【正文】 2nTRST3GND4TDI5GND6TMS7GND8TCK9GND10TDO11GND12TDO13GND14nSRST15GND16DBGRQ17GND18DBGACK19GND20J1JTAG10KR1110KR710KR810KR910KR100RR130RR12RESETVCC3V3GNDJNTRSTJTDIJTMSJTCKJTDOJTAG 圖 JTAG 電路圖 串口通訊模塊 串口通訊模塊為整個設計的最重要的部分，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)將變得毫無意義。串口 2 接口與 DB9 接口相 連，可以與電腦 RS232 通訊，便于調(diào)試。下面簡單介紹 MAX3232 芯片。 MAX3232 確保在120kbps 數(shù)據(jù)速率，同時保持 RS232 輸出電平 。關斷模式下，接收器保持有效狀態(tài)，對 外部設備 進行監(jiān)測，僅消耗 1uA 電源電流， MAX3232 的 引腳 、封裝和功能分別與工業(yè)標準 MAX242 和 MAX232 兼容。 只要輸入 電壓 在 至 范圍以內(nèi)，即可提供 +（倍壓電 源 ）和 —（反相電 壓 ）輸出電壓，電 壓 工作在非連續(xù)模式，一旦輸出電壓低于 ，將開啟電 壓 ；輸出電壓超過 ，即可關閉電荷泵，每個電 壓 需要一個 電 容器和一個儲能電容，產(chǎn)生 14 V+和 V的電壓。通常情況下，能夠工作于 235kbps 數(shù)據(jù)速率。 STC12C5A60S2 單片機性能特點： 工作頻率 0~40M 相當于普通 8051 的 0~80M。 內(nèi)部集成 EEPROM 2K－ 16K 及 看門狗 和專用復位電路。 24 路 PWM， 810 位高速 A/D 轉(zhuǎn)換。 15 470nFC910KR2VCCGNDNRST123RST/45678910111213XTAL214XTAL115GND1617181920212223242526ALE/2728EX_LVD/293031323334353637VCC38394041424344U1STC125A60S212Y110pFC1810pFC19GND GNDXTAL1 XTAL2NRSTXTAL1XTAL2 GNDVCCRXDTXDTXD1 RXD1LED1 LED2 LED3 LED4 LED5 LED6LED7 LED8C1C2C3C4KEY1KEY2KEY3KEY4KEY5TEMPLAN_RIGHTLAN_LEFTabc defgh 圖 從機主控模塊最小系統(tǒng) LED 燈顯示模塊 LED 燈模塊采用 8 個 0805 封裝的 LED 顯示， LED 模塊電路圖如圖 所示。 470R3470R4470R5470R6470R7470R8470R9470R10D1D2 D3 D4D5 D6D7D8VCCLED1LED2LED3LED4 LED5 LED6LED7LED8 圖 LED 燈顯示模塊 溫度檢測模塊 溫度的測量使用了 DS18B20 溫度傳感器。 溫度傳感器的種類眾多，在應用與高精度、高可靠性的場合時 DALLAS（達拉斯）公司生產(chǎn)的 DS18B20 溫度傳感器當仁不讓。 16 DS18B20 的主要特征： 全數(shù)字溫度轉(zhuǎn)換及輸出。 最高 12 位分辨率，精度可達土 攝氏度。 可選擇寄生工作方式。C ~+125176。F ~+257176。 位光刻 ROM，內(nèi)置產(chǎn)品序列號，方便多機掛接。 只需要一條口線通信 多點能力，簡化了分布式溫度傳感應用 無需外部元件 可用數(shù)據(jù)總線供電，電壓范圍為 V 至 V， 無需備用電源 ， 測量溫度范圍為 55 176。華氏相當于是 67 176。 C 至 +85 176。 176。 CPU 與 DS18B20 只有一 跟數(shù)據(jù) 線連接。 因為每一個 DS18B20 的包含一個獨特的序號，多個 DS18B20可以同時存在于一條總線。它的用途很多，包括空調(diào)環(huán)境控制，感測建筑物內(nèi)溫設備或機器，并進行過程監(jiān)測和控制。 在本系統(tǒng)中使用的是一個主機三個從機， 一片 MAX3232 做主機通訊接口，另外三個作為從機通訊接口， RS232 總線直接使用 RS232 電平通訊。在串行通信過程中必然涉及寄存器以及定時器的配置。 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）。一般而言，中斷函數(shù)應該盡可能的簡 單。 數(shù)據(jù)幀處理模塊 數(shù)據(jù)幀處理是整個系統(tǒng)的核心部分， 在現(xiàn)場總線技術中有著至關重要的作用。 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，主機呼叫從機地址，從機應答方式通訊。 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。幀處理的前提除了 CRC校驗正確，還需要確保地址位正確。根據(jù)功能位確保要執(zhí)行的功能。在具體功能中提取實現(xiàn)功能所需的數(shù)據(jù)位。 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，下次開機的時候能讀出來。我們可以設置報警的上下限，測量的上下限。 EEPROM 可以用于保存一些在應用過程中修改并掉電不丟失的參數(shù)數(shù)據(jù) 。 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 通 過M O D B U S查 詢 從 機 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 命令寄存器 ISP_CMD：用于選擇 EEPROM 的模式。在 ISPEN 20 （ ） =1 時，對 ISP_TRIG 先寫入 5Ah 好，在寫入 A5h， ISP/IAP 命令才會生效。 STC內(nèi)部 EEPROM地址如圖 。 這里 液晶采用 寸 TFT觸摸屏 。本系統(tǒng)主要用液晶實時顯示線 圈狀態(tài)和寄存器的值。 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)動模塊內(nèi)部有控制寄存器，用戶在使用 TFT 驅(qū)動模塊之前以及對其進行操作過程當中，需 要對一些寄存器進行寫操作以完成對 LCD 的初始化，或者是完成某些 22 功能的設置（如當前顯存操作地址設置等）。 操作的步驟如下： 在 A0 為低電平的狀態(tài)下，寫入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，該字節(jié)為寄存器地址。 TFT 驅(qū)動模塊的控制寄存器當中，最常被調(diào)用的是寄存器除了對顯存操作的 0x02寄存器外，還有當前顯存地址的寄存器 display RAM bus address counter (AC)，一共由兩個的寄存器組成，分別存放有 Y Address 和 X Adderss，表示當前對顯存數(shù)據(jù)的讀寫操作是針對于該地址所指向的顯存單元；而每一個顯存單元在前面已經(jīng)用圖示意過，每個單元有 16 位，最高的 5 位為 R（紅）的分量，最低的 5 位為 B（藍）的分量，中間 6 位為 G（綠）分量。 圖 23 第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試 硬件調(diào)試 主 機 電路板調(diào)試 根據(jù)主機電路原理圖焊 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，正確接法應接到 PA15 端口上，此錯誤導致編譯器不能連接 CPU 下載程序調(diào)試，更正此錯誤后芯片連接正常， JTAG 更正處如圖 所示。 圖 取消 lm7805 后電源模塊電路 24 從機電路板調(diào)試 根據(jù)從機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。更改后的 DS18B20 實物圖如圖 所示。本系統(tǒng)采用 Keil4 軟件編寫程序，調(diào)試，如圖 。在程序編譯 中會遇到不少關于這個的問題，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，一個一個解決了這個問題。觸屏值不準將直接導致 MODBUS指令錯誤，經(jīng)過大量實驗測試，本系統(tǒng)使用的觸屏校準值是一個負值，由于數(shù)據(jù)存儲 不能直接存負值， 需要將校準值轉(zhuǎn)換成正數(shù) 再存入存儲器 ， 讀取時再轉(zhuǎn)換成負數(shù)，完成觸屏校 準。經(jīng)過仔細分析 MAX3232芯片，在三個從機 TXD端接入一個二極管，同一時刻只允許一個從機的 TXD數(shù)據(jù)端有效，問題得到解決。 圖 RS232通訊總線接口圖 CRC校驗出了問題： 本系統(tǒng) 采用 MODBUSRTU通訊協(xié)議，使用 CRC校驗，調(diào)試時一 26 直不能正常通訊，經(jīng)過仔細分析發(fā)現(xiàn)是 CRC校驗出現(xiàn)問題，由于 CRC高低字節(jié)顛倒，導致不能正常通訊，更正后通訊正常。 調(diào)試中的協(xié)議問題： 主機發(fā)送 MODBUS命令數(shù)據(jù)幀，從機接收到錯誤數(shù)據(jù)幀，不能正常讀取 MODBUS命令，仔細分析 MODBUS協(xié)議，發(fā)現(xiàn)是從機定時器接收數(shù)據(jù)幀的時間設置不對，更正后通訊正常。 可以實現(xiàn)讀寫 寄存器的功能，參數(shù)的儲存達到要求， 實時 顯示 寄存器的值 ，實時顯示從機采集到的溫度值 。 圖 開機畫面 27 圖 系統(tǒng)運行 實物圖 主機系統(tǒng)運行時 TFT液晶屏 分別顯示三個從機的通信狀態(tài)、實時溫度、內(nèi)部寄存器的 值 ，可通過參數(shù)設置按鈕進入?yún)?shù)設置界面，下置數(shù)據(jù)到從機。 圖 從機控制板運行實物圖 28 參考文獻 [1] 張友德，趙志英，涂時亮 . 單片微型機原理、應用與實驗（第五版） [M]. 復旦大學出版社， 2021. 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