【正文】 3637VCC38394041424344U1STC125A60S212Y110pFC1810pFC19GND GNDXTAL1 XTAL2NRSTXTAL1XTAL2 GNDVCCRXDTXDTXD1 RXD1LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6LED7 LED8C1C2C3C4KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5TEMPLAN_RIGHTLAN_LEFTabc defgh 圖 從機(jī)主控模塊最小系統(tǒng) LED 燈顯示模塊 LED 燈模塊采用 8 個(gè) 0805 封裝的 LED 顯示， LED 模塊電路圖如圖 所示。 最高 12 位分辨率，精度可達(dá)土 攝氏度。 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。 176。 在本系統(tǒng)中使用的是一個(gè)主機(jī)三個(gè)從機(jī)， 一片 MAX3232 做主機(jī)通訊接口，另外三個(gè)作為從機(jī)通訊接口， RS232 總線直接使用 RS232 電平通訊。 數(shù)據(jù)幀處理模塊 數(shù)據(jù)幀處理是整個(gè)系統(tǒng)的核心部分， 在現(xiàn)場總線技術(shù)中有著至關(guān)重要的作用。根據(jù)功能位確保要執(zhí)行的功能。 EEPROM 可以用于保存一些在應(yīng)用過程中修改并掉電不丟失的參數(shù)數(shù)據(jù) 。 STC內(nèi)部 EEPROM地址如圖 。 操作的步驟如下： 在 A0 為低電平的狀態(tài)下，寫入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，該字節(jié)為寄存器地址。更改后的 DS18B20 實(shí)物圖如圖 所示。經(jīng)過仔細(xì)分析 MAX3232芯片，在三個(gè)從機(jī) TXD端接入一個(gè)二極管，同一時(shí)刻只允許一個(gè)從機(jī)的 TXD數(shù)據(jù)端有效，問題得到解決。 圖 開機(jī)畫面 27 圖 系統(tǒng)運(yùn)行 實(shí)物圖 主機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí) TFT液晶屏 分別顯示三個(gè)從機(jī)的通信狀態(tài)、實(shí)時(shí)溫度、內(nèi)部寄存器的 值 ，可通過參數(shù)設(shè)置按鈕進(jìn)入?yún)?shù)設(shè)置界面，下置數(shù)據(jù)到從機(jī)。 調(diào)試中的協(xié)議問題： 主機(jī)發(fā)送 MODBUS命令數(shù)據(jù)幀，從機(jī)接收到錯(cuò)誤數(shù)據(jù)幀，不能正常讀取 MODBUS命令，仔細(xì)分析 MODBUS協(xié)議，發(fā)現(xiàn)是從機(jī)定時(shí)器接收數(shù)據(jù)幀的時(shí)間設(shè)置不對(duì)，更正后通訊正常。在程序編譯 中會(huì)遇到不少關(guān)于這個(gè)的問題，其中有一些包含的問題，變量定義的問題，函數(shù)同名的問題， 數(shù)據(jù)類型重定義的問題，不過經(jīng)過查找資料，一個(gè)一個(gè)解決了這個(gè)問題。 圖 23 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 主 機(jī) 電路板調(diào)試 根據(jù)主機(jī)電路原理圖焊 接 最小系統(tǒng)及 JTAG 調(diào)試接口 ， 下載測試程序，發(fā)現(xiàn) CPU不能正常連接電腦編譯器，經(jīng)過仔細(xì)檢查發(fā)現(xiàn) 將 JTAG 接口 TDI 引腳接入到 STM32 端口 PA12 上，正確接法應(yīng)接到 PA15 端口上，此錯(cuò)誤導(dǎo)致編譯器不能連接 CPU 下載程序調(diào)試，更正此錯(cuò)誤后芯片連接正常， JTAG 更正處如圖 所示。本系統(tǒng)主要用液晶實(shí)時(shí)顯示線 圈狀態(tài)和寄存器的值。 ISP/IAP 命令寄存器 ISP_CMD：用于選擇 EEPROM 的模式。 19 參數(shù)保存模塊 在本系統(tǒng)中，為信息安全，需要增加參數(shù)的保存模塊，讓掉電后數(shù)據(jù)能保存起來，下次開機(jī)的時(shí)候能讀出來。 在數(shù)據(jù)幀處理過程中，首先判斷數(shù)據(jù)幀是否完整，然后判斷是不是發(fā)給本從機(jī)。 SCON（串行口控制寄存器） SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI SCON = 0X50 即串行口工作方式一（ 8 位 UART，波特率可變）。 因?yàn)槊恳粋€(gè) DS18B20 的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè) DS18B20可以同時(shí)存在于一條總線。華氏相當(dāng)于是 67 176。C ~+125176。 溫度傳感器的種類眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場合時(shí) DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。 內(nèi)部集成 EEPROM 2K－ 16K 及 看門狗 和專用復(fù)位電路。關(guān)斷模式下，接收器保持有效狀態(tài)，對(duì) 外部設(shè)備 進(jìn)行監(jiān)測，僅消耗 1uA 電源電流， MAX3232 的 引腳 、封裝和功能分別與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MAX242 和 MAX232 兼容。 Vref1Vsupply2nTRST3GND4TDI5GND6TMS7GND8TCK9GND10TDO11GND12TDO13GND14nSRST15GND16DBGRQ17GND18DBGACK19GND20J1JTAG10KR1110KR710KR810KR910KR100RR130RR12RESETVCC3V3GNDJNTRSTJTDIJTMSJTCKJTDOJTAG 圖 JTAG 電路圖 串口通訊模塊 串口通訊模塊為整個(gè)設(shè)計(jì)的最重要的部分，本系統(tǒng) 是基于串口 RS232 接口 加入MODBUS 通訊協(xié)議，此部分一旦不能工作本系統(tǒng)將變得毫無意義。 可選 引腳 TRST——測試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。 RapidS 串行接口兼容 SPI，最高頻率可達(dá) 66MHz。 本系統(tǒng)直接采用 STM32 單片機(jī)驅(qū)動(dòng)液晶屏， STM32 單片機(jī)內(nèi)部帶有靜態(tài)存儲(chǔ)器控制器（ FSMC）， FSMC 模 塊能夠與同步或異步存儲(chǔ)器 和 16 位 PC 存儲(chǔ)器卡接口，它的主要作用是： 將 AHB 總線 傳輸信號(hào)轉(zhuǎn)換到適當(dāng)?shù)耐獠吭O(shè)備協(xié)議 。 LT1117 三端可調(diào)或固定電壓 輸出電流為 1A，線路調(diào)整率為 %，負(fù)載調(diào)整率為 %，封裝類型為 SOT223。 開 始系 統(tǒng) 初始 化主 機(jī) 發(fā) 送查 詢 命 令從 機(jī) 接 收 命令 匹 配 地 址地 址 匹 配 的 從機(jī) 返 回 數(shù) 據(jù)液 晶 屏 刷 新 對(duì)應(yīng) 從 機(jī) 數(shù) 據(jù) 圖 軟件總體流程圖 。方案二利用液晶屏代替電腦顯示器界面，單片機(jī)做主機(jī)，同時(shí)開發(fā)主機(jī)與從機(jī)，需要編寫主機(jī)和從機(jī) MODBUS 通訊協(xié)議，難度偏大。經(jīng)過之前的理論學(xué)習(xí)和了解，以及參考大量文獻(xiàn)總結(jié)前人經(jīng)驗(yàn)，初步選型方案選定如下：選用 STM32F103VET6 做主控單片機(jī)， 寸 TFT 彩屏做界面顯示，從機(jī)采用 STC12C5A60S2 做控制，主控單片機(jī)發(fā)送 MODBUS 命令給三個(gè)從機(jī)，從機(jī)根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)操作，同時(shí)從機(jī)將采集到的數(shù)據(jù)保存到單片機(jī) RAM 單元中供主機(jī)查詢。 研究的 主要內(nèi)容和 步驟 主要內(nèi)容 查找資料，熟悉單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及功能，熟悉利用 STC12C5A60SSTM32F103VET6 單片機(jī)進(jìn)行通 訊 器的硬件設(shè)計(jì)。目前這方面的協(xié)議比較多， MODBUS 就是其中的一種。傳統(tǒng)的 工 3 業(yè)控制軟件開發(fā)中出現(xiàn)的另一個(gè)主要問題是軟件的重復(fù)開發(fā)，軟件不能夠復(fù)用，資源不能共享，造成大量的人力與物力資源的浪費(fèi)。用戶試圖把一個(gè)外來設(shè)備連接到控制系統(tǒng)里面，使用這個(gè)設(shè)備的 MODBUS 接口被證明是最為容易的辦法。最多可以有 127 個(gè) MDS 模件被安裝在一個(gè)MODBUS 網(wǎng)絡(luò)上面來實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠的控制或是采集整個(gè)工廠的信號(hào)。當(dāng)儀表設(shè)備被連接到一種分散式 I/O 系統(tǒng)的時(shí)候 ， 可以增加更多的現(xiàn)場設(shè)備，但是僅僅需要一根對(duì)絞線電纜就可以把所有數(shù)據(jù)傳送到 MODBUS 主站。 當(dāng)在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此 協(xié)議 決定了每個(gè) 控制器 須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。為更好地普及和推動(dòng) Modbus 在基于 以太網(wǎng) 上的 分布式應(yīng)用 ，目前施耐德公司已將Modbus 協(xié)議 的所有權(quán)移交給 IDA 組織，并成立了 ModbusIDA 組織，為 Modbus 今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 購買元器件并焊接，制作通 訊 器。 通信器軟硬件調(diào)試。 Modbus 協(xié)議 是應(yīng)用于 電子控制器 上的一種通用語言。如果需要回應(yīng)， 控制器 將生成反饋信息并用 Modbus 協(xié)議 發(fā)出。以 MODBUS 網(wǎng)絡(luò)的方式組網(wǎng)連接的時(shí)候，把現(xiàn)場設(shè)備連接到一個(gè)過程控制系統(tǒng)、 PLC 或是工業(yè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，整個(gè)工廠的連接都能夠從對(duì)絞線電纜控制室直連的方式轉(zhuǎn)變成為 MODBUS 連接方式。 PID（比例、積分和微分）控制器最初都是單機(jī)獨(dú)立運(yùn)行的無通訊控制器。雖然 MODBUS 已經(jīng)是最為古老的通訊方法之一，由于非常多的原因它也是最普及的通訊方法。雖然使用高級(jí)語言函數(shù)庫讓我們可以利用面向?qū)ο蟮睦^承等方法大量重用源代碼，但這些復(fù)用只是對(duì)源代碼級(jí)的復(fù)用而不是對(duì)可執(zhí)行文件級(jí)的復(fù)用。 MODBUS 是一種全開放 , 免費(fèi)提供 ,非常容易理解和實(shí)施的協(xié)議 , 從 70 年代誕生以來 ,在制造業(yè)、電力、水電、冶金、礦山、交通、基礎(chǔ)設(shè)施的工 業(yè)領(lǐng)域中的數(shù)據(jù)采集和過程控制得到了廣泛應(yīng)用 , 形成了一種事實(shí)上的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 掌握 C51 語言，并完成 MODBUS 通 訊 程序的編寫 。 根據(jù)選定的單片機(jī)型號(hào)畫出對(duì)應(yīng)的最小系統(tǒng)以及各個(gè)功能模塊電路圖，畫出 PCB板，搭建硬件調(diào)試環(huán)境。權(quán)衡考慮后 ，方案二實(shí)用性更強(qiáng)，所以本系統(tǒng)采用方案二設(shè)計(jì)。 8 第 3 章 硬件電路 設(shè)計(jì) 主機(jī) CPU 模塊 主機(jī) CPU 模塊 采用 STM32 系列的 Cortex‐ M3 處理器 STM32F103VET6， STM32系列基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計(jì)的 ARM CortexM3內(nèi)核。 三端穩(wěn)壓集成電路 lm7805。 滿足訪問外部設(shè)備的時(shí)序要求 所有的外部存儲(chǔ)器共享控制器輸出的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，每個(gè)外部設(shè)備可以通過一個(gè)唯一的片選信號(hào)加以區(qū)分。 AT45DB161D 的存儲(chǔ)容量為 17,301,504 位，組織形式為4,096 頁，每頁 512 或 528 頁。 含有 JTAG 口的芯片種類較多，如 CPU、 DSP、 CPLD 等。 通訊方式直接利用串口通訊芯片 MAX3232， MAX3232 有雙串口接口，串口 1 接口與從機(jī)相連，連接方式采用 RJ45 網(wǎng)絡(luò)通訊接口。即使工作在高數(shù)據(jù)速率下，MAX3232 仍然能保持 RS232 標(biāo)準(zhǔn)要求的正負(fù) 最小發(fā)送器輸出電壓。 帶 A/D 功能，超小封裝。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得 DS18B20 更受歡迎。C (–67176。 F 到 257 華氏度 ， 10 176。這使得溫度傳感器放置在許多 不同的地方。 由于單片機(jī)需要對(duì)數(shù)據(jù)幀進(jìn)行處理，而處理數(shù)據(jù)幀所需要的時(shí)間相對(duì)比較長，為了提高單片機(jī)的效率，在串行通信時(shí)，應(yīng)該采用中斷方式接受數(shù)據(jù)幀。對(duì)完整數(shù)據(jù)幀進(jìn)行 CRC校驗(yàn)， CRC校驗(yàn)正確的幀執(zhí)行下面的處理步驟，否則丟棄該幀，并通知上位機(jī)重發(fā)數(shù)據(jù)。保存修改的參數(shù)可以使之能夠較好的適應(yīng)各種環(huán)境的測量。 ISP/IAP 命令觸發(fā)寄存器 ISP_TRIG：操作時(shí)的命令觸發(fā)寄存器。 TFT 驅(qū)動(dòng)模塊的操作主要分為兩種，一是對(duì)控制寄存器的地址寫入，二是對(duì)數(shù)據(jù)的讀寫操作； A0 控制線的高低電平狀態(tài)來區(qū)別當(dāng)前的總線操作是對(duì)控制寄存器的地址寫入還是對(duì)所指向的寄存器進(jìn)行數(shù)據(jù)操作：當(dāng) A0 為低電平時(shí)，表示當(dāng)前的總線操作是對(duì)控制寄存器的地址進(jìn)行操作；當(dāng) A0 為高電平時(shí)，表示為對(duì)數(shù)據(jù)寫入 /讀出操作，如圖 所示。 圖 JTAG 更改的實(shí)物圖 系統(tǒng)能夠正常下載后，將電路板焊接完整 ，主機(jī)板整體調(diào)試， TFT 觸摸屏顯示一張完整的圖片，發(fā)現(xiàn) Lm7805 發(fā)熱嚴(yán)重，燙手 ，仔細(xì)查看原因，是由于 主機(jī)系統(tǒng)加入了 寸 TFT 觸摸屏耗電量大，實(shí)測電流為 290MA， 電源供電芯片 LM7805 的 靜態(tài)電流變化率為 500MA， 沒有加散熱片，才會(huì)有此現(xiàn)象， 經(jīng)過考慮， 本系統(tǒng) 取消了 Lm7805，直接將電源輸入降至 5V，取消 LM7805 后主機(jī)電路板電源電路如圖 所示， 主控電路板經(jīng)過上述修改后正常運(yùn)行。 關(guān)于觸摸屏校準(zhǔn)： 本系統(tǒng)主機(jī)采用 TFT觸摸屏顯示通訊內(nèi)容，由觸摸屏 確定MODBUS指令，觸屏校準(zhǔn)是一個(gè)難題，系統(tǒng)開機(jī)讀取存儲(chǔ)器里校準(zhǔn)好的校準(zhǔn)值，不必每次開機(jī)進(jìn)行校準(zhǔn)。 調(diào)試結(jié)果 在對(duì)硬件和軟件綜合調(diào)試后，經(jīng)上位機(jī)驗(yàn)證， 達(dá)到了本次設(shè)計(jì)要求 。 主機(jī)控制板運(yùn)行實(shí)物圖如圖 、 。 關(guān)于串口： 本系統(tǒng)通訊總線采用 RS232總線，一片 MAX3232做主機(jī)通訊接口，另外三 片 作為從機(jī)通訊接口， RS232總線直接使用 RS232電平通訊， 在 調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng) RS232通訊存在很大隱患， 由于主機(jī)的 RXD和 TXD與從機(jī)的 RXD和 TXD是交叉連接，主機(jī)發(fā)送MODBUS命令后，從機(jī)接收到數(shù)據(jù)，匹配地址后返回?cái)?shù)據(jù)，地址只能匹配一個(gè)從機(jī)，只有一個(gè)從機(jī)能返回?cái)?shù)據(jù)，而不返回?cái)?shù)據(jù)的從機(jī)已經(jīng)將 TXD數(shù)據(jù)線拉低，電平?jīng)_突，導(dǎo)致數(shù)據(jù)不能發(fā)出，主機(jī)接不到從機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)。將電路板焊接 完整，測試整塊電路板功能，發(fā)現(xiàn)溫度數(shù)據(jù)不能正常讀取，檢查發(fā)現(xiàn)溫度檢測芯片封裝出現(xiàn)問題， VCC 引腳與 GND 引腳接反，重新?lián)Q過 DS18B20，更改 DS18B20 安裝方向后，數(shù)據(jù)讀取正常。 對(duì)控制寄存器進(jìn)行操作前，需