【正文】 X20 即定時器 T1 工作在方式 2（自動重裝的 8 位定時器）。 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）。 由于單片機需要對數(shù)據(jù)幀進行處理，而處理數(shù)據(jù)幀所需要的時間相對比較長，為了提高單片機的效率，在串行通信時，應該采用中斷方式接受數(shù)據(jù)幀。一般而言，中斷函數(shù)應該盡可能的簡 單。所以中斷函數(shù)只負責接受數(shù)據(jù)幀，而對于接收數(shù)據(jù)幀的處理則放在主函數(shù)里。 數(shù)據(jù)幀處理模塊 數(shù)據(jù)幀處理是整個系統(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。 必須了解 Modbus 的各個功能對應的幀格式 ，理解其含義和本質(zhì)，然后才能 找到對應信息去對其相應的處理 。 根據(jù) ModBus 協(xié)議，其 RTU模式數(shù)據(jù)幀格式如下： 1 2 3 4 5 6 7 8 從機地址 MODBUS命令 起始寄存器高字節(jié) 起始寄存器低字節(jié) 寄存器數(shù)高字節(jié) 寄存器數(shù)低字節(jié) CRC 低字節(jié) CRC 高字節(jié) 18 硬件采用 RS232，主從式半 雙工通訊，主機呼叫從機地址，從機應答方式通訊。 數(shù)據(jù)幀 10 位， 1 個起始位， 8 個數(shù)據(jù)位， 1 個停止位，無校驗。 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。對完整數(shù)據(jù)幀進行 CRC校驗， CRC校驗正確的幀執(zhí)行下面的處理步驟，否則丟棄該幀，并通知上位機重發(fā)數(shù)據(jù)。幀處理的前提除了 CRC校驗正確，還需要確保地址位正確。在前提條件滿足的情況下才能提取功能位和數(shù)據(jù)位。根據(jù)功能位確保要執(zhí)行的功能。并執(zhí)行相關(guān)功能。在具體功能中提取實現(xiàn)功能所需的數(shù)據(jù)位。 圖 開 始是 否 接 收 完 ？地 址 是 否 匹 配 ？C R C 是 否 校 驗正 確 ？數(shù) 據(jù) 處 理向 上 位 機返 回 數(shù) 據(jù)結(jié) 束NYYNNY 圖 數(shù)據(jù)幀處理流程圖 上位機 對 發(fā)回來的幀進行處理，判斷是否正確 后 執(zhí)行 對應 的處理。 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，下次開機的時候能讀出來。保存修改的參數(shù)可以使之能夠較好的適應各種環(huán)境的測量。我們可以設置報警的上下限，測量的上下限。由于需要保存的參數(shù)較少， 直 接使用片內(nèi)的 EEPROM 來保存修改的參數(shù)。 EEPROM 可以用于保存一些在應用過程中修改并掉電不丟失的參數(shù)數(shù)據(jù) 。 EEPROM數(shù)據(jù)讀取流程圖如圖 。 開 始系 統(tǒng) 初 始 化讀 取 E E P R O M保 存 的 數(shù) 據(jù)主 機 通 過M O D B U S查 詢 從 機 數(shù) 據(jù)液 晶 屏 顯 示 保存 數(shù) 據(jù)結(jié) 束 圖 EEPROM讀取流程圖 ISP/IAP 數(shù)據(jù)寄存器 ISP_DATA： ISP/IAP 操作時的數(shù)據(jù)寄存器， ISP/IAP 從 Flash 讀出數(shù)據(jù)放在此處，向 Flash 寫的數(shù)據(jù)也放在此處。 ISP/IAP 地址寄存器 ISP_ADDRH 和 ISP_ADDRL：用于存放 EEPROM 要尋址的地址，復位后為 0000H。 ISP/IAP 命令寄存器 ISP_CMD：用于選擇 EEPROM 的模式。 ISP/IAP 命令觸發(fā)寄存器 ISP_TRIG：操作時的命令觸發(fā)寄存器。在 ISPEN 20 （ ） =1 時，對 ISP_TRIG 先寫入 5Ah 好，在寫入 A5h， ISP/IAP 命令才會生效。 ISP/IAP 命令寄存器 ISP_CONTR：用于配置 ISP/IAP。 STC內(nèi)部 EEPROM地址如圖 。 圖 STC內(nèi)部 EEPROM部分 地址 液晶顯示模塊 本系統(tǒng)為了方便現(xiàn)場觀察數(shù)據(jù)和調(diào)試，加上了液晶顯示。 這里 液晶采用 寸 TFT觸摸屏 。通過取字幕軟件可以提取漢字、字母、圖形的編碼，然后通過 彩屏 顯示。本系統(tǒng)主要用液晶實時顯示線 圈狀態(tài)和寄存器的值。 TFT 驅(qū)動模塊的操作主要分為兩種，一是對控制寄存器的地址寫入，二是對數(shù)據(jù)的讀寫操作； A0 控制線的高低電平狀態(tài)來區(qū)別當前的總線操作是對控制寄存器的地址寫入還是對所指向的寄存器進行數(shù)據(jù)操作：當 A0 為低電平時，表示當前的總線操作是對控制寄存器的地址進行操作；當 A0 為高電平時，表示為對數(shù)據(jù)寫入 /讀出操作，如圖 所示。 21 數(shù) 據(jù) 寫 入A 0 = 1 ， R D = 1W E = 0 ， C S = 0高 半 字 寫 入D 1 5 ~ D 8W E = 1C S = 1C S = 0低 半 字 節(jié) 寫 入D 7 ~ D 0W E = 1C S = 1結(jié) 束數(shù) 據(jù) 讀 取A 0 = 1 ， R D = 0W E = 1 ， C S = 0高 半 字 讀 取D 1 5 ~ D 8R D = 1C S = 1C S = 0低 半 字 節(jié) 讀 取D 7 ~ D 0R D = 1C S = 1結(jié) 束 圖 液晶讀寫流程圖 TFT 驅(qū)動模塊內(nèi)部有控制寄存器，用戶在使用 TFT 驅(qū)動模塊之前以及對其進行操作過程當中，需 要對一些寄存器進行寫操作以完成對 LCD 的初始化，或者是完成某些 22 功能的設置（如當前顯存操作地址設置等）。 對控制寄存器進行操作前，需要先對控制寄存器地址進行寫入操作，以指明接下去的數(shù)據(jù)操作是針對哪一個寄存器的。 操作的步驟如下： 在 A0 為低電平的狀態(tài)下，寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，該字節(jié)為寄存器地址。 在 A0 為高電平的狀態(tài)下，寫入兩個字節(jié)數(shù)據(jù)，第一字節(jié)為高八位，第二字節(jié)為低八位；如要讀出指定寄存器的數(shù)據(jù)，則需要連續(xù)三次讀操作方能完成一次讀出操作，第一個字節(jié)為無效數(shù)據(jù)，第二字節(jié)為高八位，第三字節(jié)為低八位。 TFT 驅(qū)動模塊的控制寄存器當中，最常被調(diào)用的是寄存器除了對顯存操作的 0x02寄存器外，還有當前顯存地址的寄存器 display RAM bus address counter (AC)，一共由兩個的寄存器組成，分別存放有 Y Address 和 X Adderss，表示當前對顯存數(shù)據(jù)的讀寫操作是針對于該地址所指向的顯存單元；而每一個顯存單元在前面已經(jīng)用圖示意過，每個單元有 16 位，最高的 5 位為 R（紅）的分量，最低的 5 位為 B（藍）的分量，中間 6 位為 G（綠）分量。如圖 所示 。 圖 23 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 主 機 電路板調(diào)試 根據(jù)主機電路原理圖焊 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，正確接法應接到 PA15 端口上，此錯誤導致編譯器不能連接 CPU 下載程序調(diào)試，更正此錯誤后芯片連接正常， JTAG 更正處如圖 所示。 圖 JTAG 更改的實物圖 系統(tǒng)能夠正常下載后，將電路板焊接完整 ，主機板整體調(diào)試， TFT 觸摸屏顯示一張完整的圖片，發(fā)現(xiàn) Lm7805 發(fā)熱嚴重，燙手 ，仔細查看原因，是由于 主機系統(tǒng)加入了 寸 TFT 觸摸屏耗電量大，實測電流為 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行。 圖 取消 lm7805 后電源模塊電路 24 從機電路板調(diào)試 根據(jù)從機電路圖焊接最小系統(tǒng)及 max3232 串口芯片，通過串口下載測試程序，測試結(jié)果正常。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。更改后的 DS18B20 實物圖如圖 所示。 圖 更改后的 DS18B20實物圖 軟件件調(diào)試 調(diào)試平臺 軟件調(diào)試也是此系統(tǒng)最關(guān)鍵的一步了，也是有難度的一步。本系統(tǒng)采用 Keil4 軟件編寫程序，調(diào)試，如圖 。 圖 調(diào)試平臺 25 調(diào)試問題 關(guān)于工程的建立 ： .C、 .h文件的處理。在程序編譯 中會遇到不少關(guān)于這個的問題，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，一個一個解決了這個問題。 關(guān)于觸摸屏校準： 本系統(tǒng)主機采用 TFT觸摸屏顯示通訊內(nèi)容，由觸摸屏 確定MODBUS指令，觸屏校準是一個難題，系統(tǒng)開機讀取存儲器里校準好的校準值，不必每次開機進行校準。觸屏值不準將直接導致 MODBUS指令錯誤，經(jīng)過大量實驗測試，本系統(tǒng)使用的觸屏校準值是一個負值，由于數(shù)據(jù)存儲 不能直接存負值， 需要將校準值轉(zhuǎn)換成正數(shù) 再存入存儲器 ， 讀取時再轉(zhuǎn)換成負數(shù)，完成觸屏校 準。 關(guān)于串口： 本系統(tǒng)通訊總線采用 RS232總線，一片 MAX3232做主機通訊接口，另外三 片 作為從機通訊接口， RS232總線直接使用 RS232電平通訊， 在 調(diào)試時發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng) RS232通訊存在很大隱患， 由于主機的 RXD和 TXD與從機的 RXD和 TXD是交叉連接，主機發(fā)送MODBUS命令后，從機接收到數(shù)據(jù)，匹配地址后返回數(shù)據(jù)，地址只能匹配一個從機，只有一個從機能返回數(shù)據(jù)，而不返回數(shù)據(jù)的從機已經(jīng)將 TXD數(shù)據(jù)線拉低，電平?jīng)_突，導致數(shù)據(jù)不能發(fā)出，主機接不到從機返回數(shù)據(jù)。經(jīng)過仔細分析 MAX3232芯片，在三個從機 TXD端接入一個二極管，同一時刻只允許一個從機的 TXD數(shù)據(jù)端有效，問題得到解決。 RS232通訊總線接口如圖 。 圖 RS232通訊總線接口圖 CRC校驗出了問題： 本系統(tǒng) 采用 MODBUSRTU通訊協(xié)議，使用 CRC校驗，調(diào)試時一 26 直不能正常通訊，經(jīng)過仔細分析發(fā)現(xiàn)是 CRC校驗出現(xiàn)問題，由于 CRC高低字節(jié)顛倒，導致不能正常通訊，更正后通訊正常。 關(guān)于 EEPROM： 從機采用的是主控芯片內(nèi)部自帶的 EEPROM，調(diào)試時出現(xiàn)保存數(shù)據(jù)后，上電讀取數(shù)據(jù)錯誤，仔細分析發(fā)現(xiàn)時 EEPROM內(nèi)部存儲地址錯誤， 更 正后 數(shù)據(jù)正常保存。 調(diào)試中的協(xié)議問題： 主機發(fā)送 MODBUS命令數(shù)據(jù)幀，從機接收到錯誤數(shù)據(jù)幀，不能正常讀取 MODBUS命令，仔細分析 MODBUS協(xié)議，發(fā)現(xiàn)是從機定時器接收數(shù)據(jù)幀的時間設置不對，更正后通訊正常。 調(diào)試結(jié)果 在對硬件和軟件綜合調(diào)試后，經(jīng)上位機驗證， 達到了本次設計要求 。 可以實現(xiàn)讀寫 寄存器的功能，參數(shù)的儲存達到要求， 實時 顯示 寄存器的值 ，實時顯示從機采集到的溫度值 。 主機控制板運行實物圖如圖 、 。 圖 開機畫面 27 圖 系統(tǒng)運行 實物圖 主機系統(tǒng)運行時 TFT液晶屏 分別顯示三個從機的通信狀態(tài)、實時溫度、內(nèi)部寄存器的 值 ，可通過參數(shù)設置按鈕進入?yún)?shù)設置界面，下置數(shù)據(jù)到從機。 從機控制板實時顯示溫度值，將采集到的溫度值存入 MODBUS寄存器，供主機查詢，8個 LED燈亮度分別反映 MODBUS內(nèi)部寄存器模擬量，可通過按鍵操作修改 MODBUS內(nèi)部寄存器值，從機控制板運行實物圖如圖 。 圖 從機控制板運行實物圖 28 參考文獻 [1] 張友德，趙志英，涂時亮 . 單片微型機原理、應用與實驗（第五版） [M]. 復旦大學出版社， 2021. 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