一、設(shè)計(jì)概要
現(xiàn)場(chǎng)總線是一種用于底層工業(yè)控制和測(cè)量?jī)x表之間的總線，人機(jī)界面設(shè)備就是作為現(xiàn)場(chǎng)總線中，控制器和操作者之間的“通信員”它可以完成現(xiàn)場(chǎng)控制器與操作者之間數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。本設(shè)計(jì)使用Atmel單片機(jī)89C52作為主要控制芯片，用以東芝丁6963C為控制芯片的128＊64液晶比O作為顯示界面，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議MOOBUS作為數(shù)據(jù)信息交互的介質(zhì)，主要功能是完成對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)中現(xiàn)場(chǎng)控制器數(shù)據(jù)的采集顯示，根據(jù)需要設(shè)定數(shù)據(jù)并發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)控制器完成控制任務(wù)，實(shí)現(xiàn)人機(jī)之間控制信息的交互傳送。文章分別介紹了硬件設(shè)計(jì)電路和軟件的設(shè)計(jì)過(guò)程，并介紹了一種好用和簡(jiǎn)單的MOOBUS從設(shè)備調(diào)試工具 ——Modbus slave。
設(shè)計(jì)中使用128＊64LCD實(shí)現(xiàn)顯示界面如圖1所示，其中“實(shí)際值”顯示從現(xiàn)場(chǎng)取要的數(shù)據(jù)，“設(shè)定值”是由操作者設(shè)定并已傳入現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的參數(shù)，“操作值”顯示操作者可以修改但還未發(fā)送到現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的數(shù)值。最后一行用來(lái)指示4個(gè)按鍵。
二、硬件部分設(shè)計(jì)
系統(tǒng)硬件電路框圖如圖2。
電路部分十分簡(jiǎn)單，包括看門狗電路、4個(gè)按鍵的直接連接、程序擴(kuò)展電路、RS232電平轉(zhuǎn)換部分、液晶點(diǎn)陣連接部分。
MAX7OS的功能是：上電復(fù)位程序監(jiān)視。89C52正常工作，執(zhí)行喂狗程序時(shí)，不斷從P17輸出脈沖信號(hào)至MAX705的WDI腳，當(dāng)單片機(jī)程序“跑飛”后，Pl.7不再輸出脈沖信號(hào)MAX705的WDI腳在1.6S內(nèi)收不到脈沖信號(hào)，將在MAX70S的RESTE端產(chǎn)生高電平，產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，將單片機(jī)復(fù)位，迫使程序復(fù)位到入口處。
針對(duì)AT89C52硬件資源比較豐富，考慮采用直接方式設(shè)計(jì)鍵盤電路，而且可以簡(jiǎn)化電路。鍵盤采用4個(gè)開關(guān)直接控制。開關(guān)的一段通過(guò)電阻連接電源和AT89C52的P10～P13管腳，而另一端接地。由于P10～P13是低電平工作，當(dāng)不同的開關(guān)接通時(shí)，根據(jù)采集到不同端口是高還是低電平，來(lái)執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序。
考慮到使用LCD具有較強(qiáng)的表現(xiàn)能力和豐富的表現(xiàn)方式，所以擴(kuò)展了32K的EPROM27256。是為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品升級(jí)，完成豐富菜單，強(qiáng)大功能，表現(xiàn)動(dòng)畫準(zhǔn)備的。
128＊64液晶顯示器LCO采用直接訪問(wèn)方式，直接訪問(wèn)方式是把內(nèi)置T6963C控制器的液晶顯示模塊作為存儲(chǔ)器或I/O設(shè)備直接掛在單片機(jī)的總線上。模塊的數(shù)據(jù)線接單片機(jī)的數(shù)據(jù)總線上，片選及寄存器選擇信號(hào)線由單片機(jī)的地址總線提供，讀和寫操作由單片機(jī)的讀寫操作信號(hào)控制。按口電路如圖2所示，在圖中使用了地址線AS作為模塊的寄存器選擇線C/D，使用地址線A15作為模塊操作的片選線；模塊的VO端所接的電位器是作為液晶驅(qū)動(dòng)電源的調(diào)節(jié)器，調(diào)節(jié)顯示的對(duì)比度。使用該種連接方式，不用考慮T6963C的時(shí)序圖，不用對(duì)LCD的管腳進(jìn)行單獨(dú)的操作來(lái)滿足時(shí)序，就像讀寫外部RAM一樣，筆者認(rèn)為比采用要在程序中實(shí)現(xiàn)時(shí)序的間接訪問(wèn)連接方式方便。
考慮到在常溫下，LCD的額定電流為0。4ma所需的功率很小，再加上RS232串口集成電路MAX232有兩路發(fā)送器、兩路轉(zhuǎn)換器，使用其中一套完成電平轉(zhuǎn)換用來(lái)通信，另一套正好用來(lái)產(chǎn)生-10V，該電壓由MAX232的14端供LCD顯示畫面使用。
三、軟件設(shè)計(jì)部分
下面介紹軟件部分，主要完成一下功能按鍵的查詢和響應(yīng)、畫面的顯示和刷新通過(guò)MOOBUS協(xié)議完成數(shù)據(jù)的接收和傳輸通信。
軟件結(jié)構(gòu)清晰，按模塊分為三大塊主程序部分、T0定時(shí)中斷、串口中斷部分。
（1）主程序部分
主程序流程圖如圖3所示，主要完成一些初始參數(shù)的設(shè)定，其中LCD的初始化包括：液晶屏的尺寸光標(biāo)的位置和形狀等這部分程序在購(gòu)買LCD時(shí)廠家會(huì)附帶的，根據(jù)需要修改一下即可滿足要求；還有就是將需要顯示的漢字進(jìn)行編碼。定時(shí)器使用的是T0選擇方式1，采用50ms中斷查詢按鍵，考慮到還有串口中斷，使用了默認(rèn)的中斷優(yōu)先級(jí)，即T0中斷高于串口中斷。這種安排已通過(guò)試驗(yàn)調(diào)試。在等待中斷部分安排了循環(huán)執(zhí)行喂狗程序目的是在程序正常執(zhí)行時(shí)起到“看門狗”的作用，在等待中斷過(guò)程中系統(tǒng)又不認(rèn)為是“死機(jī)”。
main:
Icall clearmemory;清內(nèi)存
Icall initlcd;初始化Icd
mov sp,#stackpointer;堆棧為65h
mov tmod.#21h:t0方式1，t1方式2
mov radixcursor.#10h
mov currentpagenumber,#01h;指定初始
頁(yè)號(hào)為1
mov page number,currehtpagenumber
setb es
setb ea
mov th1,#Ofdh;設(shè)定波特率9600bps
mov tl1.#Ofdh
setb tr1;啟動(dòng)定時(shí)器t1
mov scoh.#Od0h
mov 2ch,用來(lái)輔助發(fā)送
mov 2bh.#10h
Icall setuptimer0;初始化定時(shí)器t0,并啟動(dòng)t0
setb ren
Icall chaxuhsj;發(fā)送查詢命令
Icall showpage;顯示頁(yè)面
dieloop:
nop
Icall feeddog;執(zhí)行喂狗程序
jmp dieloop;循環(huán)等待中斷
（2）T0定時(shí)中斷部分
流程圖如圖4所示，這部分主要功能是完成按鍵的查詢，并轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的子程序本系統(tǒng)中一共有四個(gè)編程鍵，依次可實(shí)現(xiàn)修改數(shù)據(jù)、增加值、減少值和翻頁(yè)功能。當(dāng)我們按下修改鍵后（即光標(biāo)被激活）修改鍵可以用來(lái)移動(dòng)光標(biāo)位置此時(shí)按增加鍵和減少鍵可以分別增加和減少數(shù)值。其中翻頁(yè)鍵是一個(gè)復(fù)用鍵如果直接按翻頁(yè)鍵（不激活光標(biāo)），那么它的功能就是在不同的頁(yè)面之間切換，并從現(xiàn)場(chǎng)收集各頁(yè)數(shù)據(jù)并顯示到LCD上：而當(dāng)光標(biāo)處在被激活狀態(tài)下時(shí)，按下翻頁(yè)鍵就可以向現(xiàn)場(chǎng)控制器（如DSP）發(fā)送數(shù)據(jù)達(dá)到控制目的這種“一鍵復(fù)用”的設(shè)計(jì)，在電子商品中特別常見通過(guò)軟件的設(shè)計(jì)減少了按鍵的數(shù)量，是一個(gè)比較有實(shí)際價(jià)值的設(shè)計(jì)已被廣泛使用。鍵盤采用50ms定時(shí)中斷設(shè)計(jì)，一般人手按鍵的起落時(shí)差遠(yuǎn)大于50ms所以可以滿足設(shè)計(jì)要求而且在后面軟件部分進(jìn)行了去抖動(dòng)，等待按鍵抬起功能的設(shè)計(jì)。timer0int:
pushdph
pushdpl
pushacc
pushpsw
movthi0。#4bh
movtl0。#Dfdh
clrtr0;關(guān)定時(shí)器
movp1,＃Offh;置p1口為輸入狀態(tài)
mova,p1;讀按鍵
epla
anda,#00001111b;屏蔽高4位
jzgoret00;無(wú)鍵按下
movpgbkey,a
Icalldelay;有鍵按下delay10ms去抖動(dòng)
Icallwait;等待按鍵抬起
Icallseankey;轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的按鍵子程序
goret00:
setbtr0;開定時(shí)器
poppsw
popacc
popdpl
popdph
ren
（3）串口中斷部分
這部分的主要功能是通過(guò)MODBUS協(xié)議完成數(shù)據(jù)的查詢和發(fā)送。先對(duì)MODBUS做個(gè)簡(jiǎn)單的介紹該協(xié)議通信使用主從技術(shù)，即僅主設(shè)備能初始化傳輸（查詢）其它設(shè)備（從設(shè)備），根據(jù)主設(shè)備查詢提供的數(shù)據(jù)作出相應(yīng)反應(yīng)。按傳輸模式分為ASCII和RTU方式。本設(shè)計(jì)采用RTU方式。這種方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：在同樣的波特率下，可比ASCII方式傳送更多的數(shù)據(jù)。每個(gè)消息必須以連續(xù)流的方式傳輸。
MODBUS協(xié)議建立了主設(shè)備查詢的格式設(shè)備地址、功能代碼、所有要發(fā)送的數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤檢測(cè)域從設(shè)備回應(yīng)消息也由MODBUS協(xié)議構(gòu)成，包括確認(rèn)要行動(dòng)的域、任何要返回的數(shù)據(jù)和錯(cuò)誤檢測(cè)域。如果在消息接收過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤或從設(shè)備不能執(zhí)行其命令，從設(shè)備將建立錯(cuò)誤消息并把它作為回應(yīng)發(fā)送出去。
查詢查詢消息中的功能代碼告之被選中的從設(shè)備要執(zhí)行何種功能數(shù)據(jù)段包含了從設(shè)備要執(zhí)行功能的任何附加信息例如功能代碼03是要求從設(shè)備讀保持寄存器并返回它們的內(nèi)容。數(shù)據(jù)段必須包含要告之從設(shè)備的信息：從何寄存器開始讀及要讀的寄存器數(shù)量錯(cuò)誤檢測(cè)域?yàn)閺脑O(shè)備提供了一種驗(yàn)證消息內(nèi)容是否正確的方法。
回應(yīng)：如果從設(shè)備產(chǎn)生正常的回應(yīng)，在回應(yīng)消息中的功能代碼是在查詢消息中的功能代碼的回應(yīng)數(shù)據(jù)段包括了從設(shè)備收集的數(shù)據(jù)：像寄存器值或狀態(tài)。如果有錯(cuò)誤發(fā)生功能代碼將被修改以用于指出回應(yīng)消息是錯(cuò)誤的，同時(shí)數(shù)據(jù)段包含了描述此錯(cuò)誤信息的代碼。
舉一個(gè)關(guān)于功能碼03H的例子。
主站詢問(wèn)報(bào)文格式：
從站應(yīng)答格式：
serialportint:
push dph
push dpl
push acc
push psw
jbc ri, receive
Icall chaxunsj;發(fā)送查詢命令
sjmp return
receive:
mov r0 ,2bh;指定用來(lái)存接收數(shù)據(jù)的地址指針
mov a,sbufall
clr riall
mov @r0 ,a
inc 2bh
mov a,2bh
Icall crc;進(jìn)行crc校驗(yàn)
Icall showpage
return:
pop psw
pop acc
pop dpl
pop dph
reti
筆者使用了Modbusslave軟件仿真下位機(jī)，模擬MOD-BUS的從設(shè)備。通過(guò)該軟件，用所設(shè)計(jì)人機(jī)界面可以讀取具體設(shè)備的具體各類寄存器的數(shù)據(jù)，同樣可以寫數(shù)據(jù)到指定設(shè)備中指定的各類寄存器中，這樣就完成了數(shù)據(jù)的接收和傳送。