【正文】 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 。 主機(jī)控制板運(yùn)行實(shí)物圖如圖 、 。 調(diào)試結(jié)果 在對(duì)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 。 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。 RS232通訊總線接口如圖 。 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)。 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)。 圖 調(diào)試平臺(tái) 基于單片機(jī)的 MODBUS 通訊器設(shè)計(jì) 25 調(diào)試問題 關(guān)于工程的建立 ： .C、 .h文件的處理。 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。將電路板焊接 完整，測(cè)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(cè)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。 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(cè)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。如圖 所示 。 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。 對(duì)控制寄存器進(jìn)行操作前，需要先對(duì)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(duì)哪一個(gè)寄存器的。 TFT 驅(qū)動(dòng)模塊的操作主要分為兩種，一是對(duì)控制寄存器的地址寫入，二是對(duì)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(duì)控制寄存器的地址寫入還是對(duì)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(duì)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(duì)數(shù)據(jù)寫入 /讀出操作，如圖 所示。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。 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(chǎng)觀察數(shù)據(jù)和調(diào)試，加上了液晶顯示。 ISP/IAP 命令寄存器 ISP_CONTR：用于配置 ISP/IAP。 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。 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。 EEPROM數(shù)據(jù)讀取流程圖如圖 。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)。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(cè)量。 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(duì) 發(fā)回來的幀進(jìn)行處理，判斷是否正確 后 執(zhí)行 對(duì)應(yīng) 的處理。并執(zhí)行相關(guān)功能。在前提條件滿足的情況下才能提取功能位和數(shù)據(jù)位。對(duì)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)。 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)。 必須了解 Modbus 的各個(gè)功能對(duì)應(yīng)的幀格式 ，理解其含義和本質(zhì)，然后才能 找到對(duì)應(yīng)信息去對(duì)其相應(yīng)的處理 。所以中斷函數(shù)只負(fù)責(zé)接受數(shù)據(jù)幀，而對(duì)于接收數(shù)據(jù)幀的處理則放在主函數(shù)里。 由于單片機(jī)需要對(duì)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(duì)比較長(zhǎng)，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。 TMOD（定時(shí)器寄存 器） GATE C/T* M1 M0 GATE C/T* M1 M0 T1 方式字段 T0 方式字段 TMOD |= 0X20 即定時(shí)器 T1 工作在方式 2（自動(dòng)重裝的 8 位定時(shí)器）。 在串行通信的實(shí)現(xiàn)中， 本系統(tǒng)采用了串口通信工作 方式一，波特率 115200 的方案。 GND1DQ2VCC3U318B20R19VCCGNDTEMP 圖 溫度檢測(cè)模塊 基于單片機(jī)的 MODBUS 通訊器設(shè)計(jì) 17 第 4 章 軟件 設(shè)計(jì) 串口通信模塊 串行通信是實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與 PC 及通信的一種基本方式。這使得溫度傳感器放置在許多 不同的地方。為讀寫以及溫度轉(zhuǎn)換可以從數(shù)據(jù)線本身獲得能量，不需要外接電源。 C。 C 范圍內(nèi)精度為 177。 F 到 257 華氏度 ， 10 176。 C 至+125 ℃ 。 多樣封裝形式，適應(yīng)不同硬件系統(tǒng)。F) 內(nèi)置 EEPROM，限溫報(bào)警功能。C (–67176。 檢測(cè)溫度范圍為 –55176。 位分辨率時(shí)的最大工作周期為 750 毫秒。 先進(jìn) 的單總線數(shù)據(jù)通信。超小的體積，超低的硬件開消，抗干擾能力強(qiáng)，精度高，附加功能強(qiáng)，使得 DS18B20 更受歡迎。溫度檢測(cè)模塊電路如圖 所示 。 利用 STC 單片機(jī) 8 個(gè) I/O 端口分別控制 8 路 LED， 每一路都用 100 級(jí) PWM 來調(diào)節(jié)LED 亮度，每一路亮度值都可通過從機(jī)按鍵設(shè)置值， 也可在主機(jī)觸摸屏上設(shè)置每一路亮度值，也可以直接控制每 一路 LED 亮滅，通過 MODBUS 命令下置到從機(jī)單片機(jī)，從機(jī)單片機(jī)根據(jù)亮度值修改 LED 亮度。 有 ISP 和 IAP 功能，強(qiáng)抗干擾和降低 EMI 性能。 帶 A/D 功能，超小封裝。 FLASH 程序儲(chǔ)存 4K64K， RAM 數(shù)據(jù)儲(chǔ)存 512B－ 1280B。 C1+1V+2C13C2+4C25V6T2out7R2in8R2out9T2in10T1in11R1out12R1in13T1out14GND15VCC16U5ST32321234567891110J2D Connector 93V3GND100nFC23100nFC24100nFC25100nFC26GNDPA2PA3PA9PA10U1TXU1RXU2RXU2TXT2OUTT2OUTR2INR2INGND12345678910111213141516P2Header 16HGNDT1OUTR1INR1INT1OUT470RR20470RR213V33V3LED_LEFTLED_RIGHTPC0PC1232 通訊 圖 串口通訊電路 從機(jī)主控模塊 從機(jī)主控采用 STC12C5A60S2， 最小系統(tǒng)電路圖如圖 所示。 MAX3232 在最差工作條件下能夠保證 120kbps 的數(shù)據(jù)速率。即使工作在高數(shù)據(jù)速率下，MAX3232 仍然能保持 RS232 標(biāo)準(zhǔn)要求的正負(fù) 最小發(fā)送器輸出電壓。 MAX3232 具有二路接收器和二路驅(qū)動(dòng)基于單片機(jī)的 MODBUS 通訊器設(shè)計(jì) 14 器，提供 1uA 關(guān)斷模式，有效降低功效并延遲便攜式產(chǎn)品的電池使用壽命。 采用專有低壓差發(fā)送器輸出級(jí)，利用雙電 壓 在 至 電源供電時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)真正的 RS232 性能，器件僅需四個(gè) 的外部小尺寸電 壓 電容。 芯片外部電路圖如圖 所示。 通訊方式直接利用串口通訊芯片 MAX3232， MAX3232 有雙串口接口，串口 1 接口與從機(jī)相連，連接方式采用 RJ45 網(wǎng)絡(luò)通訊接口。 JTAG 的 系統(tǒng)板 設(shè)計(jì)和連線關(guān)系如圖 所示。 寄存器 的每一個(gè)單元分配給 IC 芯片的相應(yīng) 引腳 ，每一個(gè)獨(dú)立的單元稱為 BSC（ BoundaryScan Cell） 邊界掃描 單元。 TAP 控制器的 狀態(tài)機(jī) 通過 TCK 和 TMS進(jìn)行狀態(tài)的改變，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和指令的輸入。 含有 JTAG 口的芯片種類較多，如 CPU、 DSP、 CPLD 等。 具有 JTAG 口的芯片都有如下 JTAG 引腳 定義： TCK——測(cè)試時(shí)鐘輸入； TDI——測(cè)試數(shù)據(jù)輸入，數(shù)據(jù)通過 TDI 輸入 JTAG 口； 基于單片機(jī)的 MODBUS 通訊器設(shè)計(jì) 13 TDO——測(cè)試 數(shù)據(jù)輸出 ，數(shù)據(jù)通過 TDO 從 JTAG 口輸出； TMS——測(cè)試模式選擇， TMS 用來設(shè)置 JTAG 口處于某種特定的測(cè)試模式。 JTAG 編程 方式是在線編程，傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對(duì)芯片進(jìn)行預(yù)編程再裝到板上因此而改變，簡(jiǎn)化的流程為先固定 器件到電路板上，再用 JTAG 編程，從而大大加快工程進(jìn)度?，F(xiàn)在多數(shù)的高級(jí)器件都 支持 JTAG 協(xié)議，如 DSP、 FPGA 器件等。 AT45DB161D 的存儲(chǔ)容量為 17,301,504 位，組織形式為4,096 頁，每頁 512 或 528 頁。AT45DB161D 支持 RapidS 串行接口，適用于要求高速操作的應(yīng)用。 本系統(tǒng)存儲(chǔ)模塊采用 AT45DB161D 存儲(chǔ)芯片，存儲(chǔ)容量為 2M，足夠存儲(chǔ)大量圖片數(shù)據(jù)信息。 圖 開機(jī)界面 圖 主界面 1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 2425 2627 2829 3031 32P1PD14 PD15PD0 PD1PE7 PE8PE9 PE10PE11 PE12PE13 PE14PE15 PD8PD9 PD103V3GNDPD4PD5PB14PB15PB13PB12RESETPD7 PD11PD13PC9PC10PC11PC12D0D1D2D3D4D5D6D7D8D9D10D11D12D13D14D15CSRSRDBLACKLIGHTINTBUSYF_CSSD_CSWRSPI2_MISOSPI2_MOSISPI2_SCKSPI2_NSS1 23 45 67 89 1011 1213 1415 1617 1819 2021 2223 24P3Header 12X2HPA15PD2PD3PD6PB5PB6PB7PB8PB9PE0PE1PC2PC3PB0PB1PB2PB10PB11PD11PD12PD13PA8PA11TFT 接口GND 圖 TFT 液晶及 CPU 引腳接口 基于單片機(jī)的 MODBUS 通訊器設(shè)計(jì) 12 存儲(chǔ)模塊 由于主機(jī)采用 寸 TFT 觸摸屏作為界面顯示，像素點(diǎn)為 480*272，需要大量圖片數(shù)據(jù)信息，而主芯片內(nèi)部 Flash 只有 512KB，最多只能存放 兩張圖片，所以本系統(tǒng)采用了外擴(kuò)存儲(chǔ)器的方法存儲(chǔ)圖片數(shù)據(jù)。 滿足訪問外部設(shè)備的時(shí)序要求 所有的外部存儲(chǔ)器共享控制器輸出的地址、數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，每個(gè)外部設(shè)備可以通過一個(gè)唯一的片選信號(hào)加以區(qū)分。 兩個(gè)圖層都具備 16 位真彩的顯示能力 。 液晶顯示模塊 及 CPU 引腳 接口電路如圖 所示。三端 IC 是指這種穩(wěn)壓用的集成電路，只有三條引腳輸出，分別是輸入端、接地端和輸出端。 三端穩(wěn)壓集成電路 lm7805。 PE21PE32PE43PE54PE65VBAT