【導(dǎo)讀】及取得的研究成果；包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過的材料；第一周至第三周：查閱資料、撰寫文獻(xiàn)綜述和開題報(bào)告；第六周至第十一周；編寫代碼并完成調(diào)試工作；第十二周至第十三周：撰寫設(shè)計(jì)說明書；

　　

【正文】 X20 即定時(shí)器 T1 工作在方式 2（自動(dòng)重裝的 8 位定時(shí)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(jī)需要對數(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。一般而言，中斷函數(shù)應(yīng)該盡可能的簡 單。所以中斷函數(shù)只負(fù)責(zé)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(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。 必須了解 Modbus 的各個(gè)功能對應(yīng)的幀格式 ，理解其含義和本質(zhì)，然后才能 找到對應(yīng)信息去對其相應(yīng)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(jī)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(jī)呼叫從機(jī)地址，從機(jī)應(yīng)答方式通訊。 數(shù)據(jù)幀 10 位， 1 個(gè)起始位， 8 個(gè)數(shù)據(jù)位， 1 個(gè)停止位，無校驗(yàn)。 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)。對完整數(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)。幀處理的前提除了 CRC校驗(yàn)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(shí)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(yàn)正 確 ？數(shù) 據(jù) 處 理向 上 位 機(jī)返 回 數(shù) 據(jù)結(jié) 束NYYNNY 圖 數(shù)據(jù)幀處理流程圖 上位機(jī) 對 發(fā)回來的幀進(jìn)行處理，判斷是否正確 后 執(zhí)行 對應(yīng) 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(jī)的時(shí)候能讀出來。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。我們可以設(shè)置報(bào)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(yīng)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(jī) 通 過M O D B U S查 詢 從 機(jī) 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(shí)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(fù)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(shí)的命令觸發(fā)寄存器。在 ISPEN 20 （ ） =1 時(shí)，對 ISP_TRIG 先寫入 5Ah 好，在寫入 A5h， ISP/IAP 命令才會(huì)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(shí)時(shí)顯示線 圈狀態(tài)和寄存器的值。 TFT 驅(qū)動(dòng)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(dāng)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(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(dòng)模塊內(nèi)部有控制寄存器，用戶在使用 TFT 驅(qū)動(dòng)模塊之前以及對其進(jìn)行操作過程當(dāng)中，需 要對一些寄存器進(jìn)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(shè)置（如當(dāng)前顯存操作地址設(shè)置等）。 對控制寄存器進(jìn)行操作前，需要先對控制寄存器地址進(jìn)行寫入操作，以指明接下去的數(shù)據(jù)操作是針對哪一個(gè)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(gè)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(gè)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(gè)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(dòng)模塊的控制寄存器當(dāng)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(dāng)前顯存地址的寄存器 display RAM bus address counter (AC)，一共由兩個(gè)的寄存器組成，分別存放有 Y Address 和 X Adderss，表示當(dāng)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(gè)顯存單元在前面已經(jīng)用圖示意過，每個(gè)單元有 16 位，最高的 5 位為 R（紅）的分量，最低的 5 位為 B（藍(lán)）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(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。 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。 圖 取消 lm7805 后電源模塊電路 24 從機(jī)電路板調(diào)試 根據(jù)從機(jī)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(shí)物圖如圖 所示。 圖 更改后的 DS18B20實(shí)物圖 軟件件調(diào)試 調(diào)試平臺(tái) 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(tái) 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(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。 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)。觸屏值不準(zhǔn)將直接導(dǎo)致 MODBUS指令錯(cuò)誤，經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)測試，本系統(tǒng)使用的觸屏校準(zhǔn)值是一個(gè)負(fù)值，由于數(shù)據(jù)存儲(chǔ) 不能直接存負(fù)值， 需要將校準(zhǔn)值轉(zhuǎn)換成正數(shù) 再存入存儲(chǔ)器 ， 讀取時(shí)再轉(zhuǎn)換成負(fù)數(shù)，完成觸屏校 準(zhǔn)。 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)。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。 RS232通訊總線接口如圖 。 圖 RS232通訊總線接口圖 CRC校驗(yàn)出了問題： 本系統(tǒng) 采用 MODBUSRTU通訊協(xié)議，使用 CRC校驗(yàn)，調(diào)試時(shí)一 26 直不能正常通訊，經(jīng)過仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)是 CRC校驗(yàn)出現(xiàn)問題，由于 CRC高低字節(jié)顛倒，導(dǎo)致不能正常通訊，更正后通訊正常。 關(guān)于 EEPROM： 從機(jī)采用的是主控芯片內(nèi)部自帶的 EEPROM，調(diào)試時(shí)出現(xiàn)保存數(shù)據(jù)后，上電讀取數(shù)據(jù)錯(cuò)誤，仔細(xì)分析發(fā)現(xiàn)時(shí) EEPROM內(nèi)部存儲(chǔ)地址錯(cuò)誤， 更 正后 數(shù)據(jù)正常保存。 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，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(jī)驗(yàn)證， 達(dá)到了本次設(shè)計(jì)要求 。 可以實(shí)現(xiàn)讀寫 寄存器的功能，參數(shù)的儲(chǔ)存達(dá)到要求， 實(shí)時(shí) 顯示 寄存器的值 ，實(shí)時(shí)顯示從機(jī)采集到的溫度值 。 主機(jī)控制板運(yùn)行實(shí)物圖如圖 、 。 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)。 從機(jī)控制板實(shí)時(shí)顯示溫度值，將采集到的溫度值存入 MODBUS寄存器，供主機(jī)查詢，8個(gè) 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(jī)控制板運(yùn)行實(shí)物圖如圖 。 圖 從機(jī)控制板運(yùn)行實(shí)物圖 28 參考文獻(xiàn) [1] 張友德，趙志英，涂時(shí)亮 . 單片微型機(jī)原理、應(yīng)用與實(shí)驗(yàn)（第五版） [M]. 復(fù)旦大學(xué)出版社， 2021. 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