一種工業(yè)顯示屏的設(shè)計(jì)

在煉焦生產(chǎn)過程中，多臺作業(yè)機(jī)車按照給定的生產(chǎn)計(jì)劃，相互配合進(jìn)行工作，筆者設(shè)計(jì)了煉焦生產(chǎn)作業(yè)機(jī)車自動化控制系統(tǒng)。
    為了幫助車上操作人員正確、準(zhǔn)時(shí)進(jìn)行操作，防止誤操作或各機(jī)車相互配合不當(dāng)造成事故，煉焦控制系統(tǒng)中設(shè)計(jì)了一種工業(yè)顯示屏。顯示屏用數(shù)碼管和指示燈顯示：當(dāng)前本車的生產(chǎn)任務(wù)，執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間以及實(shí)際時(shí)間，當(dāng)前其它相關(guān)作業(yè)機(jī)車的位置、工作狀態(tài)以及允許工作條件；顯示屏用語音進(jìn)行作業(yè)提示、工作狀態(tài)通報(bào)、報(bào)警。圖1為工作中的顯示屏，數(shù)碼管用L表示，指示燈用D表示。

1 總體電路結(jié)構(gòu)
    顯示屏總體電路框圖如圖2。單片機(jī)AT89C51作為電路核心，AT89C51串行口接收中央控制室主控計(jì)算機(jī)發(fā)來串行數(shù)據(jù)，由此控制顯示的內(nèi)容和發(fā)出相應(yīng)的語音。AT89C51內(nèi)部定時(shí)器Tl作為波特率發(fā)生器，TO用作定時(shí)。為了和車上PLC通信接口一致，顯示屏采用RS一485串行通信標(biāo)準(zhǔn)，用MAX485作為通信接口。

為了防止系統(tǒng)出現(xiàn)死機(jī)現(xiàn)象，采用MAX813芯片實(shí)現(xiàn)“看門狗”功能。MAX813第6腳WDI接至AT89C51的P2．4，程序中每隔一定的時(shí)間執(zhí)行一條CPL，P2．4指令，即不斷地向MAX8l3的WDI腳發(fā)出脈沖信號進(jìn)行“喂食”，一旦AT89C51出現(xiàn)“死鎖”時(shí)，不可能再執(zhí)行CPL P2．4，MAX813的計(jì)數(shù)器溢出，控制RESET引腳向AT89C51輸出一個(gè)復(fù)位信號，使AT89C51復(fù)位。

2 顯示電路設(shè)計(jì)
    顯示電路設(shè)計(jì)采用SPI接口的顯示驅(qū)動電路芯片MCl4489。SPI總線是一個(gè)同步串行外設(shè)接口，只需3～4根數(shù)據(jù)線和控制線即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的I／O器件進(jìn)行接口，因此，可以簡化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省器件。
2．1 MCl4489介紹
    MCl4489是Motorola公司生產(chǎn)的一種高集成度的顯示驅(qū)動器，集鎖存、譯碼、驅(qū)動、掃描、時(shí)鐘于一體，采用動態(tài)掃描方式驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管或獨(dú)立的LED指示燈，且亮度可程控為全亮或半亮。一片MCl4489可直接驅(qū)動5個(gè)顯示單元，1個(gè)顯示單元可以是1個(gè)數(shù)碼管或4個(gè)獨(dú)立的LED指示燈。
    (1)MCl4489引腳功能
    MCl4489其引腳排列如圖3，引腳功能如下。
    Bl～B5(BANKl～5)：顯示位驅(qū)動端，低電平有效。MCl4489采用B1～B5依次有效的動態(tài)掃描方式驅(qū)動5個(gè)顯示單元，B5為最高位驅(qū)動端。
    a～h：數(shù)碼管顯示段驅(qū)動端。驅(qū)動數(shù)碼管時(shí)，a～g分別驅(qū)動數(shù)碼管的a～g字段，h驅(qū)動小數(shù)點(diǎn)。驅(qū)動指示燈時(shí)，a、b、c、d直接控制4個(gè)指示燈，e、f、g處于低電平。一片MCl4489最多可控制5個(gè)數(shù)碼管或20個(gè)獨(dú)立的指示燈。
    EN：串行輸入使能端，為低電平有效。
    DI(DATA IN)：串行數(shù)據(jù)輸入端。EN有效期間，串行數(shù)據(jù)在CLOCX上升沿由DI端移入內(nèi)部移位寄存器，高位在前。
    D0(DATA OUT)：串行數(shù)據(jù)輸出端。在時(shí)鐘脈沖CLOCK下降沿移出數(shù)據(jù)，可用于芯片間級聯(lián)，前級D0接后級DI。
    CLOCK：串行數(shù)據(jù)時(shí)鐘輸入端。
    Rx：外部電流設(shè)置電阻，要求Rx≥700Ω，其值決定驅(qū)動電流大小，選擇Rx阻值調(diào)節(jié)顯示亮度。
    VDD、VSS：電源端、地線。
    (2)MCl4489顯示控制[!--empirenews.page--]

 ①顯示譯碼方式
    MCl4489有3種顯示譯碼方式，如表1。

②“配置字”和“顯示字”
    輸入到MCl4489的數(shù)據(jù)分為兩類：“配置字”和“顯示字”，一片MCl4489需要1字節(jié)的“配置字”，3字節(jié)的“顯示字”。MCl4489的“配置字”、“顯示字”分別在不同的有效期間輸入。
    “配置字”確定顯示代碼的譯碼方式，見表2。

“顯示字”是各顯示單元的顯示代碼，并控制小數(shù)點(diǎn)位置和顯示亮度。3字節(jié)共有24位D23～DO。D23～D20是控制用高半字節(jié)，D23是控制顯示亮度，D23=0，控制顯示為半亮狀態(tài)，D23=1，控制顯示為全亮狀態(tài)；D22～D20是控制小數(shù)點(diǎn)的位置，見表3。D19～D16、D15～D12、D11～D8、D7～D4、D3～DO分別是B5、B4、B3、B2、B1的顯示代碼。

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   圖l下面的數(shù)碼管、指示燈L13～L24、D11～D35顯示由4片MCl4489驅(qū)動，級聯(lián)構(gòu)成第二串顯示電路。第二串顯示電路每一片MCl4489的B1～B3驅(qū)動3個(gè)數(shù)碼管，B4驅(qū)動驅(qū)動4個(gè)LED指示燈，B5驅(qū)動2個(gè)LED指示燈。4片MCl4489的配置字都是00110001B，即Bl～B3采取16進(jìn)制譯碼，B4、B5不譯碼。根據(jù)MCl4489輸入規(guī)定，4片級聯(lián)需要輸入12字節(jié)的配置字，輸入14字節(jié)的顯示字，輸入格式見表4。

AT89C5l采用軟件模擬MCl4489串行接口時(shí)序進(jìn)行接口，P2．0、P2．1、P2．2作為第一串顯示電路的EN、CLOCK、DI，P2．5、P2．6、P2．7作為第二串顯示電路的麗、CLOCK、DI。
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第一串顯示電路輸入程序如下。

3 語音電路設(shè)計(jì)
    顯示屏中需要講的話在VP880系統(tǒng)下進(jìn)行錄音、并分割成語音段存放在存儲器中。語音的采樣頻率較高能產(chǎn)生更好的音質(zhì)，但造成容量增大，一般采樣頻率取32kps速率。顯示屏應(yīng)用VPl606語音處理芯片設(shè)計(jì)語音電路。
3．1 語音處理芯片V1606
    VPl606是可用于多段語音再生的語音處理芯片。當(dāng)與外圍語音存儲器相連后，可根據(jù)相應(yīng)的控制信號再生多達(dá)64段的語音信息。64段語音數(shù)字信號分別存儲在存儲器中4個(gè)堆，在每個(gè)堆能存放16段語音。在外部控制信號作用下，VPl606從存儲器中取出相應(yīng)的語音信號，經(jīng)解調(diào)譯碼后，輸出模擬語音信號。
    VPl606為48腳DIP封裝，其各引腳的有關(guān)功能及說明如下。
    AO～A19：地址總線，輸出。
    DO～D7：數(shù)據(jù)總線，輸入。
    ANG、ANG：模擬語音信號差分輸出端，與放大器連接。
    ANGD：模擬語音信號反饋輸入端。
    EVN：包絡(luò)信號輸入端。此引腳連接一個(gè)反饋電阻到INT引腳。
    INT：綜合輸出端，連接一個(gè)外部RC電路。
    INA～I(xiàn)ND：二進(jìn)制段代碼輸入端，INA為低位。
    INE、INF：二進(jìn)制堆代碼輸入端，INE為低位。
    SE、SF：二進(jìn)制堆代碼輸出端，與EPROMi奎接，將
    INE、INF輸入的堆代碼輸出到存儲器，選擇相應(yīng)的堆。
    I／O：控制輸入／忙輸出端，低電平有效，作為輸入是控制信號，當(dāng)段代碼、堆代碼輸入到INA～I(xiàn)NF后，在此引腳輸入一個(gè)低電平脈沖才能觸發(fā)相應(yīng)語音段；作為輸出是“忙”信號，在語音播放時(shí)，此引腳變?yōu)榈碗娖捷敵?，表示正在播放?br />    OSC1、OSC2：內(nèi)部振蕩器連接外部RC元件引腳，如果采用外部時(shí)鐘脈沖，則外部時(shí)鐘脈沖從OSC2引腳輸入。
    RESET：復(fù)位輸入端，低電平有效。
    VDD、VDS、VAS：電源端、數(shù)字地、模擬地。
3．2 語音電路及工作原理
    設(shè)計(jì)的語音電路如圖6所示。電路中，R1、R2、R3分別為3KΩ、630KΩ、240Ω；VRl為200KΩ；Cl、C2均為1uF。VPl606的A18～A19懸空未用。從LM324輸出的模擬語音信號，還要經(jīng)過低通濾波電路進(jìn)行濾波，再經(jīng)功率放大電路后送揚(yáng)聲器輸出。調(diào)節(jié)VRl，可以調(diào)節(jié)語速。
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電路中采用14Mbit E2PROM一29C040作為存儲器件。需要講的24句話分割成24個(gè)語音段，按2個(gè)堆存放在29C020中。AT89C5l的P1用于控制語音，當(dāng)需要控制講話時(shí)，先從P1．7偵測是否有“忙”信號，正在播放時(shí)，試圖控制發(fā)出另一段語音是徒勞的；當(dāng)無“忙”信號時(shí)，P1．0～P1．3輸出段代碼，P1．4輸出堆代碼，P1．6輸出低電平脈沖控制講話開始。如果存儲器件改為8Mbit的29F080，則VP606的SF連接29F080的A19，可控制4個(gè)堆64段語音。

4 顯示屏相關(guān)軟件設(shè)計(jì)思想
4．1 自檢程序
    為了檢查顯示屏硬件電路是否正常，設(shè)計(jì)了自檢程序。每次上電復(fù)位后先運(yùn)行自檢程序，各位數(shù)碼管按順序顯示全O、全1、……全9各1秒鐘；各指示燈在數(shù)碼管顯示奇數(shù)時(shí)滅，顯示偶數(shù)時(shí)亮。并按語音編號順序發(fā)出所有的語音。
4．2 顯示、語音處理
    顯示屏是根據(jù)接收的串行數(shù)據(jù)，控制顯示的內(nèi)容和發(fā)出相應(yīng)的語音。中央控制室主控計(jì)算機(jī)在通信報(bào)文中給出了：①數(shù)碼管顯示的二進(jìn)制數(shù)據(jù)；②28位“l(fā)”／“0”表示28個(gè)LED指示燈亮滅，D5～D10的亮滅不由通信報(bào)文給出；③語音編號。
    顯示屏接收到正確報(bào)文后，根據(jù)接收報(bào)文更新顯示數(shù)據(jù)區(qū)，并設(shè)置某段語音標(biāo)志。軟件中每一次循環(huán)顯示，將顯示數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)碼管顯示數(shù)據(jù)化為BCD碼，連同指示燈數(shù)據(jù)，按MCl4489顯示字格式更新第一串、第二串顯示緩沖區(qū)。
    作業(yè)機(jī)車在檢修期間常開出工作區(qū)域，顯示屏與主控計(jì)算機(jī)通信中斷。利用AT89C51內(nèi)部定時(shí)器，可以解決實(shí)際時(shí)間保持不變的問題。在顯示數(shù)據(jù)區(qū)的實(shí)際時(shí)間的時(shí)字節(jié)、分字節(jié)基礎(chǔ)上，增設(shè)秒字節(jié)、0．1秒字節(jié)，AT89C51內(nèi)部定時(shí)器T0每隔100mS中斷一次，在中斷程序中，0．1秒字節(jié)數(shù)據(jù)+1，根據(jù)0．1秒字節(jié)數(shù)據(jù)更新秒字節(jié)數(shù)據(jù)，并依次更新分字節(jié)數(shù)據(jù)、時(shí)字節(jié)數(shù)據(jù)，保證通信中斷時(shí)仍顯示正確的實(shí)際時(shí)間。正常通信時(shí)，每正確接收一次通信報(bào)文，改寫時(shí)字節(jié)、分字節(jié)數(shù)據(jù)的同時(shí)，對秒字節(jié)清0。根據(jù)0．1秒字節(jié)數(shù)據(jù)，AT89C51控制D5～D10每隔一秒鐘閃爍一次。
    約定語音編號為0表示不講話，若接收通信報(bào)文中語音編號發(fā)生了變化，且不為0，則設(shè)置該編號語音標(biāo)志，顯然，重復(fù)相同的語音，必須中間插入0編號。軟件中，按照優(yōu)先級別查詢語音標(biāo)志，在出現(xiàn)多個(gè)語音標(biāo)志時(shí)，優(yōu)先發(fā)出重要的語音。
     包括工業(yè)顯示屏的煉焦生產(chǎn)機(jī)車自動化控制系統(tǒng)已經(jīng)多個(gè)工業(yè)現(xiàn)場使用，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)對煉焦生產(chǎn)過程作業(yè)機(jī)車集中管理控制，達(dá)到了作業(yè)機(jī)車全程自動定位。