基于觸摸屏和DSP的串行通信系統(tǒng)設計

　　在現(xiàn)代工業(yè)控制中，最常用的人機接口界面依然采用的是鍵盤和液晶相結合的方式，要讓觸摸屏取代以前的人機接口界面，還存在一定的問題。在實際應用中，觸摸屏一般是針對可編程控制器PLC 設計的，所以DSP 與觸摸屏不能直接通信，必須根據(jù)觸摸屏的通信協(xié)議開發(fā)相應的通信程序。本文研究基于MODBUS 協(xié)議的觸摸屏和DSP 的通信方法，其中DSP 使用TI公司的TMS320F2812，觸摸屏使用維控科技的LEVI700L。

　　1 DSP 與觸摸屏的硬件電路連接

　　TI 公司的TMS320F2812 芯片有兩組SCI 模塊，SCIA 和SCIB。根據(jù)不同的需要，可以將這兩個串口分別設計轉(zhuǎn)換成RS232 和RS485。本文采用RS485 實現(xiàn)DSP 和觸摸屏的串行通信，RS485 通訊相對于RS232 通訊來說有抗電氣干擾和傳輸距離遠的優(yōu)點，所以在工業(yè)控制現(xiàn)場，利用RS485 串口和觸摸屏LEVI700L 進行通信。如圖1 所示是將SCIB 口通過MAX3485 芯片設計成半雙工方式的RS485 接口，即數(shù)據(jù)可以在兩個方向傳輸，可是不能同時傳輸。圖中RE、DE 引腳為發(fā)送和接受使能端。DSP 通過將引腳PWM2(A1)口設置成通用數(shù)字I/O 口來控制使能端為1 或0，即接收或發(fā)送。A、B 引腳通過靜電保護芯片PSM712 連接到RS485 的接收端RS485A 和發(fā)送端RS485B。圖中D1 和D3 發(fā)光二極管是為了監(jiān)測DSP 正在接受或者發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　觸摸屏LEVI700L 帶有一個DB9 串口， 支持RS232/RS485/RS422，其中2、3、5 用于RS232 通信，1、6 用于RS485通信。本設計中DSP 和觸摸屏的通信采用RS485，因此，只需將圖1 中的RS485A 和觸摸屏DB9 口的1 引腳連接，RS485B 與6 引腳連接即可。

　　圖1 RS485 串口通信電路設計

　　2 基于MODBUS 協(xié)議的通信程序設計

　　2.1 MODBUS 協(xié)議的主從編程方法

　　觸摸屏和DSP 按照MODBUS 協(xié)議通信，將觸摸屏作為主站，DSP 作為從站，串口連接采用RS485。觸摸屏和DSP 的通信是有觸摸屏發(fā)起的，DSP 采用中斷方式響應觸摸屏發(fā)送來的數(shù)據(jù)，非通信情況下DSP 可以做其它更多的工作。當觸摸屏有數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP 時，觸發(fā)DSP 接收中斷，DSP 進入接收中斷服務子程序，此時，觸摸屏發(fā)送給DSP 的是一個完整的數(shù)據(jù)幀，至少包含8 個字節(jié)的數(shù)據(jù)長度， 在完整讀取這組數(shù)據(jù)后，DSP 對其進行處理。首先進行從設備站號匹配(本文中DSP 站號設為07)，如果匹配不成功則DSP 不響應觸摸屏的查詢，DSP 不回送任何信息;如果匹配成功則進行CRC 校驗，若CRC 校驗出錯，則查詢失敗，不返回數(shù)據(jù)信息;若CRC 校驗正確，則進行下一步的命令解析，并返回給觸摸屏對應的數(shù)據(jù)信息。

　　下面簡要介紹如何從DSP 中讀取幾個模擬量并顯示在觸摸屏上，讀可讀寫模擬量寄存器的功能碼是03。

　　觸摸屏發(fā)送的命令為：[設備地址] [功能碼03] [起始寄存器地址高8 位] [低8 位] [讀取的寄存器數(shù)高8 位] [低8 位][CRC 校驗的低8 位] [CRC 校驗的高8 位] 。

　　例如：07 03 00 03 00 02 34 6D。此命令說明要從DSP的起始地址為00 03 的寄存器中讀取兩個模擬量。

　　此時，若設備地址匹配且CRC 校驗正確，則DSP 會返回數(shù)據(jù)給觸摸屏。

　　DSP 返回的數(shù)據(jù)為：[設備地址] [功能碼03] [返回的字節(jié)個數(shù)][數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]…[數(shù)據(jù)n][CRC 校驗的低8 位] [CRC 校驗的高8 位]。

　　例如響應上面的命令返回的數(shù)據(jù)為：07 03 04 00 10 0020 9C 2E。說明返回的模擬量為16 和32。

　　2.2 觸摸屏介紹及組態(tài)畫面的設計

　　觸摸屏LEVI700L 是維控科技生產(chǎn)的7 英寸真彩TFT，主板規(guī)格：RISC CPU 400MHz，128M Flash，64DDRAM。擁有一個DB9 串口，支持RS232/RS485/RS422 通信，另外包括一個USB Host 和一個USB Slave。

　　觸摸屏LEVI700L 配套的組態(tài)軟件為LEVI Studio，用戶界面友好，易于操作，支持離線和在線模擬。本文以觸摸屏在大功率晶閘管整流控制器中的應用為例，說明觸摸屏的畫面設計。主要有主界面、實時曲線查看整定畫面、參數(shù)調(diào)節(jié)畫面、工作模式查詢畫面，圖2 給出主界面和實時曲線查詢畫面。可通過通訊口配置設置觸摸屏和DSP 以及其他控制器進行連接，同時可選擇相應的通信協(xié)議，本設計中采用Modbus 協(xié)議，串口參數(shù)設置為波特率：38400Kbps，停止位：1 位，數(shù)據(jù)位：8 位，無校驗。另外還需要配置各個部件的地址。如圖2 中反饋電壓和電流的查看是個數(shù)字輸入/顯示部件，根據(jù)MODBUS 協(xié)議要對其讀取地址進行編輯，使用功能碼3 對其讀數(shù)據(jù)。從上節(jié)中觸摸屏發(fā)送數(shù)據(jù)的命令格式可知，需要設置DSP 的站號和寄存器的類型以及起始地址。

　　圖2 觸摸屏畫面設計

　　2.3 從站DSP 程序設計

　　若要觸摸屏和DSP 通信成功，在DSP 的串口初始化時就需要將串口參數(shù)設置的和觸摸屏一致， 即波特率：38400Kbps，停止位：1 位，數(shù)據(jù)位：8位，無校驗。一旦二者通信成功，觸摸屏會根據(jù)部件設置向DSP 發(fā)送相應的數(shù)據(jù)命令， 如上節(jié)圖2中的反饋電壓和電流，觸摸屏上需要顯示從DSP中讀出的數(shù)據(jù)，就會發(fā)送命令：07 03 00 03 0002 34 6D。DSP 接收到命令數(shù)據(jù)后的處理過程如圖3 所示。[!--empirenews.page--]

　　圖3 數(shù)據(jù)通信流程圖

　　從圖3 可以看出，DSP 的程序設計主要包括初始化，接收和發(fā)送中斷子程序，MODBUS 幀解析、處理及回應子程序，CRC 碼驗證子程序。其中接收和發(fā)送中斷子程序的流程圖如圖4 所示。

　　圖4 接收和發(fā)送中斷子程序流程圖

　　3 試驗調(diào)試

　　DSP 和觸摸屏的通信接口調(diào)試分步驟進行，包括：觸摸屏串口測試、通信軟件的調(diào)試以及觸摸屏和DSP 通信的試驗和調(diào)試。

　　1)觸摸屏串口測試：首先在LEVI Studio 組態(tài)軟件中編寫畫面程序并且利用數(shù)據(jù)下載線將其下載到觸摸屏中，然后利用串口調(diào)試線將觸摸屏和PC 機連接起來，通過串口調(diào)試工具可以查看到觸摸屏不斷向串口發(fā)送命令， 同時串口調(diào)試工具也可以編寫正確的返回數(shù)據(jù)給觸摸屏。此時需要注意的是必須將觸摸屏的串口參數(shù)和串口調(diào)試工具的串口參數(shù)設置的一致才能通信成功。

　　2)通信軟件的調(diào)試：利用串口線將DSP 電路板和PC 機連接，在CCS 中編寫好C 語言程序后，利用仿真器和串口調(diào)試工具對主程序，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送中斷子程序，MODBUS 幀解析、處理及回應子程序，CRC 碼驗證子程序進行仿真調(diào)試。

　　3)觸摸屏和DSP 通信試驗和調(diào)試：通過上述兩個部分的調(diào)試后，按照圖1 所示的硬件連接線路將DSP 和觸摸屏連接起來。在此之前，需要將調(diào)試好的組態(tài)畫面程序下載到觸摸屏中，C 語言程序固話到DSP 的Flash 中。最后，若通信成功，可從觸摸屏中看到相關數(shù)據(jù)，如圖5 所示a 為實時曲線圖，b 為PID 參數(shù)調(diào)節(jié)圖，其中給定電壓、電流，PID 參數(shù)可以在線修改，c 為權限設置界面，不同的工作人員權限不一致，在修改某些參數(shù)時需要輸入密碼。

　　圖5 實驗結果圖

　　4 結束語

　　本文設計了基于MODBUS 協(xié)議的觸摸屏和DSP 串行通信的硬件電路和軟件程序，經(jīng)過試驗調(diào)試說明該系統(tǒng)通信穩(wěn)定可靠，速率可達38400Kbps，實時性強。以大功率晶閘管整流控制器的應用為例，得出了相關的實驗數(shù)據(jù)，說明本文設計的系統(tǒng)滿足工業(yè)控制監(jiān)測顯示需要，同時由于觸摸屏在人機界面領域的顯著優(yōu)勢， 本文提出的設計思路也可應用于其他工業(yè)控制器的人機接口通信。