基于RS-485总线的实验教学系统研究
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摘要
实验教学在高校的整个教学体系中占有十分重要的地位，各高校都在积极地进行实验室的建设，而计算机网络技术应用于教学实验改革是大势所趋，符合了现代实验教育的要求。目前国内实验教学的网络改造主要是在网络管理软件方面，在硬件方面对实验设备改造并不普遍。本课题则在硬件和软件两方面加以设计，应用主从分布式控制网络对大连理工大学工程训练中心的慧鱼创意组合实验教学设备进行改造，使其真正达到创新实验的教学效果。
本课题来源于德国FISCHERTECNIC公司出品的慧鱼创意组合模型。在原控制模型中一台PC机控制一个模型，这样造成了PC机资源的严重浪费，针对这种情况，在原系统的基础上进行二次开发，设计了一套基于RS—485总线的实验教学系统。改造后的模型由教学控制管理系统和多个学生客户端组成，实现教师在一台微机上对多个学生实验教学的统一管理。教学控制管理系统用VB编写，实现接收学生客户端上传程序、对上传程序进行编译、存储、管理、下载等功能。学生客户端为多个单片微控制器子系统，用C语言编程，实现输入、显示、上传等功能。本系统能充分培养学生的实际编程能力和思维创新能力，同时具有体积小、性能可靠、价格低廉等特点。 ’
论文简要介绍了RS—485总线网络的组网原理和PC机与多单片机之间的串行通信技术，并在此基础上详细介绍了改造后的慧鱼创意组合系统的网络组成和网络通信实现方法。慧鱼创意组合改造系统采用主从分布式网络，通过自定义通信协议实现了系统通信功能。通信协议物理层应用RS—485总线接口标准：上位机通过标准串行接口COM2经RS232／485转换器将电平转换为RS—485标准电平与下位机通信；下位单片机的串行信号通过MAX487芯片将TTL电平转换为RS—485标准电平实现网络通信。实验证明该系统具有一定的先进性和良好的实用性，可靠性。
There is a common acquaintance in universities that experiment is highly important to higher education, and universities have been making enormous efforts to provide better condition. Today, the reconstruction against network is aimed at the side of network management, and it is not universal to reconstruct the lab devices at hardware. In the paper, both hardware and software are designed in a new teaching system, and make teaching management reach a higher level.
This topic is from FISCHERTECNIC model developed by Germany Fischertecnic Inc. In original models, a model is controlled by a PC, so the source of computer is wasted greatly. Against the existing state, a set of teaching management system based on RS-485 standard is devised. The reconstructed system consists of teaching controlling system and many clients MCU. This realizes teachers' unified management to students. Teaching management system is programmed with VB, performing the function of management. The clients are many subsystems of MCU which are programmed with C to perform the input, display and submitting. This system can train students the ability to program and innovate, and has many advantages such as small volume, steady performance, low price and small components of periphery.
This paper introduces the principle of RS-485 BUS network and serial communication between a computer and many MCU briefly. A total layout of reconstructed system network based on RS-485 bus is put forward, in which a communication protocol is original designed. On this foundation, communication process is introduced in detail.
本课题来源于德国FISCHERTECNIC公司出品的慧鱼创意组合模型。在原控制模型中一台PC机控制一个模型，这样造成了PC机资源的严重浪费，针对这种情况，在原系统的基础上进行二次开发，设计了一套基于RS—485总线的实验教学系统。改造后的模型由教学控制管理系统和多个学生客户端组成，实现教师在一台微机上对多个学生实验教学的统一管理。教学控制管理系统用VB编写，实现接收学生客户端上传程序、对上传程序进行编译、存储、管理、下载等功能。学生客户端为多个单片微控制器子系统，用C语言编程，实现输入、显示、上传等功能。本系统能充分培养学生的实际编程能力和思维创新能力，同时具有体积小、性能可靠、价格低廉等特点。 ’
论文简要介绍了RS—485总线网络的组网原理和PC机与多单片机之间的串行通信技术，并在此基础上详细介绍了改造后的慧鱼创意组合系统的网络组成和网络通信实现方法。慧鱼创意组合改造系统采用主从分布式网络，通过自定义通信协议实现了系统通信功能。通信协议物理层应用RS—485总线接口标准：上位机通过标准串行接口COM2经RS232／485转换器将电平转换为RS—485标准电平与下位机通信；下位单片机的串行信号通过MAX487芯片将TTL电平转换为RS—485标准电平实现网络通信。实验证明该系统具有一定的先进性和良好的实用性，可靠性。
There is a common acquaintance in universities that experiment is highly important to higher education, and universities have been making enormous efforts to provide better condition. Today, the reconstruction against network is aimed at the side of network management, and it is not universal to reconstruct the lab devices at hardware. In the paper, both hardware and software are designed in a new teaching system, and make teaching management reach a higher level.
This topic is from FISCHERTECNIC model developed by Germany Fischertecnic Inc. In original models, a model is controlled by a PC, so the source of computer is wasted greatly. Against the existing state, a set of teaching management system based on RS-485 standard is devised. The reconstructed system consists of teaching controlling system and many clients MCU. This realizes teachers' unified management to students. Teaching management system is programmed with VB, performing the function of management. The clients are many subsystems of MCU which are programmed with C to perform the input, display and submitting. This system can train students the ability to program and innovate, and has many advantages such as small volume, steady performance, low price and small components of periphery.
This paper introduces the principle of RS-485 BUS network and serial communication between a computer and many MCU briefly. A total layout of reconstructed system network based on RS-485 bus is put forward, in which a communication protocol is original designed. On this foundation, communication process is introduced in detail.
引文
[1] 刘建民等．实验教学质量评估初探．实验室研究与探索，2002，(3)：4-8
[2] 李成忠．张新有．计算机网络应用与实验教程．电子工业出版社，2001．1-5
[3] 田能瑾．面向21世纪对实验教学改革的思考．实验室研究与探索，2000，(4)：5-7
[4] 伍丽华，张鹏．计算机网络实验教学改革与实践实验室研究与探索，2003(6)：28-29
[5] 杨亦荣，朱善安．基于RS-485总线的集散式电机控制实验系统．实验室研究与探索，2002，第21卷第5期：53-55
[6] 吴辰文，石永林．实时串行通信的设计与与实现．计算机工程．1998．5：56-59
[7] 王建．网络互连与系统集成．北京：电子工业出版社1996
[8] http://www. fischertechnik, com
[9] 清源计算机工作室编著．Visual Basic 6.0开发宝典．北京：机械工业出版社．1999
[10] 李天启．Visual Basic 6.0学习捷径．北京：清华大学出版社．2000．2
[11] Microsoft Corporation．Visual Basic 6.0中文版程序员指南．北京：北京希望出版社．1998
[12] Microsoft Corporation．VisualBasic6.0中文版语言参考手册．北京：北京希望出版社．1998
[13] 叶新恩，Borland公司．Turbo C(2.0版)使用和参考手册语言．上海：上海科学普及出版社．1992
[14] 桑楠．嵌入式系统原理及应用开发技术．北京：北京航空航天大学出版社．北京航空航：大学出版社．2002
[15] 蔡美琴，张为民等．MCS-51系列单片机系统及其应用．北京：高等教育出版社．1998．3
[16] 李华，孙晓民等．MCS-51系列单片机实用接口技术．北京：北京航空航天大学出版社．1995．12
[17] 何立民．单片机应用技术选编．北京：北京航空航天大学出版社．1999．9
[18] 高福祥，张君．接口技术．沈阳：东北大学出版社．1999．12
[19] 王毅．单片机器件应用手册．北京：人民邮电出版社．1994．5
[20] Muhammad Ali Mazidi, Janice Gillispie Mazidi. The 8051 microcontroller and embedded systems. Upper Saddle River, N.J. Prenfice Hall, 2000.
[21] AT89C51 datasheets, http:/www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/doc0313, pdf
[22] Designing Boards with Atmel AT89C51, AT89C52, AT89C1051, and AT89C2051 for Writing Flash at In-Circuit Test. http://www.atmel.com/dyn/resources/prod_documents/DOCO534. pdf
[23] 张洪润等．实用电子电路手册．成都：成都科技大学出版社．1991
[24] 马家辰，孙玉德等．MCS-51单片机原理与接口技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社．1997．2
[25] 周航慈．单片机应用程序设计技术．北京：北京航空航天大学出版社，1992．8：30-64
[26] Interfacing the PC' s Keyboard http://www, senet, com. au/~cpeacock
[27] 公茂法，孙晨等．单片机人机接口实例集．北京航空航天大学出版社．1999．4
[28] 范振中等．单片机系统中扩展键盘的新方法．电子技术应用．1995(7)
[29] 杨立辉等．点阵式液晶显示模块与单片机的接口设计．微计算机信息．1997(6)
[30]张震．键盘/液晶显示器与单片机的接口设计．信息工程学院学报．1998．4
[31]王建校等．51系列单片机及C51程序设计．北京：科学出版社，2002．4
[32]马忠梅等．单片机的C语言应用程序设计．北京：北京航空航天大学出版社，1999．1
[33]熊宁，王景波．微机键盘通信方式及其编程．宁夏大学学报．1997．4
[34]卜知书．标准PC机键盘在单片机中的应用．石油仪器．1998．5
[35]于印泉等．单片机与PC机键盘接口．内燃机车．2000．5
[36]李朝青．PC机及单片机数据通信技术．北京：北京航空航天大学出版社．2001．1
[37]李建华，郭明等．RS-232和调制解调器高级通信编程．北京：人民邮电出版社．2001．7
[38]刘艳玲．采用MAX232实现MCS-51单片机与PC机的通信．天津理工学院学报．1999．6
[39]B&B Electronics Mfg. Co. Inc.. RS-422 and RS-485 Application Note. 1997
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[41]刘乐善，叶济忠，胡盛斌．微型计算机接口技术及应用．武汉：华中理工大学出版社．1997．6
[42]姜骁．单片机与PC机串行通信故障的处理．电子技术．1997．9：33-34
[43]刘兵，刘欣．IBM-PC机与MCS51单片机主从分布式多机串行通信．武汉食品工业学院学报．1997．1：22-25
[44]吴新安等．一种PC机和多台单片机的串行通信方案．电子仪器仪表用户．2000．3：13-17
[45]李群芳，黄建．单片微型计算机与接口技术．电子工业出版社．第一版．北京．电子工业出版社．2001
[46]范逸之编著．VB与分布式监控系统：RS232/485串行通信。北京，清华大学出版社。2002
[47]卜广炎．自制RS485/RS232转换器实现PC机和单片机之间的串行通信．计算机通信技术．2000．9：27-31
[48]邓素萍．串行通信RS-232/RS-485转换器．国外电子元器件．2001．7：32-35
[49]MAXIM Semiconductor Corp. MAX485 Low-Power, Sled-Rate-Limited RS-485/RS-422 Transceivers. America. MAXIM Semiconductor Corp, 1996
[50]孙洪军等．微机异步串行通信中断接收程序的设计与实现．计算机应用研究．1996．4：102-103
[51]李飞等．用C语言实现MCS-51单片机到IBM PC机的串行通信．自动化与仪表．1995．2：46-47
[52]匡万，毛幼菊．单片机与PC机串行通信的研究．微计算机信息．1998．4：14-17
[53]张生滨，吴智勇．高可靠性RS-485总线及应用．信息技术．2001．4：34-35
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