【正文】 液晶顯示器按功能分為段位式 LCD、字符式 LCD 和點(diǎn)陣式 LCD，前兩者只能顯示有限字符，而點(diǎn)陣式 LCD 不僅能顯示字符，還可以顯示漢字及各種圖形，并且可實(shí)現(xiàn)屏幕的上下左右滾動(dòng)顯示，反轉(zhuǎn)顯示以及顯示閃爍等功能，用途十分廣泛。本系統(tǒng)的顯示屏采用 FM12232B 液晶模塊，實(shí)現(xiàn)電流信號(hào)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示。該類(lèi)液晶模塊采用的驅(qū)動(dòng)控制器都是 SED152O 或其兼容型驅(qū)動(dòng)控制器。SED1520 液晶顯示控制驅(qū)動(dòng)器集行列驅(qū)動(dòng)器和控制器于一體，被廣泛應(yīng)用于小規(guī)模液晶顯示模塊。12232 是一種內(nèi)置 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)漢字庫(kù)和 128 個(gè) 168 點(diǎn) ASCII 字符集圖形點(diǎn)陣液晶顯示器，它主要由行驅(qū)動(dòng)器/ 列驅(qū)動(dòng)器及 12832 全點(diǎn)陣液晶顯示器組成?？赏瓿蓤D形顯示，也可以顯示 2 個(gè)(1616 點(diǎn)陣)漢字。與外部 CPU 接口采用并行或串行方式控制。其特性如下：①內(nèi)置 2560 位顯示 RAM 區(qū)。RAM 中的 1 位數(shù)據(jù)控制液晶屏上一個(gè)像素的亮暗，狀態(tài) 1 表示亮，0 表示暗。②具有 16 個(gè)行驅(qū)動(dòng)輸出和 61 個(gè)列驅(qū)動(dòng)輸出。③可直接與 80 系列微處理器相連，也可直接與 68 系列微處理器相連。④驅(qū)動(dòng)占空比為 1/16 或 1/32。⑤可以與 SED1520 級(jí)聯(lián)使用，以便擴(kuò)展行列驅(qū)動(dòng)能力。顯示屏的顯示特性和機(jī)械特性如下所示：（1）顯示特性：①STN 正視反射模式②顯示顏色：綠底藍(lán)字③顯示角度：6 點(diǎn)鐘直視④驅(qū)動(dòng)方式：1/32 Duty，1/6Bias（2）機(jī)械特性：①外觀(guān)尺寸：8444(mm)②電陣：12232 點(diǎn)③點(diǎn)尺寸：(W)(H)(mm)④點(diǎn)間距：(W)(H)(mm) 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)組成本系統(tǒng)由兩部分組成：主控模塊和監(jiān)控模塊，從圖 可以看出，主控模塊功能模塊由微控制器、 CAN 通信電路以及時(shí)鐘電路、 EEPROM 電路、串口電路、液晶顯示屏等外圍電路組成。監(jiān)控模塊的功能模塊由微控制器、CAN 通信電路、傳感器及外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)在下列小節(jié)做出詳細(xì)的闡述。系統(tǒng)采用針對(duì)傳統(tǒng)溫度測(cè)溫系統(tǒng)測(cè)溫點(diǎn)少，系統(tǒng)兼容性及擴(kuò)展性較差的特點(diǎn)，運(yùn)用分布式通訊的思想。設(shè)計(jì)一種可以用于大規(guī)模多點(diǎn)溫度的檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)。系統(tǒng)的監(jiān)控模塊與主控模塊之間采用 CAN 總線(xiàn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。下位機(jī)連接到現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)字化傳感器上，對(duì)測(cè)量點(diǎn)的溫度進(jìn)行采集，并且把采集到的溫度值傳輸?shù)?CAN 總線(xiàn)上，構(gòu)成CAN 總線(xiàn)的智能節(jié)點(diǎn)。下位機(jī)與上位機(jī)通信的實(shí)現(xiàn)通過(guò) CAN 總線(xiàn)控制器。單片機(jī)采集到的溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)通信轉(zhuǎn)換器實(shí)時(shí)在上位機(jī)上顯示，CAN 總線(xiàn)系統(tǒng)很容易擴(kuò)展成針對(duì)多對(duì)象的溫度監(jiān)測(cè)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)較大系統(tǒng)的溫度實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。實(shí)際采用電路方案如上圖 所示。時(shí)鐘電路液晶顯示器串口電路CAN 總線(xiàn)控制器SJA1000CAN 總線(xiàn)收發(fā)器82C250EEPROM 電路報(bào)警電路CAN 總線(xiàn)控制器SJA1000CAN 總線(xiàn)收發(fā)器82C250單片機(jī)AT89S52溫度傳感器 DS18B20單片機(jī)AT89S52監(jiān)控模塊主控模塊圖 溫度檢測(cè)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖 4 系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)溫度檢測(cè)系統(tǒng)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)重點(diǎn)闡述了主控模塊和監(jiān)控模塊的硬件設(shè)計(jì)。在各節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)中，根據(jù)系統(tǒng)的需求分析，設(shè)計(jì)相應(yīng)的功能電路以完成各部分的實(shí)際功能，主要包括各模塊微控制器電路、電源電路、CAN 控制器接口電路以及其他功能電路的設(shè)計(jì)。 單片機(jī)最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)從圖 可以看出，在通信模塊中的單片機(jī)及其外圍電路中主要由單片機(jī)最小系統(tǒng)、CAN 通信電路、串口電路等外圍電路組成。各模塊具體的硬件電路設(shè)計(jì)在下列小節(jié)做出詳細(xì)的闡述。本系統(tǒng)采用 AT89S52 芯片作為微控制器。圖 為微控制器最小系統(tǒng)電路圖。 +/seakry圖 微控制器最小系統(tǒng)AT89S52 所用晶振可在 4MHz~24MHZ 之間，此處用典型的 12MHz 晶振。兩旁的電容可用 30177。10pF，電容 C12 和 C13 可以幫助起振，此處使用典型的 30pF，調(diào)節(jié)他們可以達(dá)到微調(diào)時(shí)鐘頻率的目的。對(duì)主控模塊和檢測(cè)模塊的微控制器的設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，復(fù)位十分重要，這直接決定其是否正常工作。本系統(tǒng)復(fù)位原理圖如上圖 所示。在復(fù)位電路中，系統(tǒng)具有上電與手動(dòng)兩種方式，手動(dòng)或上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位，RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。當(dāng)上電或按鍵 S1 按下時(shí)， RST 腳為高電平，從而單片機(jī)復(fù)位。當(dāng) RST腳變?yōu)榈碗娖綍r(shí)，復(fù)位結(jié)束。由于 P0 口是 OC 門(mén)，故要在 ~ 腳加上拉電阻。在此最小系統(tǒng)中，選用經(jīng)典電路中的 歐的電阻。AT89S52 內(nèi)部附有 ISP 模塊。ISP(InSystem Programming，在系統(tǒng)可編程)是指電路板上的空白器件可以編程寫(xiě)入最終用戶(hù)代碼，而不需要從電路板上取下器件。已經(jīng)編程的器件也可以用 ISP 方式擦除或再編程。 串口電路設(shè)計(jì)在串行通信中，根據(jù)數(shù)據(jù)傳送方向，把串行通信可以分成三種基本的傳送模式：全雙工、半雙工和單工。單工模式目前己基本不使用。對(duì)于 AT89S52 而言，有兩條串行傳輸線(xiàn) TXD 和 RXD，內(nèi)部有全雙工接口，因此通信傳送模式對(duì)串行接口而言是全雙工的。 1234567890JDBROUTC+圖 串口通信電路圖全雙工是指通信的雙方能在同一時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送和接收操作，發(fā)送和接收由兩根不同的傳輸線(xiàn)完成。全雙工方式無(wú)需進(jìn)行方向切換，因此沒(méi)有切換操作所產(chǎn)生的延時(shí)。在 RS232C 中，任何一條信號(hào)線(xiàn)的電壓均為負(fù)邏輯關(guān)系，即：邏輯“1”為5~15V，邏輯“0”為+5~+15V 。TTL 電平信號(hào)被利用得最多是因?yàn)橥ǔ?shù)據(jù)表示采用二進(jìn)制規(guī)定，+5V 等價(jià)于邏輯 “1”，0V 等價(jià)于邏輯“0” 。RS232C 與 TTL 之間需要電平轉(zhuǎn)換。串口通信芯片采用 MAX232，其電路圖如上圖 所示。 EEPROM本系統(tǒng)中，為了記錄事故發(fā)生的時(shí)間和地點(diǎn)，便于技術(shù)人員事后分析處理，需要對(duì)系統(tǒng)歷史信息進(jìn)行存儲(chǔ)，并且對(duì)顯示屏上的字庫(kù)（和按鍵緩存區(qū)數(shù)據(jù)）也需要進(jìn)行存儲(chǔ)。目前常用的有 FRAM 鐵電存儲(chǔ)器與 EEPROM 兩種存儲(chǔ)方案。目前市場(chǎng)上常用的有三種 FRAM 鐵電存儲(chǔ)器：（1）串行 接口 FRAM FM24XX。該 FRAM 讀寫(xiě)壽命無(wú)限，具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CI2接口，沒(méi)有寫(xiě)等待，按字節(jié)操作，總線(xiàn)頻率可以達(dá)到 1MHz，操作電流小于I2150uA，靜態(tài)電流小于 luA，數(shù)據(jù)壽命為 45 年。（2）串行 SPI 接口 FRAM FM25XX。該 FRAM 也具有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SPI 接口，沒(méi)有寫(xiě)等待，按字節(jié)操作，讀寫(xiě)壽命無(wú)限，總線(xiàn)頻率可以達(dá)到 25MHz，靜態(tài)電流小于luA，管腳和標(biāo)準(zhǔn) EEPROM 兼容。（3）并行接口 FRAM。該 FRAM 的靜態(tài)電流小于 15uA，沒(méi)有寫(xiě)等待，按字節(jié)操作，并與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) SRAM/EEPROM 管腳兼容。V8WP7SL6DA5GN4UTR9K+圖 EEPROM 電路圖主控端的 EEPROM 設(shè)計(jì)電路圖如圖 所示。本系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)采用 AT24C16。首先，AT24C16 的容量適中(16kbit)，可存儲(chǔ)較多從節(jié)點(diǎn)的信息，并且讀寫(xiě)速度（小于10ms）也滿(mǎn)足系統(tǒng)要求；其次，這款價(jià)格比較便宜，市場(chǎng)上 AT24C16 單價(jià)僅 1 元人民幣一塊，可以節(jié)約成本。 CAN 通信電路設(shè)計(jì)CAN 通信電路由電源、微控制芯片 AT895SCAN 控制器 SJA1000、CAN 總線(xiàn)驅(qū)動(dòng)器 82C250、光電耦合器 6N137 組成。CAN 數(shù)據(jù)通過(guò) 82C250 傳輸?shù)絊JA1000，AT89S52 處理后再傳送出去。 CAN 通信結(jié)構(gòu)框圖CAN 通信結(jié)構(gòu)框圖及其硬件電路設(shè)計(jì)圖如圖 (a)、(b)、(c)所示。單片機(jī)AT89S52CAN 控制器SJA1000光耦6N137CAN總線(xiàn)收發(fā)器CANHCANL圖 (a) CAN 通信結(jié)構(gòu)框圖 +uYHzp_圖 (b) CAN 通信硬件電路圖 GrefsB圖 (c) CAN 通信硬件電路圖系統(tǒng)以 AT89S52 為核心，選用 SJA1000 作為 CAN 控制器，并使用了 CAN 控制器接口芯片 82C250 和高速光電耦合器 6N137。CAN 通信控制器 SJA1000 以中斷模式工作，通過(guò)其中斷輸出引腳向單片機(jī) AT89S52 發(fā)出中斷請(qǐng)求。 SJA1000 的 TX0 和 RX0通過(guò)高速光耦 6N137 后與 82C250 相連，實(shí)現(xiàn)了總線(xiàn)上 CAN 節(jié)點(diǎn)間的電氣隔離，增強(qiáng)CAN 總線(xiàn)節(jié)點(diǎn)的抗干擾能力和穩(wěn)定性。 CAN 通信電路電源模塊電源模塊采用廣州金升陽(yáng)公司的 B0505 LS1W 現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)專(zhuān)用的電源模塊。該器件可以有效的隔離 CAN 通信電路和其他電路的電源，避免由于電源波動(dòng)造成的干擾。要注意的是，4 兩腳間的輸出電壓濾波電容不能超過(guò) 10uF。圖 為 CAN 電源模塊供電圖。 +圖 CAN 電源模塊圖 CAN 通信接口電路CAN 通信接口電路由 CAN 控制器和 CAN 收發(fā)器組成。CAN 控制器接收微處理器發(fā)出的數(shù)據(jù)，處理成 CAN 總線(xiàn)協(xié)議的格式后傳給 CAN收發(fā)器。CAN 收發(fā)器是發(fā)送器和接收器的組合，它將 CAN 控制器提供的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)并通過(guò) CAN 總線(xiàn)發(fā)送出去，以供其他網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)使用。同時(shí)，CAN 收發(fā)器也可將接收到的 CAN 總線(xiàn)上的數(shù)據(jù)傳送給 CAN 控制器，由 CAN 控制器將這些數(shù)據(jù)提供給微處理器作進(jìn)一步的處理。（1）CAN 控制器硬件設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用 SJA1000 的 PeliCAN 操作模式。為了連接到微處理器，SJA1000 提供了一個(gè)復(fù)用的地址/數(shù)據(jù)總線(xiàn)和讀/寫(xiě)控制信號(hào)。SJA1000 可作為微控制器外圍存儲(chǔ)器映射的 I/O 口器件。因此，可以按照擴(kuò)展片外存儲(chǔ)器的形式來(lái)訪(fǎng)問(wèn) SJA1000 的寄存器地址，把微控制器的/RD、/WR 與 SJA1000 的/RD 、/WR 相連構(gòu)成一個(gè)最小系統(tǒng)節(jié)點(diǎn)。AT89S52 通過(guò) 腳來(lái)選通 SJA1000，通過(guò)讀寫(xiě)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的形式來(lái)訪(fǎng)問(wèn)SJA1000。具體操作過(guò)程為：ALE 由低變高時(shí)，開(kāi)始讀寫(xiě)周期，微控制器把 8 位地址送到總線(xiàn)上，ALE 的下降沿把地址信息鎖存到 SJA1000 的片內(nèi)地址鎖存器。對(duì)讀周期，在讀控制信號(hào) RD 變?yōu)橛行Ш?，通過(guò)被尋址的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器把有效的數(shù)據(jù)送上總線(xiàn)以供使用；對(duì)寫(xiě)周期，微控制器發(fā)送完地址后直接傳送數(shù)據(jù)，當(dāng)寫(xiě)控制信號(hào) WR 有效時(shí)，數(shù)據(jù)就被寫(xiě)到已選通的存儲(chǔ)器里。SJA1000 的 INT 輸出送入 AT89S52 的 INT0，作為外部中斷源，它使微處理器以中斷的方式來(lái)處理 CAN 通信事件。SJA1000 的 TXO、TXI 為輸出驅(qū)動(dòng)器 0、驅(qū)動(dòng)器 1 到物理總線(xiàn)的輸出端；RX0、 RX1 為由物理總線(xiàn)到 SJA1000 輸入比較器的輸入端。SJA1000 的 RX0 腳、TX0腳分別與 82C250 的 RXD、TXD 腳相連；TX1 腳懸空。根據(jù) CAN 通信協(xié)議，SJA1000的 RX1 引腳的電位必須維持在大約 上，否則將不能形成 CAN 協(xié)議所要求的電平邏輯。（2）CAN 收發(fā)器硬件設(shè)計(jì)82C250 第 8 腳(Rs)與地之間的電阻稱(chēng)為斜率電阻。通過(guò)引腳 8 允許選擇 3 種不同的工作方式。①高速方式：通過(guò)第 8 腳與地直接相連而選擇。在這種方式下，為避免射頻干擾，可使用屏蔽電纜作總線(xiàn)。②待機(jī)方式：通過(guò)將第 8 腳接高電平而選擇。此時(shí)發(fā)送器被關(guān)掉，接收器處于低電 流工作狀態(tài)，可以對(duì)總線(xiàn)上的顯性位做出反應(yīng)。③斜率控制方式：一般在波特率較低、總線(xiàn)較短時(shí)使用。該方式通過(guò)將第 8 腳與地之間連接斜率電阻實(shí)現(xiàn)，上升和下降的斜率取決于該電阻的阻值，斜率正比于第 8 腳的電流輸出。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，16 千歐到 140 千歐是電阻較理想的取值范圍。在這一種模式下，可用平行線(xiàn)或非屏蔽雙絞線(xiàn)作總線(xiàn)。本系統(tǒng) CAN 節(jié)點(diǎn)采用斜率控制方式，電阻選用 47 千歐。 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)為了方便工作人員日后可隨時(shí)調(diào)出并查閱各事故發(fā)生以及結(jié)束的時(shí)間，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路主要用以記錄各節(jié)點(diǎn)的時(shí)間信息。由于人們對(duì)實(shí)時(shí)時(shí)鐘要求越來(lái)越高，并且很多數(shù)據(jù)的記錄需要提供數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)間等信息，因此 RTC 時(shí)鐘在很多系統(tǒng)中被廣泛的應(yīng)用。主節(jié)點(diǎn)時(shí)鐘芯片工作原理圖如圖 所示。VC24SQW3N10IR9ET8D76/+L 圖 時(shí)鐘芯片電路圖時(shí)鐘芯片能在即使沒(méi)有系統(tǒng)電源的情況下保持時(shí)間的走動(dòng)，從而能在任何時(shí)候給系統(tǒng)提供準(zhǔn)確的時(shí)間，以滿(mǎn)足對(duì)時(shí)間的各種不同的要求。時(shí)鐘芯片的接口有串行和并行之分，不同的芯片要根據(jù)具體情況設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)主節(jié)點(diǎn)采用的是 DS12887 時(shí)鐘芯片。DS12887 是一款比較高檔并常用的時(shí)鐘芯片，芯片內(nèi)部自配有可充電鋰電池，在無(wú)外部電源時(shí)也可保證十年的正常運(yùn)行。芯片內(nèi)部還提供了 128 個(gè)字節(jié)的 RAM 空間，其存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)也可以長(zhǎng)期保持不變。DS12887 還提供了多種時(shí)鐘的特殊功能，如定時(shí)中斷等等。 譯碼電路由于系統(tǒng)要對(duì)時(shí)鐘芯片、SJA1000 與液晶屏 3 個(gè)器件進(jìn)行讀寫(xiě)操作，這 3 個(gè)器件都需要進(jìn)行片選，而 I/O 口又不夠用，故采用 SN74LS138 進(jìn)行譯碼。表 41 74LS138 功能表輸入 輸出1S32? 1A23 0Y12345Y670 X X X X 1 1 1 1 1