【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 件 ，以及通訊所要達(dá)到的效果等等。 選擇單片機(jī)型號(hào)，經(jīng)過(guò)對(duì)常用編譯軟件的相關(guān)了解，對(duì)單片機(jī)性能及控制方法做簡(jiǎn)單測(cè)試。經(jīng)過(guò)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。 根據(jù)選定的單片機(jī)型號(hào)畫(huà)出對(duì)應(yīng)的最小系統(tǒng)以及各個(gè)功能模塊電路圖，畫(huà)出 PCB板，搭建硬件調(diào)試環(huán)境。 軟件調(diào)試，首先利用電腦做 MODBUS 主機(jī)，分別調(diào)試主機(jī)控制板和從機(jī)控制板，確保軟硬件完美結(jié)合。 5 綜合調(diào)試，主機(jī)控制板與從機(jī)控制板進(jìn)行 MODBUS 通訊，分別控制各個(gè)功能塊。對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。 6 第 2 章 系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 方案 設(shè)計(jì)方案 選擇 方案一：采用電腦當(dāng)主機(jī)，從機(jī)利用單片機(jī)與電腦通過(guò) RS232 通訊，電腦發(fā)送MODBUS 命令查詢從機(jī)數(shù)據(jù)，從機(jī)接收命令返回相應(yīng)數(shù)據(jù)，電腦 工控軟件 刷新從機(jī)數(shù)據(jù)， 從而實(shí)現(xiàn) MODBUS 通訊器功能。 方案二：?jiǎn)纹瑱C(jī)做主機(jī)，利用顯示屏作為數(shù)據(jù)顯示界面，主機(jī)單片機(jī)發(fā)送 MODBUS命令給從機(jī)，從機(jī)返回?cái)?shù)據(jù)給主機(jī)單片機(jī)，主機(jī)控制液晶屏刷新從機(jī)數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)MODBUS 通訊器功能。 方案一連接簡(jiǎn)單，操作方便，只需開(kāi)發(fā)從機(jī)模塊與電腦通訊，只需編寫(xiě)從機(jī)MODBUS 通訊協(xié)議 代碼 。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(kāi)發(fā)主機(jī)與從機(jī)，需要編寫(xiě)主機(jī)和從機(jī) MODBUS 通訊協(xié)議，難度偏大。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)。 芯片選擇 由于主機(jī)液晶顯示采用 寸 TFT 觸摸屏，對(duì)主機(jī) CPU 控制器要求較高，故主機(jī)主控芯片采用 STM32 系列的 STM32F103RBT6 芯片。 從機(jī)主控芯片則有兩種選擇： STM 系列的 STM8S105K4， 此芯片編程簡(jiǎn)單，單片機(jī)價(jià)格便宜，與傳統(tǒng) 51 單片機(jī)編程方法兼容，內(nèi)部資源豐富，下載程序簡(jiǎn)單，可在線調(diào)試，但需特定下載器，而且下載器價(jià)格昂貴。 STC 系列的 STC12C5A60S2，此芯片編程簡(jiǎn)單，價(jià)格便宜，與傳統(tǒng) 51 單片機(jī)編程方法兼容，內(nèi)部資源豐富，下載程序只需 RS232 接口即可將程序下載到單片機(jī)，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。 根據(jù) 比較 ， 本系統(tǒng)從機(jī) 主控芯片 采用 STC12C5A60S2， 利用串口通訊芯片 MAX3232與上位機(jī)連接，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖 所示。 主 機(jī)從 機(jī) 1 從 機(jī) 2 從 機(jī) 3R X DG N DT X DR X D R X D R X DT X D T X DT X DG N D G N D G N D 7 圖 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖 軟件方案設(shè)計(jì) 本系統(tǒng) 主機(jī)基于 STM32單片機(jī)平臺(tái) ，從機(jī) 基于 STC單片機(jī)平臺(tái)，利用其中的 RS232，主機(jī)發(fā)送 MODBUS 命令查詢從機(jī)數(shù)據(jù)， 主機(jī)根據(jù)觸摸屏定義的功能，下置 數(shù)據(jù)到 從機(jī)寄存器，改變從機(jī)寄存器模擬量的 值 ， 然后根據(jù) Modbus 總線協(xié)議編寫(xiě)相應(yīng)的程序完成其功能， 另外再利用 DS18b20 測(cè)量溫度， 通過(guò) Modbus 實(shí)現(xiàn)溫度報(bào)警等 功能， 然后利用 寸 TFT 觸摸屏 實(shí)時(shí) 顯示 通訊狀態(tài)、 LED 燈 的狀態(tài)、實(shí)時(shí)溫度值。 圖 為軟件 的總體 流程圖 。 開(kāi) 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 。 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(mén)設(shè)計(jì)的 ARM CortexM3內(nèi)核。按性能分成兩個(gè)不同的系列： STM32F103―增強(qiáng)型 ‖系列和 STM32F101―基本型 ‖系列。增強(qiáng)型系列時(shí)鐘頻率達(dá)到 72MHz，是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時(shí)鐘頻率為 36MHz，以 16 位產(chǎn)品的價(jià)格得到比 16 位產(chǎn)品大幅提升的性能，是 16 位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個(gè)系列都內(nèi)置 32K 到 128K 的閃存，不同的是 SRAM 的最大容量和外設(shè)接口的組合。時(shí)鐘頻率 72MHz 時(shí)，從閃存執(zhí)行代碼， STM32 功耗 36mA，是 32 位市場(chǎng)上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于 。 STM32F103VET6 外圍電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，芯片最小系統(tǒng)電路如圖 所示。 9 PE21PE32PE43PE54PE65VBAT6PC13TAMPERRTC7PC14OSC32_IN8PC15OSC_OUT9VSS_510VDD_511OSC_IN12OS_OUT13NRST14PC015PC116PC217PC318VSSA19VREF20VREF+21VDDA22PA0WKUP23PA124PA225PA326VSS_427VDD_428PA429PA530PA631PA732PC433PC534PB035PB136PB237PE738PE839PE940PE1041PE1142PE1243PE1344PE1445PE1546PB1047PB1148VSS_149VDD_150PB1251PB1352PB1453PB1554PD855PD956PD1057PD1158PD1259PD1360PD1461PD1562PC663PC764PC865PC966PA867PA968PA1069PA1170PA1271PA1372NC73VSS_274VDD_275PA1476PA1577PC1078PC1179PC1280PD081PD182PD283PD384PD485PD586PD687PD788PB389PB490PB591PB692PB793BOOT094PB895PB996PE097PE198VSS_399VDD_3100U3STM32F103VE12Y112Y28M10pFC1810pFC1920pFC2020pFC211MR3GNDGNDGNDGNDOSC32_INOSC32_OUTOSC_INOSC_OUTOSC32_INOSC32_OUTOSC_INOSC_OUTVSSAVREF+VREFVDDA3V33V33V33V33V3GNDGNDGNDGNDGND10KR4GND10KR5GND3V310KR6100nFC223V3GNDRESETRESETJTCKJTMSJTDIJTDOJNTRSTPD14PD15PD0PD1PE7 PE8PE9 PE10 PE11 PE12 PE13 PE14PE15PD8PD9PD10PD4PD5PB12PB13PB14PB15PC7PC8PC9PC10PC11PC12PA0PA1PA2PA3 PA4 PA5PA6 PA7PA8PA9PA10PA11PA15PD2PD3PD6PD7PD11PD12PD13PB0 PB1PB2PB5PB6PB7PB8PB9PB10 PB11PC0PC1PC2PC3PC4 PC5PC6PE0PE1PE2PE3PE4PE5PE6PC13D0D1D2D3D4 D5D6 D7 D8 D9D10 D11 D12D13D14D15CSSPI2_MISOSPI2_MOSISPI2_SCKSPI2_NSSWRRSRDBLACKLIGHTINTBUSYF_CSSD_CSSPI1_MISOSPI1_MOSISPI1_SCKSPI1_NSSU2TXU2RXU1RXU1TXLED1LED2LED3LED4LED5LED_LEFTLED_RIGHTWAKEUPKEY1KEY2 KEY3BUZZER最小系統(tǒng) 如圖 STM32F103VET6 最小系統(tǒng)電路 電源模塊 主機(jī)系統(tǒng)供電采用 Lm7805 穩(wěn)壓出 5V，供給 LT1117 輸入，使得輸出為 主芯片所需的電源 ，電源模塊原理圖如圖 所示 。 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。 三端穩(wěn)壓集成電路 lm7805。常見(jiàn)的三端穩(wěn)壓集成電路有正電壓輸出的 lm78 系列和負(fù)電壓輸出的 lm79系列。三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 10 OUT3IN1GND2U1LM7805IN3GND1OUT2U2 LT1117GND GND10uFC210uFC3912VGNDGND GND GND10uFC1GND3V3VCC3V3GND10uFC1310nFC1410nFC15100nFC1610uFC1710uHL110uHL210RR110RR2GND3V3 VDDA VREF+VREFVSSAD1POWER470RR143V3GNDGND912V電源123P4Header 3100nFC4100nFC5100nFC6100nFC7100nFC8100nFC9100nFC10100nFC11100nFC12 圖 電路圖 液晶顯示模塊 主機(jī)系統(tǒng)采用 寸 TFT 液晶顯示屏做界面顯示， 寸彩色 TFTLCD 顯示模塊的內(nèi)置 LCD 控制器以及顯存，對(duì) 寸模塊進(jìn)行操作時(shí)，實(shí)際上是對(duì) LCD 控制器 的控制寄存器、顯示數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行操作 。 液晶顯示模塊 及 CPU 引腳 接口電路如圖 所示。 寸模塊內(nèi)部有 雙 圖層 顯示功能 ， 雙圖層顯示的模塊具有兩個(gè)顯示圖層：一個(gè)背景層，一個(gè)前景層 。 兩個(gè)圖層都具備 16 位真彩的顯示能力 。 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 。 滿足訪問(wèn)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(guò)一個(gè)唯一的片選信號(hào)加以區(qū)分。 界面顯示如圖 、 所示 。 11 圖 開(kāi)機(jī)界面 圖 主界面 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 32P1PD14 PD15PD0 PD1PE7 PE8PE9 PE10PE11 PE12PE13 PE14PE15 PD8PD9 PD103V3GNDPD4PD5PB14PB15PB13PB12RESETPD7 PD11PD13PC9PC10PC11PC12D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15CSRSRDBLACKLIGHTINTBUS