【正文】 圖 開(kāi)機(jī)畫(huà)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(guò)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)。 調(diào)試中的協(xié)議問(wèn)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(duì)，更正后通訊正常。經(jīng)過(guò)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(wèn)題得到解決。在程序編譯 中會(huì)遇到不少關(guān)于這個(gè)的問(wèn)題，其中有一些包含的問(wèn)題，變量定義的問(wèn)題，函數(shù)同名的問(wèn)題， 數(shù)據(jù)類(lèi)型重定義的問(wèn)題，不過(guò)經(jīng)過(guò)查找資料，一個(gè)一個(gè)解決了這個(gè)問(wèn)題。更改后的 DS18B20 實(shí)物圖如圖 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(cè)試程序，發(fā)現(xiàn) CPU不能正常連接電腦編譯器，經(jīng)過(guò)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。 操作的步驟如下： 在 A0 為低電平的狀態(tài)下，寫(xiě)入一個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，該字節(jié)為寄存器地址。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。 STC內(nèi)部 EEPROM地址如圖 。 ISP/IAP 命令寄存器 ISP_CMD：用于選擇 EEPROM 的模式。 EEPROM 可以用于保存一些在應(yīng)用過(guò)程中修改并掉電不丟失的參數(shù)數(shù)據(jù) 。 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(lái)，下次開(kāi)機(jī)的時(shí)候能讀出來(lái)。根據(jù)功能位確保要執(zhí)行的功能。 在數(shù)據(jù)幀處理過(guò)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)。 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(chǎng)總線技術(shù)中有著至關(guān)重要的作用。 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）。 在本系統(tǒng)中使用的是一個(gè)主機(jī)三個(gè)從機(jī)， 一片 MAX3232 做主機(jī)通訊接口，另外三個(gè)作為從機(jī)通訊接口， RS232 總線直接使用 RS232 電平通訊。 因?yàn)槊恳粋€(gè) DS18B20 的包含一個(gè)獨(dú)特的序號(hào)，多個(gè) DS18B20可以同時(shí)存在于一條總線。 176。華氏相當(dāng)于是 67 176。 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號(hào)，方便多機(jī)掛接。C ~+125176。 最高 12 位分辨率，精度可達(dá)土 攝氏度。 溫度傳感器的種類(lèi)眾多，在應(yīng)用與高精度、高可靠性的場(chǎng)合時(shí) DALLAS（達(dá)拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當(dāng)仁不讓。 15 470nFC910KR2VCCGNDNRST123RST/45678910111213XTAL214XTAL115GND1617181920212223242526ALE/2728EX_LVD/293031323334353637VCC38394041424344U1STC125A60S212Y110pFC1810pFC19GND GNDXTAL1 XTAL2NRSTXTAL1XTAL2 GNDVCCRXDTXDTXD1 RXD1LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6LED7 LED8C1C2C3C4KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5TEMPLAN_RIGHTLAN_LEFTabc defgh 圖 從機(jī)主控模塊最小系統(tǒng) LED 燈顯示模塊 LED 燈模塊采用 8 個(gè) 0805 封裝的 LED 顯示， LED 模塊電路圖如圖 所示。 內(nèi)部集成 EEPROM 2K－ 16K 及 看門(mén)狗 和專(zhuān)用復(fù)位電路。通常情況下，能夠工作于 235kbps 數(shù)據(jù)速率。關(guān)斷模式下，接收器保持有效狀態(tài)，對(duì) 外部設(shè)備 進(jìn)行監(jiān)測(cè)，僅消耗 1uA 電源電流， MAX3232 的 引腳 、封裝和功能分別與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MAX242 和 MAX232 兼容。下面簡(jiǎn)單介紹 MAX3232 芯片。 Vref1Vsupply2nTRST3GND4TDI5GND6TMS7GND8TCK9GND10TDO11GND12TDO13GND14nSRST15GND16DBGRQ17GND18DBGACK19GND20J1JTAG10KR1110KR710KR810KR910KR100RR130RR12RESETVCC3V3GNDJNTRSTJTDIJTMSJTCKJTDOJTAG 圖 JTAG 電路圖 串口通訊模塊 串口通訊模塊為整個(gè)設(shè)計(jì)的最重要的部分，本系統(tǒng) 是基于串口 RS232 接口 加入MODBUS 通訊協(xié)議，此部分一旦不能工作本系統(tǒng)將變得毫無(wú)意義。 JTAG 標(biāo)準(zhǔn)定義了一個(gè)串行的 移位寄存器 。 可選 引腳 TRST——測(cè)試復(fù)位，輸入引腳，低電平有效。標(biāo)準(zhǔn)的 JTAG 接口是 4 線： TMS、TCK、 TDI、 TDO，分別為模式選擇、時(shí)鐘、數(shù)據(jù)輸入和 數(shù)據(jù)輸出 線。 RapidS 串行接口兼容 SPI，最高頻率可達(dá) 66MHz。 圖片數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)芯片的固定地址，多張圖片分地址放置， CPU 只需按地讀取存儲(chǔ)器內(nèi)部數(shù)據(jù)送入 TFT 顯示器，即可完成所有圖片顯示，節(jié)約了 CPU 內(nèi)部空間。 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 。 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 。 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(lèi)型為 SOT223。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。 開(kāi) 始系 統(tǒng) 初始 化主 機(jī) 發(fā) 送查 詢(xún) 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 。 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。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。對(duì)設(shè)計(jì)的結(jié)果進(jìn)行分析和總結(jié)。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(xún)。 搭建測(cè)試平臺(tái)，通 訊 器軟硬件調(diào)試。 研究的 主要內(nèi)容和 步驟 主要內(nèi)容 查找資料，熟悉單片機(jī)的基本結(jié)構(gòu)及功能，熟悉利用 STC12C5A60SSTM32F103VET6 單片機(jī)進(jìn)行通 訊 器的硬件設(shè)計(jì)。 發(fā)展現(xiàn)狀和前景展望 目前在全球范圍內(nèi)已經(jīng)安裝了 MODBUS 串行設(shè)備，基于 MODBUS 和單片機(jī)技術(shù)的―透明就緒 ‖的廣泛應(yīng)用可以被歸類(lèi)到三大市場(chǎng)：能源與基礎(chǔ)設(shè)施，工業(yè)，以及建筑行業(yè)。目前這方面的協(xié)議比較多， MODBUS 就是其中的一種。然而，子站 是采用不同開(kāi)發(fā)平臺(tái)、不同通訊協(xié)議組成的 結(jié) 構(gòu)系統(tǒng)，可能由不同的廠家和 個(gè) 體 開(kāi)發(fā)。傳統(tǒng)的 工 3 業(yè)控制軟件開(kāi)發(fā)中出現(xiàn)的另一個(gè)主要問(wèn)題是軟件的重復(fù)開(kāi)發(fā)，軟件不能夠復(fù)用，資源不能共享，造成大量的人力與物力資源的浪費(fèi)。 目的與意義 在現(xiàn)代化工業(yè)控制中 , 由于被控對(duì)象、測(cè)控裝置等物理設(shè)備的地域分散性 , 以及控制與監(jiān)控等任務(wù)對(duì)實(shí)時(shí)性的要求 , 不同設(shè)備之間現(xiàn)場(chǎng)交互性信息的傳遞越來(lái)越多。用戶(hù)試圖把一個(gè)外來(lái)設(shè)備連接到控制系統(tǒng)里面，使用這個(gè)設(shè)備的 MODBUS 接口被證明是最為容易的辦法。諸如 MODBUS 等數(shù)字化通訊協(xié)議能夠給這些一直單機(jī)運(yùn)行的儀表注入一些新的活力。最多可以有 127 個(gè) MDS 模件被安裝在一個(gè)MODBUS 網(wǎng)絡(luò)上面來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工廠的控制或是采集整個(gè)工廠的信號(hào)。它也可以被編程用來(lái)執(zhí)行控制功能，例如 PID 控制、 ON/OFF 控制、現(xiàn)場(chǎng)報(bào)警、診斷以及報(bào)警監(jiān)視等。當(dāng)儀表設(shè)備被連接到一種分散式 I/O 系統(tǒng)的時(shí)候 ， 可以增加更多的現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備，但是僅僅需要一根對(duì)絞線電纜就可以把所有數(shù)據(jù)傳送到 MODBUS 主站。 Modbus 可以支持多種電氣接口，如 RS23 RS485 等，還可以在各種介質(zhì)上傳送，如雙絞線、光纖、無(wú)線等。 當(dāng)在 Modbus 網(wǎng)絡(luò)上通信時(shí)，此 協(xié)議 決定了每個(gè) 控制器 須要知道它們的設(shè)備地址，識(shí)別按地址發(fā)來(lái)的消息，決定要產(chǎn)生何種行動(dòng)。有了它，不同廠 商生產(chǎn)的控制設(shè)備可以連成 工業(yè)網(wǎng)絡(luò) ，進(jìn)行集中監(jiān)控。為更好地普及和推動(dòng) Modbus 在基于 以太網(wǎng) 上的 分布式應(yīng)用 ，目前施耐德公司已將Modbus 協(xié)議 的所有權(quán)移交給 IDA 組織，并成立了 ModbusIDA 組織，為 Modbus 今后的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 本系統(tǒng) 從機(jī)以STC12C5A60S2 為基本平臺(tái)， 利用 RS232 串口 實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)通訊 ， 用單片機(jī)的 內(nèi)部 RAM 寄存器 模擬協(xié)議中的 寄存器 ，根據(jù)寄存器的值調(diào)節(jié)單片機(jī) PWM 輸出，改變 LED 燈的亮度，單片機(jī) 讀取實(shí)時(shí)溫度 。 購(gòu)買(mǎi)元器件并焊接，制作通 訊 器。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 題 目： 基于單片機(jī)的 MODBUS 通訊器設(shè)計(jì) 學(xué)院： 電氣信息學(xué)院 專(zhuān)業(yè)： 電子信息工程 班級(jí)： 0902 學(xué)號(hào)： 38 學(xué)生姓名： 導(dǎo)師姓名： 完成日期： 2021 年 05 月 31 日 誠(chéng) 信 聲 明 本人聲明： 本人所呈交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 是在老師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果； 據(jù)查證，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中不包含其他人已經(jīng)公開(kāi)發(fā)表過(guò)的研究成果，也不包含為獲得其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位而使用過(guò)的材料； 我承諾，本人提交的畢業(yè)設(shè)計(jì) 中的所有內(nèi)容均真實(shí)、可信。 通信器軟硬件調(diào)試。