义是为了开发出具有自主知识产权的、价格低廉、安全可靠的矿井提升机钢丝绳在线监测系统，提高我国矿业尤其煤矿工业安全系数。从而为我国矿井事业贡献一份力量。本课题主要用来检测提升机钢丝绳的张力变化情况川。提升机是广泛应用于工矿企业的重要设备，它用四根钢丝绳携带两个积斗上下往复运动进行工作，提升机钢丝绳是矿井提升设备中的承重部件，需要承受重达50吨的张力。因为钢丝绳的运行情况和承载能力时刻关系到设备和人身安全，所以钢丝绳的正确维护是非常重要的。如果提升机钢丝绳受力不均匀可能导致其中一根绳子断裂，其他几根钢丝绳也会相继断裂。如果对钢丝绳的张力进行检测，并记录下来，就可发现其中各个绳子的张力变化过程，可以调整钢丝绳使它们达到受力均匀，从而不会因为钢丝绳张力之间的差别过大或张力本身超过极限而断裂。 现在，煤矿中一般人为地凭借经验的观测进行调节，可靠性低，并且山于不能随时检测其张力而易引起事故。因此，需要开发出一套具有自动检测能力的系统对钢丝绳张力进行准确检测，在各钢丝绳张力之间的差别过大或张力本身超过极限时进行报警，以提高钢丝绳的使用寿命、保障设备的安全运行。由于张力变化的过程缓慢，所以分析张力近期的数据非常重要。矿井的特殊环境，对该课题提出了较高的要求。由于提升容器作往复运动，无法进行有线传输，因此只能采用无线传输的方式进行数据传送。所以，根据矿井提升机的实际情况，为了保障安全生产的顺利进行，有必要开发出一套无线检测系统，在提升机工作的时候对它的六根钢丝绳的张力进行检测。本系统中，出于对矿井安全生产的考虑，采用低压采集与传送。应用本系统检测钢丝绳张力，可以解决称重、张力不均调绳，预告松绳、过载，防止“蹲罐”、“坠斗”等恶性事故发生，并有利于改进提升控制系统。它主要用于多绳提升机，但经改进也可用于单绳提升机，这就使得它在我国广大煤矿的提升系统的检测中具有极其广阔的应用前景。使用该系统，可为提升机安全、经济地运行提供主要保证，从而大大提高提升系统可靠性，减少事故，防止人员伤亡，具有很大的社会效益。直接计量提升重量，可防止间接测量估算造成的不必要的经济损失，同时各种检测预报功能可降低提升设备故障率，防止损坏设备，减少维修量。若目前我国数以千计的矿井采用了该检测系统，每年提升事故约占机电事故的60%计算，则可以减少数以亿计的经济损失，大大提高经济效益。二、国内外研究概况目前，国内采用钢丝绳的设备和设施，大部分都没有安装张力自动检测系统。为了保证安全，一般采用定期更换钢丝绳或人工判断更换时间的办法，不但浪费大量钢丝绳，而且断裂事故时有发生，这主要是由于不能随时检测钢丝绳张力，而容易引起事故。现在，国内外己经有同类产品问世，例如煤炭科学总院开发的RTCA多绳提升钢丝绳张力测定仪、中国矿业大学科技开发中心研制的LC-1型提升机钢丝绳张力在线检测系统以及瑞典ABB公司开发的矿井提升机钢丝绳张力监测系统等。瑞典ABB公司的矿井提升机钢丝绳张力监测系统命名为ABB DYNAMATE.该系统能对钢丝绳的实际张力进行连续检测，并且该设备己经在有的矿井投入使用过。但是由于该设备采用有线传输，系统价格昂贵(一套监测装置25万美元)，而且安装不便且维修费用极高，由于经济原因目前国内几乎没有厂家使用。随着信息数字化、控制智能化的发展，国内外的提升设备钢丝绳张力监测水平已有较大进步，功能和自动化程度都有较大提高。但总体来看，还存在着两个问题。第一，进口仪器普遍价格昂贵，且功能方面不能完全满足生产的实际需要，鉴于目前我国矿山企业不景气的现状，这些进口仪器很难得到普及。第二，国产的在线监测设备整体水平还比较低，不能适应矿井复杂的工业环境，难以满足现代化生产的要求。针对这种现状，并为满足有关企业的实际需要，我们开发研制了一种新型的提升机钢丝绳张力检测系统 基于nFR401的提升机钢丝绳张力检测系统。由于本课题涉及到的矿井提升机钢丝绳张力检测系统对环境的要求比较苛刻，要求能适应冬季低温环境以及满足矿井安全防爆(电压不能超过5V)的要求，国内还没有能够满足此要求的产品问世。木系统的主要技术指示已经达到了国际同类产品水平。与国内外同类产品相比，本系统具有设计新颖，仪器操作方便、性能稳定、可靠等优点，而且它还能适应上面提到的恶劣的工业现场环境。因此，本系统与同类产品相比，具有更优异的性能和更广阔的市场前景。 三、无线数字通信系统基本组成图1给出了无线数字通信系统的基本模型。信源又称信息源，它是产生消息的部分。信源编码是把信源发出的信息转换成数字形式的信息序列。主要包括模/数转换(A/D变换)和压缩处理。信宿就是信息的接收者，它是信息到达的目的地。信源译码将接收到的信号恢复成原始的消息。信道是任何一个通信系统必不可少的组成部分，信道特性将直接影响系统性能。图1 无线数字通信系统基本模型数字调制的基本方式可以归结为三类:振幅键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)。其中调制信号为二进制数字信号的数字调制称为种变化状态，是最简单的数字调制，可以分为:二进制振幅键控(2ASK),二进制频移键控(2FSK)和二进制移相键控(2PSK)。四、 总系统技术要求提升机钢丝绳张力检测系统是一套无线检测系统，它能检测钢丝绳张力变化情况，并通过无线发射器将数据传输到地面提升机控制台。该系统主要是应用在矿山领域的提升设备中。如果安装了木系统，能够增强提升设备的可靠性，减少事故，防止人员伤亡、延长钢丝绳的使用寿命，具有很大的社会效益和经济效益。接收系统主要功能如下:(1)实时在线接收(2)无线接收信号(3)D/A转换(4)从单片机到微机之间的数据传输主要技术指标:(1)采集频率:3次/秒;(2)接收频率: 433MHz;(3)功率:l00mw;(4)工作电压:5V;(5)传输速率:2400bps;(6)无线传输距离:1000米;第二章 系统总体方案设计一、总体方案综述整个提升机钢丝绳张力在线监测系统设计成由三个部分组成。包括：上位机、下位机、控制室。下位机主任务是负责信号采集、信号调整以及信号发射；上位机主要任务是负责信号接收、信号处理以及将最终有效数据传送到微机；在微机控制室，微机根据接收到的数据显示出相应的受力曲线图等信息，工作人员通过观察这些信息和输入指令来实时监控整个系统。若采用有线信号传输方法，线路易老化，且线路需随提升机上下运动，易磨损或钩挂到其他物件而损坏，因此容易出现故障。考虑到矿井工作环境恶劣，维修困难，固而采用无线信号传输方式。根据矿井安全规定，防爆指标工作电压为低于5伏，不宜采用功率较大的模拟信号收发传输方式，因而采用数字信号收发传输方式。其框图如图2所示： 图2 总系统工作原理框图由于本选题为总体方案三部分之一，即接收电路部分，位于上位机，固以下着重论述上位机方案设计。二、上位机方案设计在工作站的控制台上采用终端PC机进行数据的分析处理。从模块出来的串行数据通过电平转换,读入计算机。接收端(计算机)采用高级语言编辑的接收软件,显示接收到的数据,并进行进一步的处理,如汇总成数据表格,画出分析曲线以及打印结果等等,以供工作人员参考。鉴于发射接收模块的输入、输出电平为TTL电平,与PC机RS 232标准串行接口的电气规范不一致,因此要单片机与PC机之间的数据通读,必须进行电平转换。本系统采用MAX公司的MAX232实现电平转换。其优点为工作稳定，外部连接元件少。整个接收电路方框图如图3所示：图3 接收电路方框图信号由下位机发射模块发出，接收电路用采用挪威Nordic公司无线收发芯片nRF401接收信号，经其内部处理后，得到编码数字信号输出；再输入intel8051单片机，对其进一步处理后；再数字信号经MAX232电平转换后输入到PC机，即整个接收工作完成，其中，由于单片机只有一个串口，而Nrf401与单片机以及单片机与PC机的连接都是串行通讯，所以许外部扩展串口，在此扩展两个串口，以留一个备用，采用8251扩展串口。三、 软件及工作过程。主程序是控制和管理的核心,系统上电后进行初始化定时器处理操作。初始化主要完成对各串口状态寄存器复位和初次检查除定时器0外禁止所有的中断。 图4 系统的软件流程图初始化完成后,系统开始正常运转。进行端口检测、定时处理等操作。系统的软件流程如图4所示： 第三章 系统具体模块设计一、 系统硬件电路设计硬件电路分为四个模块，分别为无线接收模块、单片机数据处理模块、TTL（“0”为0-0.35V“1”为2-5V）与RS232(“0”为-3- -15V “1”为+3-+15V)电平转换模块、PC机串口模块。1、无线接收模块（1）主芯片nRF401简介nRF401是工作于ISM频段（433MHz）的单片机无线收发一体芯片。它是目前集成度量高的无线数传产品，20脚双列直插封装。NRF401内部结构如图1所示，其中包含高频接收/发射、PLL合成、FSK调制/解调和双频切换等单元。该芯片有如下特点：FSK5频移键控（Frquency-ShiftKeying）调制方式，直接数据输入输出，抗干扰能力强，特别适合工业场合；采用DSS+PLL频率合成技术，频率稳定性极好；灵敏度高，达到-105dBm；无需曼彻斯特编码；工作速率最高可达20kbit/s；最大发射功率达+10dBm，开阔地的使用距离最远可达1000m；工作在ISM频率433MHz和双信道频率433.92MHz/434.33MHz，使用不需要申请许可证。其内部结构图及引脚分布图5图6所示：图5 nRF401内部结构图图6 nRF401管脚图其引脚功能如表1：引脚号引脚名功能描述1XC1输入晶振输入2VDD电源+35V3VSS地0V4FILT1输入外部循环滤波器引脚5VCO1输入压控震荡的外接电感6VCO2输入压控震荡的外接电感7VSS地0V8VDD电源+35V9DIN输入数据输入10DOUT输出数据输出11RF_PWR输入发送电源设置12CS输入通道选择13VDD电源+35V14VSS地0V15ANT2输入/输出天线引脚16ANT1输入/输出天线引脚17VSS地0V18PWR_UP输入PWR_UP= “0”为电源开(工作模式)PWR_UP= “1”为电源关(闲置模式)19TXEN输入TXEN= “1”为发送模式TXEN= “0”为接收模式20XC2输出晶振输出表1 nRF401引脚功能（3）、nRF401典型电路及推荐外部元件参数 图7 nRF401典型电路C1晶振电容22pFC2晶振电容22pFC3滤波器电容820pFC4滤波器电容15nFC5耦合陶瓷电容2.2uFC6耦合陶瓷电容100nFC7耦合陶瓷电容1nFC8耦合陶瓷电容100pFC9耦合陶瓷电容100pFC10天线电容3.30.1pFC11天线电容5.60.25pFL1压控震荡器（VCO）电感222%nHR1晶振电阻1.0M R2滤波器电阻4.7K R3发送电源控制22K R4减少天线干扰18K X1晶振4.000MHZ表2 推荐使用外部元件参数(4)、收发模式通道选择设置如下表：表3 收发模式通道选择设置(5)、 nRF401在本系统中的应用因本系统主要为信号接收,因此只启用其接收模式,选择通道1，即TXEN引脚直接接地，CS引脚接地，PWR-UP接高电平。在本系统中具体应用电路如图8所示:图8 本系统中应用电路2、单片机模块（1） intel MCS-51系列单片机简介当前应用最广的是Intel公司的MCS51系列单片机，通常用“8051”这个术语来泛指MCS51系列单片机。MCS51系列单片机从其制造工艺上可分为HMOS和CHMOS型两档，即8051/80C51。从其功能结构上又可分为8051/8751/8031，8052/8752/8032和8044/8744/8344以及80C51/87C51/80C31，80C52/87C52/80C32等多种产品。本系统采用的是8051单片机。MCS51系列单片机基本参数和功能如下：8位CPU；4K/8K字节的程序存储器ROM或EPROM；128/256字节的数据数据存储器RAM；可寻址外部程序和数据存储器各64K字节；二十多个特殊功能寄存器；32线并行I/O口；一个全双工串行I/O口；2/3个16位定时/计数器；5/6个中断源，有两个优先级，同级中断则按优先顺序查询；具有较强功能的位处理（布尔）能力；图9为MCS51系列单片机组成结构框图。 图9 MCS51系列单片机组成结构框图采用HMOS工艺的8051单片机的外行结构都采用40条引脚双列直插式（DIP）封装，而CHMOS工艺的80C51单片机除才用DIP封装方式外，还采用方行封装方式。本系统主要采用前者，下面读对其具体芯片管脚说明：VSS-（20引脚）：电路地电平VCC-（40引脚）：正常运行和编程校验时为+5V电源XTAL1-（19引脚）：接外部晶振的一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内震荡器。当采用外部震荡器时，此引脚应接地。XTAL2-（18引脚）：接外部晶振的另一个引脚。在单片机内部，它是一个反向放大器的输入端，这个放大器构成了片内震荡器。当采用外部震荡器时，此引脚应接外部震荡信号的输入。RST/Vpd(9引脚)：复位信号输入端。震荡器工作时，由该引脚输入脉宽2个以上机器周期的高电平时复位单片机。当外部在RST与VCC之间接一个电容约10微法和在RST与VSS之间接一个电阻约8。2千欧时，就可以实现加电复位的功能。V pd为备用电源输入端，即当VCC掉电时，由次引脚提供备用电源，以保持内部RAM的信息。ALE/PROG（低电平有效）-（30引脚）：ALE，允许地址锁存信号输出。当访问外部存储器时，ALE信号的负跳变将P0口上的低8位地址送入琐存器。在非访问外部存储器期间，ALE仍以1/6震荡频率固定不变的速率输出，因而它能作为外部时钟或定时信号用。当访问外部数据存储器时，将以1/12震荡频率输出。PROG为编程脉冲输入端，既当选用8751单片机时，对片内程序存储器进行编程时，由次引脚输入编程脉冲。PSEN（低电平有效）-（29引脚）：访问外部程序存储器选通信号。在访问外部程序存储器读取指令码时，每个机器周期产生两次PSEN信号，在执行片内程序存储器取指令时，不产生PSEN信号；在访问外部程序存储器时，亦不产生PSEN信号。EA（低电平有效）/Vpp-（31引脚）：EA为访问内部还是外部程序存储器选择信号。当EA保持高电平时，为访问内部程序存储器；当程序指针PC值超过片内程序存储器地址（如8051/8751的PC超过0FFFH）时，将自动转向外部程序存储器继续运行；当EA保持低电平时，则只能访问外部程序存储器。因此，对8031来说，其片内没有程序存储器ROM，则起EA引脚必须接地。Vpp为片内EPROM（8751）编程时的电压输入端。在片内EPROM编程时，由次引脚提供编程高电压。P0口-（3239引脚）：8位漏极开路双向并行I/O端口。当访问外部存储器时，它是地址总线（低8位）和数据总线复用；外部不扩展而单片应用时，则作双向I/O口用；在进行片内程序校验期间，作指令代码输出用，可带8个LSTTL负载。P1口-（1-8引脚）：8位准双向并行I/O端口。在片内程序校验期间，做低8位地址用。对8052型单片机而言，P1.0和P1.1具有第二变异功能。它可带4个LSTTL负载。P2口-（21-28引脚）：8位准双向并行I/O端口。当访问外部存储器时做高8位地址用；不作外部功能扩展（单片应用时），则作准双向I/O口用；在片内程序校验时，作高8为地址线用。它可带4个LSTTL负载。P3口-（10-17脚）：具有内部上拉电路的8位准双向并行I/O端口。他还提供特殊的第二功能。他的每一位均可独立定义为第一功能的I/O口和第而特殊功能。第二特殊功能具体含义为：P3.0(10脚)RXD：串行数据接收端。P3.1(11脚)TXD：串行数据发送端。P3.2(12脚) INT0：外部中断0请求端，低电平有效。P3.3 (13脚)INT1：外部中断1请求端，低电平有效。P3.4 (14脚)T0：定时记数器0外部事件记数输入端。P3.5(15脚) T1：定时记数器1外部事件记数输入端。P3.6(16脚)WR：外部数据存储器写选通，低电平有效。P3.7(17脚)RD：外部数据存储器读选通，低电平有效。 （2）、单片机在本课题中的应用原理本课题中单片机主要负责把无线收发模块中接收到的数据输入，并对其校验，以及有必要时候的DA转换，再输出到PC机的串行接口中。接收和发送数据由串完成，由于只有一个串口，所以必须在扩充一个串口，在此用8251扩充。数据发送及DA转换都由相应的软件辅助实现。其他应用电路如下：l 复位电路采用通用上电复位以及手动复位两种具体电路连接方法如图13。l 提供时钟脉冲的晶振选用6MHZ，具体电路连接方法如图14。3、串口扩展模块 （1）、8251可编程同步 / 异步接收 / 发送器（ USART ）介绍a、 8251的基本功能 可用于同步和异步传送 ；同步传送： 58bit 字符，内部或外部字符同步化，自动插入同步字符；异步传送： 58bit 字符，时钟速率为通讯波特率的 1 、 16 或 64 倍； 可产生中止字符（ Break Character ）；可产生 1 、 1.5 或 2 位的停止位；可检查假启动位；自动检测和处理中止字符。； 波特率： DC19 ； 2K( 异步 ) ； DC-64K （同步）；完全双工，双缓冲发送和接收器；误差检测 具有奇偶、溢出和帧错误检测电路。 b、 8251的功能分析整个 8251 可以分成 5 个主要部分：接收器，发送器，调制控制，读写控制以及 I/O 缓冲器。而 I/O 缓冲器由状态缓冲器，发送数据 / 命令缓冲器和接收数据缓冲器三部分组成。 8251 的内部由内部数据总线实现相互之间的通讯。接收器接收在 RXD 脚上的串行数据并按规定的格式把它转换为并行数据，存放在接收数据缓冲器中。 当 8251 工作在异步方式且允许接收和准备好接收数据时，它监视 RDX 线。在无字符传送时， RXD 线上为高电平（即所谓 MARK ），当发现 RXD 线上出现低电平时，即认为它是起始位（即所谓的 Space ），就起动一个内部计数器，当计数到一个数据位宽度的一半（若时钟脉冲频率为波特率的 16 倍时，则为计数到第 8 个脉冲）时，重新采样 RXD 线作为输入信号，送至移位寄存器，经过移位，以经过奇偶校验和去掉停止位后，就得到了变换为并行的数据，经过 8251 内部数据总线传送至接收数据缓冲器，同时发出 RXRDY 信号，告诉 CPU 数据已接收到。 发送器接收 CPU 送来的并行数据，加上起始位、奇偶校验位和停止位后由 TXD 脚发送。 在异步方式时，发送器加上起始位；检查并根据程序规定的检验要求（奇校验还是偶校验）加上适当的校验位；最后根据程序的规定，再加上 1 位、 1 位或 2 位停止位。 不论在同步或异步工作方式，只有当程序设置了 TXEN （ Transmitter Enable 允许发送）和 CTS （ Clear to Send 这是对调制器发出的请求发送的响应信号）有效时，才能发送。 读 / 写控制逻辑对 CPU 输出的控制信号进行译码以实现表 11-13 所示的读 / 写功能。 USART 是以 RD 或 WR 信号中的一个为“ 0 ”来实现 I/O 操作的。若两者中无一“ 0 ”，则 USART 不执行 I/O 操作；若两者全为“ 0 ”，这是一种无确定结果的非法状态。 其接口信号可以分为两组：一组为 CPU 接口的信号；另一组为与外设（或调制器）接口的信号。 CS C/D RD WR 功能 0 0 0 1 CPU 从 8251 该数据 0 1 0 1 CPU 从 8251 读状态 0 0 1 0 CPU 写数据到 8251 0 1 1 0 CPU 写命令到 8251 1 8251 未选中，不操作 表4读写操作真值表与 CPU 的接口信号 DB 7 -DB 0 8251 的外部三态双向数据总线，它可连到 CPU 的数据总线。 CPU 与 8251 之间的命令信息、数据以及状态信息都是通过这组数据总线传送的。 CLK 由这个 CLK 输入产生 8251 的内部时序。 CLK 的频率在同步方式工作时，必须大于接收器和发送器输入时钟频率的 30 倍；在异步方式工作时，必须大于输入时钟的 4.5 倍 . 另外，规定 CLK 的周期要地 0.42us 到 1.35us 的范围内。 CS 选片信号，它应由 CPU的地址信号经译码后供给。 C/D 控制 / 数据端。在 CPU 读操作时，若此端为高电平，由数据总线读入的是 8251 的状态信息；低电平时，读入的是数据。此端通常连到 CPU 地址总线的 A 0. TXTRDY （ Transmitter Ready ） 发送准备好信号。只有当 USART 允许发送（即 CTS 是低和 TXEN 是高），且发送命令 / 数据缓冲器为空时，此信号有效。它用以通知 CPU ， 8251 已准备好接收一个数据。当 CPU 与 8251 之间用查询方式交换信息时，此信号可作为一个“联络”信号 ; 在用中断方式交换信息时，此信号可用为 8251 的一个中断请求信号。当 USART 从 CPU 接收了一个字符时， TXRDY 复位。 TXE （ Transmitter Empty ） 发送器空信号。当它有效（高电平）时，表示发送器中的并行串行转换器空。 RXRDY （ Receiver Ready ） 接收器准备好信号。若命令寄存器的 RXE （ Receive Enable ）位置位时，当 8251 已经从它的串行输入端接受了一个字符，可以传送到 CPU 时，此信号有效。用查询方式时，此信号可作为一个“联络”信号；在中断方式时可作为一个中断请求信处号。当 CPU 读入一个字符后，此信号复位。 SYNDET （ Synchronous Ready ） 同步检测信号。它只用于同步方式。 与装置的接口信号 DTR （ Data Terminal Ready ） 数据终端准备好。这是一个通用的输出信号，低电平有效。它能由命令指令的 bit 5 置“ 1 ”变为有效，用以表示 CPU 准备就绪 . DSR (Data Set Ready) 数据装置准备好。这是一个通用的输入信号，低电平有效。用以表示调制器或外设已准备好。 CPU 可通过读入状态操作，在状态寄存器的 bit1 检测这个信号。 RTS （ Reguest to Send ） 请求传送，这是一个输出信号，等效于 DTR 这个信号用于通知调制器 CPU 准备好发送。可由命令指令的 bit5 置“ 1 ”来使其有效（低电平有效）。 CTS （ Clear To Send ） 清除传送，这是调制器对 USART 的 RTS 信号的响应，当其有效时（低电平）， USART 发送数据。 RXC （ Receiver Clock ） 接收器时钟，这个时钟控制 USART 接收字符的速度。 在异步方式， RXC 是波特率的 1 倍， 16 倍或 64 倍，由方式控制指令预先选择。 USART 在 RXC 的上升沿采样数据。 RXD （ Receiver Data ） 接收器数据，字符在这条线上串行地被接收。在 USART 中转换为并行的字符。 XC （ Transmitter Clock ） 发送器时钟，这个时钟控制 USART 发送字符的速度。在时钟速度与波特率之间的关系同 RXC 。数据在 TXC 的下降沿由 USART 发送字符的速度。 TXD (Transmitter Data) 发送器数据。由 CPU 送来的并行数据在这条线上被串行地发送。 （2）、8251在本课题中的应用原理（扩展一路串行通道）8253 可编程定时器 / 计数器用来产生 8251 所需要的接收发送时钟。它片内包含三个独立的通道，每个通道为 16 位的计数器，均可工作在不同的工作方式，由软件预先设置。在图 8.47 中， 8253 的计数器 0 通过 OUT0 输出一定频率的方波作为 8251 的接收发送时钟；在此只用到一个通道，所以计数器 1、2不用。、8253 的三个定时器 / 计数器相互独立，因此 8251 、和 8051内部定时记数器所采用的波特率可以相同，也可以不同，视实际需要而定。 当 8051 以中断方式管理 8251 的操作时，可将 TXRDY 和 RXRDY 相或后连接到 8051 中断源 INT0 、 INT1. 当 8251 发送缓冲器空接收了一个字符后，便向 8051 发出中断信号。当然， 8051 也可以通过查询方式管理 8251 的操作，这只需在每次发送或接收字符前查询 8251 状态寄存器的内容即可。在此由于不对数据实行中断控制，故TXRDY 和 RXRDY悬空。由于不采用调制解调器，各个 8251 的有关信号 DSR 、 CTS 接地。 由电路图知，8051 的 P2 口P2.0、P2.1位地址经 138 译码器后产生 8253 、 8251 和DAC0832的片选信号，从而得到： 8253 控制寄存器的地址是 0203H ，计数器 0的地址是 0200H 8251的控制字和状态字寄存器地址为 0101H ，数据缓冲器地址为 0100H ；DAC0832的数据缓冲器地址为0000H。4、电平转换模块（1）、MAX232简介Max232产品是由德州仪器公司（TI）推出的一款兼容RS232标准的芯片。该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5-V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。（2）、功能及应用领域（3）、外接电路及引脚图图15 MAX232外接电路及引脚图（4）、max232在本系统中的应用如图16：图16 max232在本系统中的应用电路5、系统整体工作原理及总体电路图（1）、整个系统由四个模块组成，分为无线接收模块，单片机数据处理模块，串行通信口扩展模块，电平转换模块。 系统工作过程为，由下位机发送出的信号，经无线信道，由无线接收模块接收，在内部滤波，发大，解调后，转换为标准数字信号输出，经串口到单片机，单片机对数据进行判断以及其他功能处理后，输出到扩展的串口8251，再经8251的串口发送到RS232的接收器引脚，经RS232内部处理，既电平转换后，输出到PC机的9针串口，再转换为8位并行数据到PC机寄存器，以供CUP使用。（2）、总体电路图(详细见附图)二、系统软件设计软件设计包括波特率的计算、初始化程序、通讯程序以及DA转换。 （一）、波特率的计算 8051单片机串行通讯波特率计算选用串行通讯工作方式3，选用定时记数器1工作方式2，波特率又下式决定：波特率=2 /3 x定时/记数器1溢出率=2 /3 x f /12x(2 -N)本方案中设定：f =6MHZ,波特率=2400bps,又因为SMOD=1，所以时间常数 N=256-（2*6*10 ）/2400*32*12=242.98243=F3H2 、8251波特率计算8251 的波特率取决于 RXC 、 TXC 的时钟输入。在异步方式中， RXC 、 TXC 可以是波特率，也可以是波特率的 16 倍或 64 倍，由 8251 控制字中的波特率因子决定。在本例中，我们设波特率因子为异步 *16 ，即 RXC 、 TXC 是传输波特率的 16 倍。 从图 8.47 可以看出， 8251 的接收发送时钟由 8253 的 OUT 端提供。因此设置波特率的关键在于确定 8253 的计数常数 N 。 若将 8253 设置成工作方式 3 ，则 OUT 端输出周期性的方波信号，其频率为 f out =f clk /N, 其中 N 为计数器的计数常数 ,f clk 为 8253 的输入时钟 . 设 8251 的分频系数为 16, 则波特率可由下式计算 : 波特率 = = 在图 8.47 中 ,fclk 由系统时钟经 4 分频得到 , 若系统选用 6M 晶振 , 则 f out =1.5MHz. 若 8251 采用 2400 的波特率发送、接收数据，则 8253 的计时常数为： N= = 39=27H （二）初始化初始化程序主要包括 8051内部定时记数器控制字，8253 的初始化及 8251的初始化。 由前面章节知，8251及8253设置为，波特率为2400，工作在异步方式，波特率因子为异步*16，每个字符8位，一个停止位，一个偶校验位，允许发送接收。具体初始化如下：1、8253初始化（1）、控制字控制字寄存器只有一个，因而也只有一个地址，每个通道都要对此寄存器写入控制字，此寄存器相当于是有3个8位寄存器，只是只有一个入口地址。而计数值则通过各通道端口地址写入。各通道控制字设置如下：D7D6D5D4D3D2D1D0XX010110通道 只读写最低有效位 方