基于DSP和觸摸屏的串行通信系統(tǒng)研究

針對(duì)目前市場上無DSP和觸摸屏直接通信的產(chǎn)品這一缺口，介紹了基于MODBUS協(xié)議的維控觸摸屏與TMS320F2812的串口通信系統(tǒng)。通過將 DSP的SCI串口和觸摸屏的串口連接，完成DSP的軟件編程和觸摸屏的組態(tài)畫面設(shè)計(jì)。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)調(diào)試，該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)工作人員不同權(quán)限登錄密碼設(shè)置，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、故障報(bào)警的顯示，閉環(huán)PID參數(shù)的在線修改等功能，且系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運(yùn)行。

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通訊來說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，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通過將引腳PWM2(A1)口設(shè)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(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(yīng)用為例，說明觸摸屏的畫面設(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。可通過通訊口配置設(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)后的處理過程如圖3所示。

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，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(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。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(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

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)過試驗(yàn)調(diào)試說明該系統(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)，說明本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)滿足工業(yè)控制監(jiān)測顯示需要，同時(shí)由于觸摸屏在人機(jī)界面領(lǐng)域的顯著優(yōu)勢，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。