基于觸摸屏和DSP的串行通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

在現(xiàn)代工業(yè)控制中，最常用的人機(jī)接口界面依然采用的是鍵盤和液晶相結(jié)合的方式，要讓觸摸屏取代以前的人機(jī)接口界面，還存在一定的問(wèn)題。在實(shí)際應(yīng)用中，觸摸屏一般是針對(duì)可編程控制器PLC 設(shè)計(jì)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(kāi)發(fā)相應(yīng)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(gè)串口分別設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換成RS232 和RS485。本文采用RS485 實(shí)現(xiàn)DSP 和觸摸屏的串行通信，RS485 通訊相對(duì)于RS232 通訊來(lái)說(shuō)有抗電氣干擾和傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，所以在工業(yè)控制現(xiàn)場(chǎng)，利用RS485 串口和觸摸屏LEVI700L 進(jìn)行通信。如圖1 所示是將SCIB 口通過(guò)MAX3485 芯片設(shè)計(jì)成半雙工方式的RS485 接口，即數(shù)據(jù)可以在兩個(gè)方向傳輸，可是不能同時(shí)傳輸。圖中RE、DE 引腳為發(fā)送和接受使能端。DSP 通過(guò)將引腳PWM2(A1)口設(shè)置成通用數(shù)字I/O 口來(lái)控制使能端為1 或0，即接收或發(fā)送。A、B 引腳通過(guò)靜電保護(hù)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(cè)DSP 正在接受或者發(fā)送數(shù)據(jù)。

觸摸屏LEVI700L 帶有一個(gè)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)

2 基于MODBUS 協(xié)議的通信程序設(shè)計(jì)

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(yīng)觸摸屏發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)，非通信情況下DSP 可以做其它更多的工作。當(dāng)觸摸屏有數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP 時(shí)，觸發(fā)DSP 接收中斷，DSP 進(jìn)入接收中斷服務(wù)子程序，此時(shí)，觸摸屏發(fā)送給DSP 的是一個(gè)完整的數(shù)據(jù)幀，至少包含8 個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度， 在完整讀取這組數(shù)據(jù)后，DSP 對(duì)其進(jìn)行處理。首先進(jìn)行從設(shè)備站號(hào)匹配(本文中DSP 站號(hào)設(shè)為07)，如果匹配不成功則DSP 不響應(yīng)觸摸屏的查詢，DSP 不回送任何信息;如果匹配成功則進(jìn)行CRC 校驗(yàn)，若CRC 校驗(yàn)出錯(cuò)，則查詢失敗，不返回?cái)?shù)據(jù)信息;若CRC 校驗(yàn)正確，則進(jìn)行下一步的命令解析，并返回給觸摸屏對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息。

下面簡(jiǎn)要介紹如何從DSP 中讀取幾個(gè)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(shè)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(yàn)的低8 位] [CRC 校驗(yàn)的高8 位] 。

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

此時(shí)，若設(shè)備地址匹配且CRC 校驗(yàn)正確，則DSP 會(huì)返回?cái)?shù)據(jù)給觸摸屏。

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

例如響應(yīng)上面的命令返回的數(shù)據(jù)為：07 03 04 00 10 0020 9C 2E。說(shuō)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(shè)計(jì)

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(gè)DB9 串口，支持RS232/RS485/RS422 通信，另外包括一個(gè)USB Host 和一個(gè)USB Slave。

觸摸屏LEVI700L 配套的組態(tài)軟件為L(zhǎng)EVI 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(yīng)用為例，說(shuō)明觸摸屏的畫面設(shè)計(jì)。主要有主界面、實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)曲線查詢畫面?？赏ㄟ^(guò)通訊口配置設(shè)置觸摸屏和DSP 以及其他控制器進(jìn)行連接，同時(shí)可選擇相應(yīng)的通信協(xié)議，本設(shè)計(jì)中采用Modbus 協(xié)議，串口參數(shù)設(shè)置為波特率：38400Kbps，停止位：1 位，數(shù)據(jù)位：8 位，無(wú)校驗(yàn)。另外還需要配置各個(gè)部件的地址。如圖2 中反饋電壓和電流的查看是個(gè)數(shù)字輸入/顯示部件，根據(jù)MODBUS 協(xié)議要對(duì)其讀取地址進(jìn)行編輯，使用功能碼3 對(duì)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(shè)置DSP 的站號(hào)和寄存器的類型以及起始地址。

圖2 觸摸屏畫面設(shè)計(jì)

2.3 從站DSP 程序設(shè)計(jì)

若要觸摸屏和DSP 通信成功，在DSP 的串口初始化時(shí)就需要將串口參數(shù)設(shè)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(wú)校驗(yàn)。一旦二者通信成功，觸摸屏?xí)鶕?jù)部件設(shè)置向DSP 發(fā)送相應(yīng)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(huì)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(guò)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(shè)計(jì)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(yīng)子程序，CRC 碼驗(yàn)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(yàn)調(diào)試

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

1)觸摸屏串口測(cè)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(jī)連接起來(lái)，通過(guò)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(shí)串口調(diào)試工具也可以編寫正確的返回?cái)?shù)據(jù)給觸摸屏。此時(shí)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(shè)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(jī)連接，在CCS 中編寫好C 語(yǔ)言程序后，利用仿真器和串口調(diào)試工具對(duì)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(yīng)子程序，CRC 碼驗(yàn)證子程序進(jìn)行仿真調(diào)試。

3)觸摸屏和DSP 通信試驗(yàn)和調(diào)試：通過(guò)上述兩個(gè)部分的調(diào)試后，按照?qǐng)D1 所示的硬件連接線路將DSP 和觸摸屏連接起來(lái)。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(yǔ)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(guān)數(shù)據(jù)，如圖5 所示a 為實(shí)時(shí)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(quán)限設(shè)置界面，不同的工作人員權(quán)限不一致，在修改某些參數(shù)時(shí)需要輸入密碼。

圖5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖

4 結(jié)束語(yǔ)

本文設(shè)計(jì)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(guò)試驗(yàn)調(diào)試說(shuō)明該系統(tǒng)通信穩(wěn)定可靠，速率可達(dá)38400Kbps，實(shí)時(shí)性強(qiáng)。以大功率晶閘管整流控制器的應(yīng)用為例，得出了相關(guān)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，說(shuō)明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)滿足工業(yè)控制監(jiān)測(cè)顯示需要，同時(shí)由于觸摸屏在人機(jī)界面領(lǐng)域的顯著優(yōu)勢(shì)， 本文提出的設(shè)計(jì)思路也可應(yīng)用于其他工業(yè)控制器的人機(jī)接口通信。