（通信与信息系统专业论文）基于s3c44b0 x的plc手持编程器的设计.pdf

华中科技大学硕士学位论文 摘要 可编程控制器是专为工业环境下应用而设计的控制器进行编程调试通常采用手 持式p l c 编程器和上位计算机其中手持式p l c 编程器是通过专用接口直接连接到 p l c ，对p l c 进行编程和调试，是p l c 应用最广泛的编程工具。 嵌入式系统作为自动控制的核心广泛应用于家用电器、计算机设备、机器人、仪 器仪表、汽车制造业甚至航空航天等诸多领域。s 3 c 4 4 b o x 是s a m s u n g 公司推出的一 款基于a r m 7 t d m i p q 核的3 2 位r i s c 处理器，它具有较丰富的片上资源，适合嵌入式 产品的开发，为手持设备和一般类型的应用提供了高性价比和高性能的微控制器解决 方案。 本文论述了基于a r m 芯片s 3 c 4 4 8 0 x 的p l c 手持编程器的设计方法。利用 s 3 0 w b o x 和其他外围芯片所完成的手持编程器具有人机界面构成合理美观，操作简 单，响应速度快，低成本等优点。 本文首先介绍了系统构成模块主控处理器s 3 c 4 4 b o x 、c a n 控制器m c p 2 5 1 0 、 c a n 收发器t j a l 0 5 0 、液晶控制器t 6 9 6 3 c 、键盘控制器z l g 7 2 9 0 的基本结构及工 作原理，设计了利用这些芯片构成手持编程器的具体电路。在对整个系统构成的软件 实现中着重论述了s 3 c 4 4 b o x 处理器的工作模式及存储方式以及其每个多功能复用 f o 口的初始化配置方式和它所具有的s i o 功能。针对c a n 控制器m c p 2 5 1 0 ，说明 了其s p i 接口指令以及时序的控制方法，重点阐述了s 3 c 4 4 4 b o x 控制m c p 2 5 1 0 进 行通信的过程，实现了数据的正确传输。在论述人机界面构成及软件实现时，对l c d 控制器t 6 9 6 3 c 和键盘扩展芯片z l g 7 2 9 0 的指令集进行了说明，设计了软件实现方 法并给出了软件实现流程；其中具体分析了l c d 在控制器控制下的显示模式以及显 示方法。最后介绍了p l c 指令进行c a n 通信的具体编码和存储方式，并给出了整个 系统的软件设计流程图。 关键词：p l c ；a r m ；s 3 c 4 4 b o x ；c a n 总线；人机界面； 华中科技大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ep r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e ri ss p e c i a l l yt h ec o n t r o l l e rw h i c ha p p l i e sf o rt h e i n d u s t r ye n v i r o n m e n tu n d e rd e s i g n s c a r r i e so nt h ep r o g r a m m i n gd e b u g g i n gu s u a l l yt ou s e g r a s p st h et y p ep iep r o g r a m m i n ga n do nt h ep o s i t i o nc o m p u t e r g r a s p st h et y p ep l c p r o g r a m m i n gi s r e c e i v e sp l ct h r o w i g ht h es p e c i a l p u r p o s ec o n n e c t i o nd i r e c tc o m p a n y ， c a r r i e so nt h ep r o g r a m m i n ga n dt h ed e b u g g i n gt op i e ，i sp iea p p l i e st h em o s t w i d e s p r e a dp r o g r a m m i n gt 0 0 1 i n s e r t st h et y p es y s t e mt ot a k et h ea u t o m a t i cc o n t r o lt h ec o r ew i d e l ya p p l i e st ot h e d o m e s t i ce l e c t r i ca p p l i a n c e s ，t h ec o m p u t e re q u i p m e n t ，t h er o b o t , t h ei n s t r u m e n tm e a s u r i n g a p p l i a n c e ，t h ea u t o m o t i v ei n d u s t r ye v e na e r o s p a c ea n d s o o nm a n yd o m a i n s s 3 c 4 4 b o xi s s e c t i o nw h i c hs a m s u n gc o r p o r a t i o np r o m o t e sb a s e do na r m t t d m it h ee s s e n c e3 2r i s c p r o c e s s o r , i th a so nar i c h e rp i e c et h er e s o u r c e s , s u i t a b l l yi n s e r t st h et y p ep r o d u c tt h e d e v e l o p m e n t ，f o rg r a s p e dt h ee q u i p m e n ta n dt h eg e n e r a lt y p ea p p l i c a t i o np r o v i d e sa9 0 0 d n a t u r a lp r i c er a t i ot oc o m p a r ew i t ht h eh i 曲p e r f o r m a n c em i c r oc o n t r o l l e rs o l u t i o n t h i sp a p e re l a b o r a t e dh a sg r a s p e dt h ep r o g r a m m i n gb a s e do na r mc h i ps 3 c 4 4 b o x p l c d e s i g nm e t h o d g r a s p sp r o g r a m st h ea p p l i a n c ec o m p l e t ew h i c hu s i n gs 3 c 4 4 b o xa n d o t h e rp e r i p h e r yc h i p st oh a v et h em a n m a c h i n ec o n t a c ts u r f a c ec o n s t i t u t i o nr e a s o n a b l y a r t i s t i c ，o p e r a t i o ns i m p l e ，t h es p e e do fr e s p o n s ei sq u i c k , m e r i ta n d s oo nl o w c o s t f i r s ti n t r o d u c e di nt h i sp a p e rt h es y s t e mc o n s t i t u t i o nm o d u l eh o s tc o n t r o l sp r o c e s s o r s 3 c 4 4 b o x , c a nc o n t r o l l e rm c p 2 5 1 0 ，c a nt r a n s c e i v e rt j a l 0 5 0 , l i q u i dc r y s t a l c o n t r o l l e rt 6 9 6 3 ct h ek e y b o a r dc o n t r o l l e rz l g 7 2 9 0b a s i cs t r u c t u r ea n dt h ep r i n c i p l eo f w o r k ，d e s i g n e dh a su s e dt h e s ec h i pc o n s t i t u t i o n st og r a s pt h ep r o g r a m m i n gc o n c r e t e e l e c t r i cc i r c u i t i ne m p h a t i c a l l ye l a b o r a t e dt h es 3 c 4 4 b o xp r o c e s s o rw o r k i n gp a t t e r na n d t h em e m o r yw a yt ot h eo v e r a l ls y s t e mc o n s t i t u t i o ns o f t w a r er e a l i z a t i o ni nm u l t i p u r p o s e t u r n sr o u n dt h es i of u n c t i o nb ya n di t se a c hw h i c ha n di th a sw i t ht h ei 0m o u t h i n i t i a l i z a t i o nd i s p o s i t i o nw a y i nv i e wo fc a nc o n t r o l l e rm c p 2 5 1 0 , e x p l a i n e di t ss p i c o n n e c t i o ni n s t r u c t i o na sw e l la st h es u c c e s s i o nc o n t r o lm e t h o d ，e l a b o r a t e dw i t he m p h a s i s s 3 c 4 4 4 b o xc o n t r o l sm c p 2 5 1 0t oc a r r yo nt h ec o r r e s p o n d e n c et h ep r o c e s s ，h a v er e a l i z e d t h ed a t ac o r r e c tt r a n s m i s s i o n w h e ne l a b o r a t i o nm a n m a c h i n ec o n t a c ts u r f a c ec o n s t i t u t i o n l i 华中科技大学硕士学位论文 w h e na n ds o f t w a r er e a l i z e a n dt h ek e y b o a r de x p a n d e dc h i pz l g 7 2 9 0t ol c dc o n t r o l l e r t 6 9 6 3 ct h ei n s t r u c t i o nc o l l e c t i o nt oc a r r yo nt h ee x p l a n a t i o n ，h a sd e s i g n e dt h es o f t w a r e r e a l i z a t i o nm e t h o da n dh a sp r o d u c e dt h es o f t w a r er e a l i z a t i o nf l o w ；h a s s p e c i f i c a l l y a n a l y z e dl c du n d e rt h ec o n t r o l l e r c o n t r o ld e m o n s t r a t i o np a t t e r na sw e l la st h e d e m o n s t r a t i o nm e t h o d f i n a l l yi n t r o d u c e d t h ep l ci n s t r u c t i o nc a r r i e so nt h ec a n c o r r e s p o n d e n c et h es p e c i f i cc o d ea n dt h em e m o r yw a y ，a n dh a sp r o d u c e dt h eo v e r a l l s y s t e ms o f t w a r ed e s i g nf l o wc h a r t k e yw o r d ：p l c ( p r o g r a m m a b l el o g i cc o n t r o l l e r ) ：a r m ：s 3 c 4 4 b o x ；c a nb u s ； m a n m a c h i n ec o n t a c ts u r f a c e 1 1 1 yl o g 2 6 6 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究 工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外， 本论文不包含任何其他人或集体已经发表或撰写的研究成果。对本文 的研究作出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明，本人完 全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：气彳毅峰 日期：2 卯年，月多日 l 学位论文授权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 即：学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论 文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 保密口，可年解密后适用本授权书。 本论文属于 不保密四。 ( 请在上面的方框内打“4 ”) 学位论文作者签名向蔽哞 指导教师签名：穗 日期；2 8 d 乒ff 月多日日期：2 彩年，月日 华中科技大学硕士学位论文 1 1 课题背景 1 绪言 自二十世纪六十年代美国推出可编程逻辑控制器( p r o g r a m m a b l el o g i c c o n t r o l l e r ，p i c ) 取代传统继电器控制装置以来，p l c 得到了快速发展，在世界各 地得到了户泛应用i ”。同时，p l c 的功能也不断完善。随着计算机技术、信号处理技 术、控制技术、网络技术的不断发展和用户需求的不断提高，p l c 在开关量处理的 基础上增加了模拟量处理和运动控制等功能。今天的p l c 不再局限于逻辑控制，在 运动控制、过程控制等领域也发挥着十分重要的作用【2 】。 p l c 编程器是一个编辑p l c 程序的工具，其作用是用来供用户进行程序的输入、 编辑、调试和监视的。编程器一般分为简易型和智能型两类。简易型只能联机编程， 且往往需要将梯形图转化为机器语言助记符后才能送入。而智能型编程器( 又称图 形编程器) ，不但可以连机编程，而且还可以脱机编程。操作方便且功能强大。在国 际上，目 i 主要研究集中在自动化系统集成理论和技术，而中小型p l c 及其编程器， 尤其小型p l c 及其编程器还基于上世纪8 0 年代9 0 年代的产品，在功能上增加控 制网络功斛3 1 ，其硬件和软件基本结构等理论应用方面基本成熟。 随着微处理器制造技术的不断发展，新型的微处理器不断涌现，其趋势是微处理 器的数据处理速度成倍的提高，而且芯片集成的功能器件不断增加。近几年来，嵌入 式微处理器的发展已经步入以嵌入式1 6 3 2 位微处理器为内核，集成更多的功能于一 体，如h y n i xh m 3 0 c 7 2 0 2 ，l h 7 5 4 0 0 ( 4 1 0 、4 1 1 ) 等将l c d 控制器、c a n 总线、 d m a 和其它功能集成在一块芯片d p l 4 1 。5 1 系列单片机也在近几年来不断发展，以5 1 系列单片机为内核的单片机不断涌现，例如最近新出现的8 0 5 1 f 系列，晶振最高频 率为i o o m h z ，指令周期1 1 0 0 心，f l 幅h 1 2 8 k b ，6 4 个i o 口，集成了a d ，d a 等常用器件1 5 1 。基于这些新型器件、智能控制、现场总线、网络技术、实时控制操作 系统、实时数据库、组态软件等，目前从理论研究到应用研究已达到对中小型p l c 从电路结构到软件结构进行改革的基础，既将传统的中小型p l c 创新成为具有传统 的梯形图编程的方式和己具有的基本结构方式，同时又将复杂的控制功能以组态界 面的型式以及将模入，模出集成到系统中，使得p l c 具有工业控制计算机( p c ) 的功 能，组成低成本自动化系统1 6 j o 华中科技大学硕士学位论文 “以高新技术为核心，以信息电子化为手段，提高工业产品附加值”已成为现代工 业企业自动化发展”的重要目标n 国家在“十五”期间，制订了“用信息化带动工业自 动化”的指导方针。在现代工业企业自动化中，计算机控制技术是核心，它是计算机 技术和控制理论有机结合的产物。计算机控制系统的基础是工业控制计算机技术， 其灵魂是智能控制技术。发展与智能控制技术相结合的“高性能的工业控制计算机以 及基于工业控制计算机的开放式控制系统”是未来工业企业自动化重要发展方向。 智能控制系统与智能仪表、现场总线控制系统等是目前自动化领域的热门理论 与应用研究方向，本项目的研发符合国家在“十五”期间，制订的“用信息化带动工业 自动化”的数字化、智能化工业控制指导方针，将先进的高科技技术应用到机电一体 化设备中。目前国内在自动化领域比较著名的研发和系统集成的公司仍以中小规模 为主，研发能力有限，尤其从事自动化系统集成的公司与高校，其主要精力是应用 跨国公司的产品如何构建成一个应用系统，再根据对象研究与设计算法和应用软件。 目前，我国机电设备的主流控制器是p l c 。随着计算机技术的发展，嵌入式控制 器具有的优势：运算处理能力强、与p c 通信方便、成本低( 相对相同性能指标的p l c ) 、 针对应用优化设计、用户使用方便1 8 】。 另外在显示控制方面，目前国内多采用m s c s l 或其它的8 位、1 6 位单片机控制1 9 1 ， 显示的面积比较小，显示效果比较差，而采用a r m 系统可以满足大小不同、双色、 全彩的图像显示。世界上生产a r m 内核的c p u 厂家有1 0 0 多家，而且将有更多的厂家 生产a r m 内核的c p u 。通过使用a r m 内核的控制系统，可以快速地实现系统功能、 运行速度的升级，也可以更换性价比更好的控制器。 嵌入式c p u 与通用型的最大不同就是，嵌入式系统通常是面向特定应用的，通 常都具有低功耗、小体积、高集成度等特点，能够把通用c p u 中许多由板卡完成的 任务集成在芯片内部，从而有利于嵌入式系统设计趋于小型化，因此，器件的移动 能力大大增强，同时与网络的耦合也越来越紧密。 另外，在软件的设计上嵌入式系统也可以做到量体裁衣、去除不需要的冗余， 力争在同样的硅片面积上实现更高的性能【1 ”。因为嵌入式系统和具体应用有机地结 合在一起，它的升级换代也和具体产品同步进行，所以嵌入式系统产品一旦进入市 场，一般都具有较长的生命周期。 在工程实际中c a n 全称为“c o n t r o l l e ra r e an e t w o r k , 即控制器局域网，是国际上 应用最广泛的现场总线之一1 1 ”。随着计算机硬件、软件技术及集成电路技术的发展， 工业控制系统已经成为计算机技术应用领域最具活力的一个分支，并取得巨大进步。 2 华中科技大学硕士学位论文 由于对系统可靠性、灵活性的高要求，工业控制系统的主要发展表现为：控制面向 多元化，系统面向分散化，功能分散、危险分散、地域分散。c a n 总线协议的最大 特点是废除了传统站地址编码，取而带之是对通信数据块进行编码。 根据以上论述，由于a r m 芯片，具有功耗低、性价比高、体积小、成本低、可 靠性高、人机界面友好、功能丰富、实时性强等特点，现在a r m 在工控领域中占的 份额越来越大，所以本设计采用基于a r m 7 的s 3 c 4 4 b o x 作为控制芯片，将其与现代 智能控制理论、c a n 现场总线技术以及液晶显示技术结合起来，组成高性能低成本 p l c 的手持式编程器。 1 2 课题实现的目标及主要内容 1 2 1 课题实现的目标 本设计参照三菱p l c 的编程指令，采用三星s 3 c 4 4 b o x 嵌入式芯片为主控芯片， 利用c a n 现场总线进行数据通信，由点阵式液晶显示屏和专用键盘扩展芯片z l g 7 2 9 0 构成人机界面，来实现操作简单、响应速度快、低成本的，针对自行丌发设计的 p l c 的手持式编程系统。 1 2 2 课题的主要设计内容 1 系统电路设计。 2 软件设计应用c 语言编制程序。使得针对不同的微处理器易于移植系统，目 前拟定针对s 3 c 4 4 8 0 x 嵌入式微处理器进行编程设计。 3 显示系统的设计。 4 p l c 基本逻辑控制与p l c 功能指令系统的设计 5 c a n 总线软件的设计。 3 华中科技大学硕士学位论文 2 系统各模块基本原理 在本设计当中采用s 3 c 4 4 b o x 芯片作为整个手持编程系统的主控芯片，因为其 具有丰富的i o 口和多功能复用口，所以本设计当中不作i o 、a ，d 等接口芯片的扩 展。这样即保证了电路的可靠性，又达到了简化电路的目的。 显示模块采用触摸屏组成显示监控与触摸键盘系统，其显示控制显示采用w i n d 0 u s 窗口或手机菜单的型式，这是目前p l c 控制装置所不具备的功能( 不和工业 控制计算机通讯时) 。 2 1s 3 c 4 4 b o x 结构及相关功能 s a m s u n g 公司推出的1 6 3 2 位r i s c 处理器s 3 c 4 4 b o x 为手持设备和一般类型应 用提供了高性价比和高性能的微控制器解决方案。为了降低成本，s 3 c 4 4 b o x 提供了 丰富的内置部件，包括：8 k bc a c h e ，内部s r a m ，l c d 控制器，带自动握手的2 通道u a r t ，4 通道d m a ，系统管理器( 片选逻辑，f p e d o s d r a m 控制器) ， p w m 功的5 通道定制器，i o 端口，r t c ，8 通道1 0 位a d c ，i z c - b u s 接口，1 2 s b u s 接口，同步s i o 接口和p l l 倍频器【1 3 1 。 s 3 c 4 4 8 0 x 的杰出特性是它的c p u 核，是由a r m 公司设计的1 6 3 2 位a r m t t d m ir i s c 处理器( 6 6 m h z ) 。a r m t t d m i 体系结构的特点是它集成了t h u m b 代码 压缩器，片上的i c e 断点调试支持，和一个3 2 位的硬件乘法器。 s 3 c a 4 b o x 通过提供全面的、通用的片上外设，大大减少了系统电路中除处理器 以外的元器件配置，从而最小化系统的成本。以下是它具备的各种片上功能： ( 1 ) 2 5 va r m 7 t d m i 内核，带有8 k 高速缓存器( s a m b a i i 总线体系结构， 主频高至6 6 m h z ) ； ( 2 ) 外部存储器控制器( f p e d o s d r a m 控制，片选逻辑) ； ( 3 ) l ( m 控制器( 最大支持2 5 6 色s t n ，l c d 具有专用d m a ) ； ( 4 ) 2 通道通用d m a 、2 通道外设d m a 并具有外部请求引脚； ( 5 ) 2 通道u a r t 带有握手协议( 支持i r d a l 0 ，具有1 6 b y t ef i f o ) 1 通道s i o ； ( 6 ) 1 通道多主l i c b u s 控制器； 4 华中科技大学硕士学位论文 ( 7 ) 1 通道i l s b u s 控制器； ( 8 ) 5 个p w m 定时器和1 通道内部定时器； ( 9 ) 看门狗定时器； ( 1 0 ) 7 1 个通用f o1 2 8 通道外部中断源； ( 1 1 ) 功耗控制：具有普通，慢速，空闲和停止模式； ( 1 2 ) 8 通道1 0 位a d c ； ( 1 3 ) 具有日历功能的r t c ； ( 1 4 ) 具有p l l 的片上时钟发生器。 1 s 3 c 4 4 b o x 的功能引脚 如图2 1 所示，s 3 c 4 4 b o x 一共拥有1 6 0 个管脚，基本这些管脚都是多功能复 用口；引脚信号的描述见附录表1 所示。 2 s 3 c 4 4 8 0 x 的i o 口引脚 s 3 c 4 4 b o x 具有7 1 个多功能输入，输出脚。它们包含在7 组端口中： 2 个9 位输入腧出端口( 端口e 和f ) 。 2 个8 位输入输出端口( 端口d 和g ) 。 1 个1 6 位输入输出端口( 端口c ) 。 1 个1 0 位输出端口( 端口a ) 。 1 个1 1 位输出端口( 端口b ) 。 本系统的外围设备主要由显示模块、键盘模块和c a n 通信模块构成。所以，在 5 华中科技大学硕士学位论文 系统当中用到了s 3 c a 4 b o x 的c 、f 、g 口，三个多功能复用i o1 3 。这三个接口的 具体功能见附录表2 ，表3 ，表4 所示。 3 端口控制寄存器 端口配置寄存器( p c o n a g ) 由于多数端口都是多功能口，因此，需要用“端口配置寄存器p c o n n ”来设置每 个引脚工作在哪一个功能模式下。 端口数据寄存器( p d a t a g ) 当端口被设置为输出脚时，输出数据的方法就是将数据写入到p d a t a n 的相应位 中；当端口被设置位输入脚时，读入数据的方法就是将p d a t a n 中的相应位读出。 端口上拉设罱寄存器( p u p c g ) 端口上拉寄存器用来设定p c - p g 这几组端口是否具有内部上拉。当p u p n 的对 应位为0 时，该引脚上的上拉使能，当为1 时，该引脚上的上拉禁止。 外部中断控制寄存器 该寄存器是为p g 的第3 功能外部中断输入口功能设置的，该寄存器可用来设 置e x i n t ( 外部中断) 请求输入的模式：低电平触发、高电平触发、下降沿触发、 上升沿触发或是边沿触发。见附录表3 所示，为p c o n f 的相关信息。 2 2m c p 2 5 1 0 及i j a l 0 5 0 结构功能 1 m c p 2 5 1 0 结构及功能 m c p 2 5 1 0 是一款独立c a n 控制器，是为简化连接c a n 总线的应用而开发的【1 4 l 。 图2 2 简要显示了m c p 2 5 1 0 的结构框图。该器件主要由三个部分组成： c a n 协议引擎。 用来为器件及其运行进行配置的控制逻辑_ 币u s r a m 寄存器。 s p i 协议模块。 6 华中科技大学硕士学位论文 图2 2m c p 2 s 1 0 结构框图 图2 3 显示了该器件的典型系统应用。c a n 协议引擎的功能是处理所有总线上 的报文发送和接收。报文发送时，首先将报文装载到正确的报文缓冲器和控制寄存 器中。利用控制寄存器位，通过s p 接口或使用发送使能引脚均可启动发送操作。通 过读取相应的寄存器可以检查通信状态和错误。任何在c a n 总线上侦测到的报文都 会进行错误检测，然后与用户定义的滤波器进行匹配，以确定是否将其转移到两个 接收缓冲器之一中。 图2 3 典型系统实现 m c u 通过s p i 接口与器件进行通信。通过使用标准s p i 读写命令对寄存器所有读 写操作。所提供的中断引脚提高了系统的灵活性。器件上有一个多用途中断引脚， 7 华中科技大学硕士学位论文 以及各接收缓冲器专用的中断引脚，可用于指示有效报文是否被接收和载入各接收 缓冲器。是否使用专用中断引脚由用户决定，若不使用，也可用通用中断引脚和状 态寄存器( 通过s p i 接口访问) 确定有效报文是否已被接收。 器件还有三个引脚，用来将装载在三个发送缓冲器之一中的报文立即发送出去。 是否使用这些引脚由用户决定，若不使用，也可通过s p i 接口访问控制寄存器的方式 来启动报文发送。m c p 2 5 1 0 i j l 脚具体功能说明如表2 1 所示。 表2 - 1m c f 2 5 1 0 引脚说明 d i p t s s o pi o r 名称 s o i c 引脚类型 说明 引脚 t x c 蜊ll0 连接剑c a n 总线的发送输出引脚 r x c a n22i 迕接剑c a n 总线的接收输入引脚 c l k 叫t33o 带可编程预分频器的时钟输出引脚 t x o r t s44i 发送缓冲器t x b 0 请求发送或通用数字输入引脚。1 0 0 k f f , 内部上拉电阻( 至v d i ) ) t x l r t s55i 发送缓冲器t x b l 请求发送绒通_ h ；j 数字输入引脚。1 0 0 k a 内部上拉电阻( 至v d d ) t x 2 r t s67i 发送缓冲器缓冲器t x b 2 请求发送或通用数字输入引脚。 l o o k q 内部上拉电阻( 至v d d ) 0 s c 278 o 振荡器输出 0 s c i89i 振荡器输入 v s s91 0p 逻辑和i 0 引脚的参考地端 r x i b f l olo 接收缓冲器r x b l 的中断引脚或通用数字输出引脚 r x o b fl1 0 接收缓冲器r x b 0 的中断引脚或通用数字输出引脚 i n t1 21 o 中断输出引脚 s c k1 3li s p i 接口时钟输入引脚 s i1 4li s p i 接口数据输入引脚 s o 1 5lo s p i 接口数据输出引脚 c s1 61 i s p i 接口片选输入引脚 r e s e tt 7 li 低电平有效器件复位输入引脚 v d d1 82p 逻辑和i o 引脚的正电源 6 ，1 5 无内部连接 n c 2 t j a l 0 5 0 结构及功能 在本设计当中，采用了”a 1 0 5 0 作为c a n 总线的收发器，而没有采用相对传统的 p c a 8 2 c 2 5 0 。如图2 4 所示，为t j a l 0 5 0 的内部结构。目前越来越多地使用电源电压 低于5 v 的器件，通过减少t x d 和引脚s 的输入阀值t j a l 0 5 0 可以和3 3 v 的器件像c a n 8 华中科技大学硕士学位论文 控制器肛c 通信，因此它对5 v 供电的微控制器和c a n 控制器以及3 3 v 供电的派生器件 都适用。 s 8 r o h v c c ( 3 ) 图2 4t j a l 0 5 0 内部结构方框 g n d ( 2 ) c a n h ( 7 ， c a n l 6 l 相对于p c a 8 2 c 2 5 0 ，t j a l 0 5 0 兼容3 3 v 电平【1 5 l ( 如1 虱2 - - 5 所示，为t j a l 0 5 0 的额 定总线电平) 在本系统的设计上更为合适。p c a 8 2 c 2 5 0 和t j a l 0 5 0 的引脚相同因此 在大多数情况下t j a l 0 5 0 也可以使用为p c a 8 2 c 2 5 0 开发的p c b 。 l c a n h i 铀一。厂一 h 摅 。 time 图2 5t j a l 0 5 0 额定总线电平 9 华中科技大学硕士学位论文 ( 1 ) 工作模式 这些收发器都使用引脚8 作为模式选择但t j a l 0 5 0 不支持p c a 8 2 c 2 5 0 的斜率控制 模式所以不再需要原来在p c a 8 2 c 2 5 0 引脚8 上用于调节斜率的电阻，在p c a 8 2 c 2 5 0 引脚8 上加高电平将激活减少电流消耗的准备模式。t j a l 0 5 0 的静音模式和p c a 8 2 c 2 5 0 的准备模式相似，它也可以禁止使能发送器但不减少电流的消耗；将t j a l 0 5 0 的引 脚8 置高电平就可以进入静音模式；如果在这两个收发器的引脚8 加低电平它们都进 入高速模式 ( 2 ) 斜率控制电阻 斜率控制电阻是否要被移去由应用决定，这罩有两种不同的情况： 如果斜率控制电阻直接连接n g n d 电阻可以不被移去； 如果斜率控制电阻连接到微控制器的一个输出端口让以前的应用使用；p c a 8 2 c 2 5 0 可以在斜率控制模式和准备模式之间转换这个电阻，在使用t j a l 0 5 0 的应用 中要被移去否则不能在高速模式和静音模式之间切换 ( 3 ) 接口 t j a l 0 5 0 和控制器的接口可以像平常一样串行数字信号流输 k t x d ，从r x d 输出 信号流；但这罩要注意，为了保证3 3 v 电源供电的控制器可以驱动t j a l 0 5 0 的输入t x d 和引脚s 的输入阀值都有一定的下降。t j a l 0 5 0 同时也支持5 v 电源供电的传统微 控制器 如表2 2 所示，是t j a l 0 5 0 和p c a 8 2 c 2 5 0 要注意的兼容性问题 表2 - - 2t j a l 0 5 0 和p c a 8 2 c 2 5 0 比较 特性t j a l 淡mp c 8 2 c 2 s 0 b 癣绺l s 0 1 1 8 9 8 ， t j 弘辛张1 j 毂蟪戎l g 骝8 麝；毡甲翳翥壤j 骘 糍器憾虎 g i 辩8 艇电擎离建蠖式 赢递硬式 辫8f 瓣屯臻琏臻捌g k d糯速蟪或耪串挣澍蠖式 嚣中； 鬻8赢妻蠖建巍j 龟嘴式 ，2 一l ，- ：十 5 1 0 、 + e ：i 以遐 t x b0r l 蠢护 缝 卉 鼢r 卜n ，王窆雾6 0 约i u so 瓤渤v s 33 4 1 尬磐，三气 1 0 华中科技大学硕士学位论文 2 3 液晶显示模块结构及功能 在本设计当中，采用了1 2 8 x 6 4 的单色点阵式l c d 。在该l c d 模块上面它自带 了t 6 9 6 3 c 作为控制器。其实，本设计中的液晶显示部分就是如何利用s 3 c 4 4 b o x 束控制t 6 9 6 3 c ，以达到正确显示的目的。t 6 9 6 3 c 的特点如下： ( 1 ) t 6 9 6 3 c 是点阵式液晶图形显示控制器，他有直接与8 0 系列的8 位处理 器接口； ( 2 ) t 6 9 6 3 c 的字符字体由硬件设置，其字体有4 种：5 x 8 、6 x 8 、7 x 8 、8 x 8 ： ( 3 ) t 6 9 6 3 c 的占空比可从1 1 6 到1 1 2 8 ； ( 4 ) t 6 9 6 3 c 可以图形方式、文本方式及图形和文本合成方式进行显示，以及 文本方式下的特征显示，还可以实现图形拷贝操作等； ( 5 ) t 6 9 6 3 c 具有内部字符发生器c g r o m ，共有1 2 8 个字符，t 6 9 6 3 c 可管 理6 4 k 显示缓冲区字符发生器c g r a m 。并允许m p u 随时访问显示缓冲 区，甚至可以进行位操作。 其引脚图如图2 6 所示。 l ；杂；i ； 置；誊墨鼍警毒鼍鼍专苇誊写号 t 6 9 6 3 c 的封装共有6 7 个引脚，各引脚功能具体如下： ( 1 ) d o d 7 ：t 6 9 6 3 c 与m p u 接口的数据总线，三态； ( 2 ) r d , w r ：读、写选通信号，低电平有效，输入信号； 1 1 p一臻洲一帆枉i；褂舢 华中科技大学硕士学位论文 ( 3 ) c e ：t 6 9 6 3 c 的片选信号，低电平有效； ( 4 ) c d ：通道选择信号，1 为指令通道，0 为数据通道： ( 5 ) r e s e t , h a l t ；r e s e t 为低电平有效的复位信号，它将行、列计数器和 显示寄存器清零；h a l t 具有r e s e t 的基本功能，还将中止内部时钟振 荡器的工作； ( 6 ) d u a l s e s e l ： d u a l = i 为单屏结构，d u a l = 0 为双屏结构； s d s e l = 0 为一位串行数据传输方式，s d s e l = 1 为二位并行数据传输方 式： ( 7 ) m d 2 ，m d 3 ：设置显示窗口长度，从而确定了列数据传输个数的最大值， 其组合逻辑关系如表2 3 所示： 表2 3m d 2 ，m d 3 组合逻辑关系 m d 3inf l m n 2l1 )in 簿锫字符毅 3 24 l i6 4 抟i l ( 8 ) m d s 、m d l 、m d 0 ：设置显示窗口宽度( 行) ，从而确定t 6 9 6 3 c 的帧扫 描信号的时序和显示驱动的占空比系数，当d u a l = 1 时，其组合功能如表2 4 所 示： 表2 4m i ) s ，m d i m d o 组合功能 l 弛 l il l0 ili i hll 1 1 0l10 、i l 静i ll i j0 字符行2 4xi l l 1 21 4l 怂符数 i b3 24 s0 4撤9 l | 21 2 k 占窄拢11 6l3 2i4 xl lx ，l ，q i 1 1 2i 1 2 n 当d u a i ；o 时，以上设置中的字符行和总行数增至原来的2 倍，其他都不便，这种 情况下的液晶屏结构为双屏结构； ( 9 ) f s l ，f s 0 ：显示字符的字体选择，其字体的选择方式如表2 5 所示： 华中科技大学硕士学位论文 表2 5 字体选择方式 f n il l l j f n i l i 字体 s8687抟8肆 ( 1 0 ) x i ，x o ：振荡时钟引脚； ( 1 1 ) a d m a d l 5 ：输出信号，显示缓冲区1 6 位地址总线； ( 1 2 ) d o d 7 ：三态，显示缓冲区8 位数据总线； ( 1 3 ) r w ：输出，显示缓冲区读、写控制信号； ( 1 4 ) c e ：输出，显示缓冲区片选信号，低电平有效； ( 1 5 ) c e 0 , c e l ：输出，d u a l = i 时的存储器片选信号； ( 1 6 ) t 1 , t 2 ，c h l ，c h 2 ：用来检测t 6 9 6 3 c 工作使用情况，t 1 ，t 2 作为测试信号 输入段，c h l ，c h 2 作为输出端； ( 1 7 ) h o d ，h s c p , l o d l s c p ( c e l ) ，e d l p , c d a t a , f r 为t 6 9 6 3 c 驱动信号。 2 4 键盘模块结构及功能 在设计当中，为了使键盘部分能够及时有效的得到响应，我们采用了键盘专用 芯片7 2 9 0 来做键盘部分的扩展。该芯片采用的是1 2 c 串行接口，提供键盘中断信号， 这样能简单、方便的与处理器接口。其主要特点有【1 6 】： 可驱动8 位共阴数码管或6 4 只独立l e d 和6 4 个按键； 可控扫描位数，可控任一数码管闪烁； 提供数据译码和循环移位段寻址等控制； 8 个功能键可检测任一键的连击次数； 垃 无需外接元件即直接驱动l e d ，可扩展驱嚣 动电流和驱动电压。遥 在本设计当中，使用的是z l g 7 2 9 0 芯片，封装j 形式为p d l p 2 4 ，其管脚图如图2 7 所示：三 z l g 7 2 9 0 可采样6 4 个按键，可检测每个按键 二 的连击次数；其基本功能如下： 恐 ( 1 ) 键盘去抖动处理： j - 当按键被按下和放开时，可能会出现电平状态让 f ) 1 9 7 1 ) i 幽 d i 签 i ) l d i 9 3 1 ) i 9 2 d i g l h 9 0 、i l a i i n i + ( j h i ) s c g a 枫b s e g ( s 喀d 融e 、皑f s * ? g g s 瞎l l 【 挥( ： l 、( i r fs 垦墨奎些：整堡堡墨垫翌! 董至堡竺翌全! ! 璺整堡图z = zz i 正z z 2 q 笪啦图 1 3 篓彳二甲|17-s口- h - ”- 一 华中科技大学硕士学位论文 盘命令错误，所以要进行去抖动处理，以读取稳定的键盘状态为准。 ( 2 ) 双键互锁处理： 当有两个以上按键被同时按下时，z l g 7 2 9 0 只采样优先级高的按键( 优先顺序 为s l s 2 s 6 4 ，如同时按下s 2 和s 1 8 时采样虱j s 2 ) 。 ( 3 ) 连击键处理： 当某个按犍按下时，输出一次键值后，如果该按键还未释放，该键值连续有效， 就像连续压按该键一样，这种功能称为连击。连击次数计数器r e p e a t c n t 可区别出单 击( 某些功能不允许连击，如开关) 或连击。判断连击次数可以检测被按时间，以 防止某些功能误操作( 如连续按5 秒经入参数设置状态) 。 ( 4 ) 功能键处理： 功能键能实现2 个以上按键同时按下来扩展按键数目或实现特殊功能。如p c 机 上的“s h i f t 、“c t d ”、“a l t 键。典型应用图中的$ 5 7