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正文內(nèi)容

基于單片機的modbus通訊器設(shè)計畢業(yè)論文(參考版)

2025-03-02 11:55本頁面
  

【正文】 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 。 主機控制板運行實物圖如圖 、 。 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(shè)計要求 。 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。 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)。 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。 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。 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。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。 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。如圖 所示 。 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。 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。 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。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)境的測量。 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(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)。 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。 必須了解 Modbus 的各個功能對應(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 。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。 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(yīng)該采用中斷方式接受數(shù)據(jù)幀。 TMOD(定時器寄存 器) GATE C/T* M1 M0 GATE C/T* M1 M0 T1 方式字段 T0 方式字段 TMOD |= 0X20 即定時器 T1 工作在方式 2(自動重裝的 8 位定時器)。 在串行通信的實現(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 溫度檢測模塊 17 第 4 章 軟件 設(shè)計 串口通信模塊 串行通信是實現(xiàn)單片機與 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,限溫報警功能。C (–67176。 檢測溫度范圍為 –55176。 位分辨率時的最大工作周期為 750 毫秒。 先進 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,精度高,附加功能強,使得 DS18B20 更受歡迎。溫度檢測模塊電路如圖 所示 。 利用 STC 單片機 8 個 I/O 端口分別控制 8 路 LED, 每一路都用 100 級 PWM 來調(diào)節(jié)LED 亮度,每一路亮度值都可通過從機按鍵設(shè)置值, 也可在主機觸摸屏上設(shè)置每一路亮度值,也可以直接控制每 一路 LED 亮滅,通過 MODBUS 命令下置到從機單片機,從機單片機根據(jù)亮度值修改 LED 亮度。 有 ISP 和 IAP 功能,強抗干擾和降低 EMI 性能。 帶 A/D 功能,超小封裝。 FLASH 程序儲存 4K64K, RAM 數(shù)據(jù)儲存 512B- 1280B。 C1+1V+2C13C2+4C25V6T2out7R2in8R2out9T2in10T1in11R1out12R1in13T1out14GND15VCC16U5ST32321234567891110J2D Connector 93V3GND100nFC23100nFC24100nFC25100nFC26GNDPA2PA3PA9PA10U1TXU1RXU2RXU2TXT2OUTT2OUTR2INR2INGND12345678910111213141516P2Header 16HGNDT1OUTR1INR1INT1OUT470RR20470RR213V33V3LED_LEFTLED_RIGHTPC0PC1232 通訊 圖 串口通訊電路 從機主控模塊 從機主控采用 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 標準要求的正負 最小發(fā)送器輸出電壓。 MAX3232 具有二路接收器和二路驅(qū)動器,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,利用雙電 壓 在 至 電源供電時能夠?qū)崿F(xiàn)真正的 RS232 性能,器件僅需四個 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)計和連線關(guān)系如圖 所示。 寄存器 的每一個單元分配給 IC 芯片的相 13 應(yīng) 引腳 ,每一個獨立的單元稱為 BSC( BoundaryScan Cell) 邊界掃描 單元。 TAP 控制器的 狀態(tài)機 通過 TCK 和 TMS進行狀態(tài)的改變,實現(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——測試時鐘輸入; TDI——測試數(shù)據(jù)輸入,數(shù)據(jù)通過 TDI 輸入 JTAG 口; TDO——測試 數(shù)據(jù)輸出 ,數(shù)據(jù)通過 TDO 從 JTAG 口輸出; TMS——測試模式選擇, TMS 用來設(shè)置 JTAG 口處于某種特定的測試模式。 JTAG 編程 方式是在線編程,傳統(tǒng)生產(chǎn)流程中先對芯片進行預(yù)編程再裝到板上因此而改變,簡化的流程為先固定 器件到電路板上,再用 JTAG 編程,從而大大加快工程進度。現(xiàn)在多數(shù)的高級器件都 支持 JTAG 協(xié)議,如 DSP、 FPGA 器件等。 AT45DB161D 的存儲容量為 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。 12 本系統(tǒng)存儲模塊采用 AT45DB161D 存儲芯片,存儲容量為 2M,足夠存儲大量圖片數(shù)據(jù)信息。 11 圖 開機界面 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 存儲模塊 由于主機采用 寸 TFT 觸摸屏作為界面顯示,像素點為 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)采用了外擴存儲器的方法存儲圖片數(shù)據(jù)。 滿足訪問外部設(shè)備的時序要求 所有的外部存儲器共享控制器輸出的地址、數(shù)據(jù)和控制信號,每個外部設(shè)備可以通過一個唯一的片選信號加以區(qū)分。 兩個圖層都具備 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。 9 PE21PE32PE43PE54PE65VBAT6PC13TAMPERRTC7PC14OSC32_IN8PC15OSC_OUT9VSS_510VDD_511OSC_IN
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