【導(dǎo)讀】并對(duì)通用控制平臺(tái)硬件配置和控制對(duì)象的實(shí)?，F(xiàn)方法進(jìn)行了全面的設(shè)計(jì)。要從指標(biāo)、結(jié)構(gòu)組成、原理設(shè)計(jì)等幾個(gè)部分展開(kāi)。模塊、數(shù)字量輸出模塊、通信模塊、人機(jī)接口模塊、電源模塊等。了控制器、控制對(duì)象和計(jì)算機(jī)組成為一套完整的仿真系統(tǒng)。接將被控對(duì)象的仿真結(jié)果以動(dòng)畫(huà)的形式顯示出來(lái)。種實(shí)際的控制對(duì)象的工作過(guò)程，歷史曲線(xiàn)等，不用采取復(fù)雜的物理模型，

　　

【正文】 開(kāi)關(guān)量輸出模塊 開(kāi)關(guān)量輸出模塊的作用是控制器運(yùn)行控制算法，需要對(duì)控制對(duì)象施加作用，通過(guò)開(kāi)關(guān)量信號(hào)輸出驅(qū)動(dòng)繼電器，從而達(dá)到控制目的 ，也可用于對(duì)控制對(duì)象輸出狀態(tài)的指示 。 主要技術(shù)要求 （ 1）設(shè)計(jì) 48 路開(kāi)關(guān)量輸出通道； （ 2）開(kāi)關(guān)量輸出的高低電平信號(hào)可通過(guò)發(fā)光二極管指示。 開(kāi)關(guān)量輸出模塊結(jié)構(gòu) 開(kāi)關(guān)量輸出模塊需要在 020 單片機(jī)控制下，采用譯碼器和緩沖器，擴(kuò)展構(gòu)成多路信號(hào)輸出，輸出信號(hào)經(jīng)過(guò)調(diào)理電路進(jìn)行處理，就構(gòu)成了整個(gè)開(kāi)關(guān)量輸出模塊的結(jié)構(gòu)。采用譯碼器和緩沖器擴(kuò)展輸出，可以多個(gè) IO 口復(fù)用，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 平臺(tái)硬件功能模塊設(shè)計(jì) 25 這樣就減輕了 020 單片機(jī)開(kāi)關(guān)量資源緊張的狀況。 48 路開(kāi)關(guān)量信號(hào)的輸入電路原理設(shè)計(jì) 輸入信號(hào)緩沖器 /鎖存器選用 74HC373，地址譯碼器選用 74HC138，輸出驅(qū)動(dòng)器選用 ULN2020。 輸出信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì) 所設(shè)計(jì)的開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)調(diào)理電路如圖所示 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ABCD16151413121110987654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eED a t e : 13 J u n 20 1 2 S h e e t of F il e : C : \ D oc u m e nt s a nd S e tt i ng s \ A dm i ni s t r a t or \桌面 \畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行中 \復(fù)件 數(shù)字 77 .D D BD r a w n B y:D O U T190 123. 3 V6. 8 K90 12G N D15 VecbT0 T1 圖 開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)調(diào)理電路 由上圖可知， b 點(diǎn)與 c 點(diǎn)連接在一起，因此 Ueb =Uec ，從而使 T0 工山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 平臺(tái)硬件功能模塊設(shè)計(jì) 26 作在放大狀態(tài)。兩個(gè)三極管之間的電壓很小可以忽略不計(jì)，因此兩個(gè)三極管的基極與發(fā)射極 之間電壓相等。從而兩個(gè)三極管的基極電流相 等，且放大倍數(shù)相同，可知兩個(gè)三極管的集電極電流相等。 多路開(kāi)關(guān)量輸出信號(hào)擴(kuò)展電路的設(shè)計(jì) ULN2020 共有 16 引腳，其中有 7 個(gè)脈沖信號(hào)輸入端， 7 個(gè)脈沖信號(hào)輸出端， 1 個(gè)接地端和 1 個(gè)公共端。采用 74HC138 譯碼器、 74HC373 鎖存器和 ULN2020 輸出驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)的多路開(kāi)關(guān)量擴(kuò)展電路如圖 所示。要設(shè)計(jì)48 路開(kāi)關(guān)量輸出，需要用到 1 片 74HC238， 6 片 74HC573 和 7 片 ULN2020。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ABCD16151413121110987654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eED a t e : 13 J u n 20 1 2 S h e e t of F il e : C : \ D oc u m e nt s a nd S e tt i ng s \ A dm i ni s t r a t or \ 桌面 \畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行中 \復(fù)件 數(shù)字 77 .D D BD r a w n B y:02 0 P 5. 602 0 P 5. 702 0 P 5. 502 0 P 5. 4G N DY7Y6Y3AY0Y1Y2Y4Y5G N DB/ E 1CE3/ E 2V C C7 4 H C 2 3 879101112131415123456168G N DG N D5V0. 1 UG N DQ1Q2Q5D1Q8Q7Q6Q4Q3V C CD8D2D4D3D6D5D7G N D7 4 H C 5 7 3LE/ O E5V19181716151413121112345678920 1002 0 P 7. 602 0 P 7. 702 0 P 7. 502 0 P 7. 302 0 P 7. 402 0 P 7. 202 0 P 7. 002 0 P 7. 1O U T 1O U T 2O U T 5IN 1O U T 7O U T 6O U T 4O U T 3IN 2IN 4IN 3IN 6IN 5IN 7G N DU L N 2 0 0 3CO M16151413121110912345678G N D20 K * 12 圖 48 路開(kāi)關(guān)量信號(hào)的輸 出 電路原理設(shè)計(jì) 人機(jī)接口模塊 為了將單片機(jī)處理或控制的數(shù)據(jù)顯 示出來(lái)，以及設(shè)置初試參數(shù)或操作命令，需要設(shè)計(jì)人機(jī)接口。本平臺(tái)根據(jù)不同的出發(fā)點(diǎn)設(shè)計(jì)了兩套人機(jī)接口，山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 平臺(tái)硬件功能模塊設(shè)計(jì) 27 一種是基于經(jīng)濟(jì)和基本顯示設(shè)置功能的角度，采用傳統(tǒng)的矩陣鍵盤(pán)加液晶顯示器的方式實(shí)現(xiàn)；另一種是基于簡(jiǎn)便、高效能的原則，采用最近幾年發(fā)展起來(lái)的觸摸屏的方式來(lái)完成。 矩陣鍵盤(pán) +液晶顯示器電路設(shè)計(jì) 矩陣鍵盤(pán)按鍵識(shí)別有兩種方法，行掃描法和線(xiàn)反轉(zhuǎn)法，相應(yīng)的硬件電路的設(shè)計(jì)稍有不同 [18]。相比行掃描法，線(xiàn)反轉(zhuǎn)法識(shí)別按鍵速度快，安全性好， 程序設(shè)計(jì)簡(jiǎn) 便 ， 容易解決重鍵問(wèn)題，且 適合于按鍵數(shù)目較多的鍵盤(pán)電路。但在硬件單路的設(shè)計(jì) 上，線(xiàn)反轉(zhuǎn)法需要行線(xiàn)和列線(xiàn)都要有上拉電阻路，而行掃描法只需要列線(xiàn)有上拉即可。 采用線(xiàn)反轉(zhuǎn)法設(shè)計(jì)的 44 鍵盤(pán)如圖 所示。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ABCD16151413121110987654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eED a t e : 13 J u n 20 1 2 S h e e t of F il e : C : \ D oc u m e nt s a nd S e tt i ng s \ A dm i ni s t r a t or \ 桌面 \畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行中 \復(fù)件 數(shù)字 77 .D D BD r a w n B y:K9K 1 0K 1 1 K 1 5K 1 4K 1 320 K * 85VK 1 2 K 1 6K5K6K7K8K1K2K3K402 0 P 6. 002 0 P 6. 102 0 P 6. 202 0 P 6. 302 0 P 6. 502 0 P 6. 402 0 P 6. 602 0 P 6. 7 圖 單片機(jī)與 44鍵盤(pán)接口電路 圖形點(diǎn)陣式液晶顯示模塊具有成本低、功耗低、尺寸小、壽命長(zhǎng)、可顯示各種圖像與文本信息等優(yōu)點(diǎn)， 廣泛應(yīng)用于 儀器儀表、移動(dòng)通訊及 家用電器 等顯示場(chǎng)合 。 OCM4X8C[19]是具有串行 /并行接口、內(nèi)部含有 GB2312山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 平臺(tái)硬件功能模塊設(shè)計(jì) 28 簡(jiǎn)體中文字庫(kù)的液晶顯示模塊。該顯示模塊的主要特點(diǎn)為：顯示屏為 128*64點(diǎn)陣 ， 可顯示 4 行數(shù)據(jù) ， 每行 8 個(gè)漢字或 16 個(gè)字符。該模塊具有 2Mb 的中文字型 CGROM，內(nèi)部含有 8192 個(gè) 16*16 中文字庫(kù)； 還有 16Kb 的 16*8點(diǎn)陣的 ASCII 字符庫(kù)，用于顯示英文或其他字符；提供了一個(gè) 64*256 點(diǎn)陣的 GDRAM 繪圖區(qū)域，方便用戶(hù)根據(jù)需要構(gòu)造圖形；具有 4 組 16*16 點(diǎn)陣造字空間，用戶(hù)用來(lái)構(gòu)造字形。利用上述功能 ， OCM4X8C 可實(shí)現(xiàn)漢字、ASCII 碼、點(diǎn)陣圖形、自造字體的同屏顯示。模塊提供了 4 位并行、 8 位并行、兩線(xiàn)串行、三線(xiàn)串行等多種接口方式以方便和單片機(jī)等微處理的 連 接。 設(shè)計(jì)的 OCM4X8C 與單片機(jī)的接口電路如圖 所示。 該模塊采用 5V直流電源供電 。為了節(jié)約單片機(jī)的端口資源，設(shè)計(jì)的單片機(jī)與 OCM4X8C接口采用兩線(xiàn)串行方式交換數(shù)據(jù)。因此需要將 RS(數(shù)據(jù) /指令選擇 )端接高電平和 PSB(串行 /并行模式選擇 )端接地實(shí)現(xiàn)串行操作，而并行的端口DB0DB7 則未用；單片機(jī)與 OCM4X8C 進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸通過(guò) SIO(串行輸入輸出 )和 SCLK(串行時(shí)鐘 )兩個(gè)引腳實(shí)現(xiàn)； LEDA（背光源正極）接 5V 電源，LEDK（ 背光源負(fù)極 ）接地。 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16ABCD16151413121110987654321DCBAT i t l eN um be r R e vi s i onS iz eED a t e : 13 J u n 20 1 2 S h e e t of F il e : C : \ D oc u m e nt s a nd S e tt i ng s \ A dm i ni s t r a t or \ 桌面 \畢業(yè)設(shè)計(jì)進(jìn)行中 \復(fù)件 數(shù)字 77 .D D BD r a w n B y:241911520G N D0. 1 U5V5V 20 K * 35617S I OS C L KR S TL E D KV S SL E D ARSV D DPSBO C M 4* 8C02 0 P 2. 502 0 P 2. 402 0 P 2. 3 圖 單片機(jī)與顯示模塊 OCM4X8C的接口電路 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 平臺(tái)硬件功能模塊設(shè)計(jì) 29 觸摸屏接口電路設(shè)計(jì) 觸摸屏具有堅(jiān)固耐用、反應(yīng)速度快、節(jié)省空間、 便 于 人 機(jī)交流 等許多優(yōu)點(diǎn) ，在工業(yè)控制、家電、醫(yī)療儀器、個(gè)人智能終端等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。綜合考慮適用場(chǎng)合、色彩指標(biāo)、分辨率指標(biāo)、尺寸、價(jià)格、功能等要素，選擇 英寸、 640*480 圖形點(diǎn)陣的 產(chǎn)品 DMG80480S050_01WT。該產(chǎn)品內(nèi)部具有集成的標(biāo)準(zhǔn)字庫(kù)，主要為 ASCII、 (1212， 1616)點(diǎn)陣 GBK、 (2424，3232)點(diǎn)陣 GB2312；可以根據(jù)需要安裝其他的字庫(kù)，比如 GBK(簡(jiǎn)體 )、BIG5(繁體 )、 SJIS(日文 )、 UNICODE 文本編碼標(biāo)準(zhǔn)，支持用戶(hù)自行設(shè)計(jì)字庫(kù)。操作模式可選，可以直接接收 觸摸屏的位置坐標(biāo)值，也可以直接接收觸摸屏的觸摸鍵值。硬件軟件開(kāi)發(fā)簡(jiǎn)單，硬件連接可通過(guò) TTL 或 CMOS 電平工作，也可以通過(guò) RS232 電平接口，波特率可達(dá) 921600bps，最高的達(dá)，部分終端支持 USB 下載圖片功能；軟件開(kāi)發(fā)只需要根據(jù)指令表和指令集，根據(jù)不同的控制或顯示任務(wù)需求，通過(guò)串口發(fā)送命令即可。 選型 的觸摸屏模塊 對(duì)外提供 8 個(gè)引腳，當(dāng)需要用到觸摸屏操作，只需要引出 8 條線(xiàn)連接并編制相應(yīng)程序即可。 VCC 為供電電源端，接 12V直流穩(wěn)壓電壓。 BUSY 端為輸出端，指示串口緩沖區(qū)滿(mǎn)，使用 BUSY 信號(hào)判忙可以避免傳送指令時(shí)丟失數(shù)據(jù)幀； DOUT 端為串口輸出， DIN 為串口輸入，GND 為公共地。設(shè)計(jì)的 觸摸屏模塊 與 RS232 接口電路圖如圖 所示。 R S 23 2 T X DR S 23 2 R X DV C CGNDB U S YD I NDOUT7112V UAGND10UF 02 0 P 354D M G 80 48 0S 05 0_ 01 W T 圖 平臺(tái)與觸摸屏顯示模塊接口電路 山東科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 平臺(tái)硬件功能模塊設(shè)計(jì) 30 RS485 通信模塊 RS485 總線(xiàn) 是 一種多點(diǎn)差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范，這種通信接口允許在一對(duì)雙絞線(xiàn)上進(jìn)行多點(diǎn)雙向通信 。 它 的最大通信距離可達(dá) 1200 米， 數(shù)據(jù)傳輸速率 最大可到 10Mbps，還具有很強(qiáng)的 噪聲抑制能力及可靠性。因此，許多領(lǐng)域都采用 RS485 作為數(shù)據(jù)傳輸鏈路 ， 如汽車(chē)電子、智能樓宇等 可 經(jīng)常見(jiàn)到具有 RS485 接口電路的設(shè)備。 這種總線(xiàn) 得到廣泛接受的另外一個(gè) 重要 原因是它的通用性 。 RS485 標(biāo)準(zhǔn)只對(duì)接口的電氣特性做出 了 規(guī)定，而 沒(méi)