【摘　要】　介紹一種多功能數(shù)字碼表的軟、硬件設(shè)計(jì)方法，它通過RS232接口可實(shí)現(xiàn)與主機(jī)的串行通訊，可對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行各種運(yùn)算、判斷、存儲(chǔ)、顯示，可設(shè)置所需的各種參數(shù)，并向主機(jī)發(fā)出各種控制命令，在電源斷電過程中，可自動(dòng)保存各種參數(shù)，保證下次上電時(shí)數(shù)據(jù)的連續(xù)性。此碼表硬件結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)。
　　關(guān)鍵詞：微控制器，自動(dòng)存儲(chǔ)，液晶顯示

1　引　言
　　在工業(yè)控制和自動(dòng)測量領(lǐng)域，經(jīng)常希望對(duì)所測得的結(jié)果進(jìn)行自動(dòng)處理、存儲(chǔ)記錄，使其不受斷電等影響，如用于記錄與顯示織布長度、故障指示等的紡織數(shù)控織機(jī)、用于記錄電、煤氣等的各種儀表、汽車計(jì)價(jià)器等。本文介紹一種為數(shù)控織機(jī)設(shè)計(jì)的碼表，它可通過RS232接口與控制主板進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，能實(shí)時(shí)處理、顯示主機(jī)的開機(jī)時(shí)間、工作時(shí)間、工作效率、主機(jī)轉(zhuǎn)速，能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)并顯示故障次數(shù)、故障原因、織布布長，按設(shè)定落布布長輸出落布停車信號(hào)等。具體功能為：
　　·能方便地進(jìn)行落布布長、緯密、經(jīng)長、工作班次等的設(shè)定；
　　·能快速地完成米／碼、碼／米、英寸／厘米、厘米／英寸等的轉(zhuǎn)換；
　　·能方便地實(shí)現(xiàn)各班次工作時(shí)間、效率等的轉(zhuǎn)換、保存；
　　·能實(shí)時(shí)顯示、記錄織機(jī)開機(jī)時(shí)間、運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間、工作效率；
　　·能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、顯示、記錄停車次數(shù)、停車原因，實(shí)時(shí)顯示主機(jī)轉(zhuǎn)速；
　　·能實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)、記錄織機(jī)的織布長度，當(dāng)累計(jì)布長等于設(shè)定落布布長時(shí)，通過RS232接口發(fā)出落布停車信號(hào)。
　　該碼表主要由AT89C52微處理器、X24C45串行SRAM、RS232轉(zhuǎn)換電路MAX202E、LCD顯示控制模塊MDLS16265B、鍵盤控制電路等構(gòu)成。
2　主要器件簡介
2．1　AT89C52簡介
　　AT89C52是ATMEL公司生產(chǎn)的低功耗、高性能8位微控制器，它內(nèi)部具有8K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器、256×8Bit RAM、32個(gè)可編程輸入／輸出端口、3個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器、8個(gè)中斷源、存儲(chǔ)器具有1000次可寫／擦壽命、可編程串行輸入／輸出端口、最高工作頻率24MHz。由于89C52內(nèi)部具有2K字節(jié)的Flash存儲(chǔ)器和256字節(jié)的RAM，這就使它無需其它外圍芯片，就可構(gòu)成一個(gè)獨(dú)立的小系統(tǒng)，從而被廣泛應(yīng)用于各種儀表。
2．2　X24C45簡介
　　X24C45是XICOR公司生產(chǎn)的串行SRAM，其內(nèi)部包含256位的RAM和256位的EEPROM，且RAM和EEPROM陣列位對(duì)位重疊。X24C45上電時(shí)，數(shù)據(jù)可自動(dòng)從EEPROM調(diào)到SRAM中，系統(tǒng)在正常工作時(shí)，數(shù)據(jù)存放在SRAM中，對(duì)5V供電系統(tǒng)而言，當(dāng)電源電壓降到4．0～4．3V時(shí)，數(shù)據(jù)開始自動(dòng)從SRAM中保存到EEPROM中，當(dāng)電源電壓降到3．5V以下時(shí)，將不能繼續(xù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)操作；為了保證數(shù)據(jù)能夠可靠存入EEPROM，必需有5ms的存儲(chǔ)時(shí)間。
　　X24C45為8腳DIP／SOIC封裝，其中CE腳為片選輸入；SK腳為串行時(shí)鐘輸入；DI為數(shù)據(jù)輸入；DO為數(shù)據(jù)輸出；VCC為電源供電；VSS為接地；／RECALL為調(diào)用輸入端，可以用單片機(jī)的一個(gè)輸入／輸出口來控制；／AS為漏極開路輸出端，它有效時(shí)表示VCC已降至自動(dòng)存儲(chǔ)門限之下，它可和多個(gè)漏極開路／AS輸出端線連接，并可用作微控制器中斷輸入或作低功率復(fù)位電路的輸入。X24C45內(nèi)部有一個(gè)8位的指令寄存器，可通過DI輸入端對(duì)它進(jìn)行訪問，數(shù)據(jù)在SK的上升沿由時(shí)鐘同步輸入，在整個(gè)數(shù)據(jù)操作期間，CE必須為高電平。對(duì)X24C45的操作包括寫指令、讀指令、用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和掉電數(shù)據(jù)自動(dòng)存儲(chǔ)、上電數(shù)據(jù)自動(dòng)調(diào)用與用程序進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)用。
2．3　MAX202E簡介
　　MAX202E是MAXIM公司生產(chǎn)的RS232接口芯片，其最高數(shù)據(jù)傳送速率為120kbps，其各端口可承受的ESD電壓為15kV，其正常工作電壓為單一＋5V供電。
2．4　MDLS16265B模塊簡介
　　MDLS16265B液晶顯示模塊由點(diǎn)陣LCD、控制電路HD44780、驅(qū)動(dòng)電路等構(gòu)成，具有體輕、體薄、微功耗、功能豐富、通用性強(qiáng)、可與微處理器和微處理機(jī)直接接口的特點(diǎn)。它可顯示二行5×7或5×11點(diǎn)陣字符；其內(nèi)存字符發(fā)生器ROM可顯示192種字符、數(shù)字、符號(hào)，并具有可自編點(diǎn)陣字符的字符發(fā)生器RAM；它可直接與4位或8位微處理器MPU接口；它具有豐富的指令功能，包括清屏、光標(biāo)的設(shè)置／移位／開關(guān)／閃爍、顯示行數(shù)及字符規(guī)格的設(shè)置、數(shù)據(jù)讀／寫、接口設(shè)置等。
3　硬件電路工作原理
　　所設(shè)計(jì)的數(shù)字碼表電原理圖如圖1所示。它由微控制器、RS232接口電路、串行SRAM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)電路、鍵盤與LCD顯示控制電路、電源變換電路等構(gòu)成。
　　MAX202E及其外圍器件構(gòu)成RS232接口轉(zhuǎn)換電路，完成RS232信號(hào)與TTL信號(hào)電平互相轉(zhuǎn)換的功能。其一將主機(jī)輸入的RS232信號(hào)轉(zhuǎn)換為TTL信號(hào)，輸?shù)轿⒖刂破鞯拇休斎攵?；其二將微控制器輸出的TTL信號(hào)轉(zhuǎn)換為RS232信號(hào)，輸出到主機(jī)。AT89C52微處理器的功能包括：作為定時(shí)器，產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)鐘信號(hào)，用于統(tǒng)計(jì)開機(jī)時(shí)間、實(shí)際正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間及工作效率；響應(yīng)串行中斷信號(hào)，實(shí)時(shí)處理來自主機(jī)的各種數(shù)據(jù)信號(hào)，實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)主機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度、轉(zhuǎn)速、織布長度、故障次數(shù)、故障部位等；實(shí)時(shí)響應(yīng)來自鍵盤的外部中斷信號(hào)，完成鍵盤操作功能，該碼表有6個(gè)開關(guān)，分別為‘模式’、‘復(fù)位’、‘↑’‘↓’‘→’‘←’，其中‘模式’開關(guān)實(shí)現(xiàn)LCD顯示器顯示畫面的切換，‘復(fù)位’開關(guān)實(shí)現(xiàn)功能復(fù)位，‘→’、‘←’開關(guān)實(shí)現(xiàn)光標(biāo)的左右移動(dòng)，‘↑’‘↓’關(guān)實(shí)現(xiàn)參數(shù)的設(shè)置；輸出LCD顯示所需的數(shù)據(jù)；實(shí)現(xiàn)對(duì)LCD背景光顯示時(shí)間的控制，當(dāng)P1．0輸出高電平信號(hào)時(shí)，D2導(dǎo)通，LCD背景光電路工作；實(shí)現(xiàn)對(duì)處理數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，當(dāng)電源電壓降到4．0～4．3V期間，自動(dòng)將數(shù)據(jù)保存到X24C45中的EEPROM中，在斷電時(shí)，D2、C12用來延遲電壓的跌落速度，以保證X24C45有足夠的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)間。74HC540用于實(shí)現(xiàn)LCD和鍵盤對(duì)P0口的共享，當(dāng)G信號(hào)為高電平時(shí)，P0口接收來自鍵盤的中斷響應(yīng)信號(hào)，暫停輸出LCD顯示所需的數(shù)據(jù)；當(dāng)G為低電平時(shí)，P0口停止對(duì)鍵盤的中斷響應(yīng)，輸出LCD顯示所需的數(shù)據(jù)。

4　軟件設(shè)計(jì)簡介
　　為了完成該碼表的功能，所設(shè)計(jì)的軟件由定時(shí)子程序、串口中斷子程序、鍵盤中斷與功能切換子程序、參數(shù)設(shè)置子程序、數(shù)據(jù)處理和故障判斷與統(tǒng)計(jì)子程序、各種計(jì)算子程序、LCD顯示與數(shù)據(jù)傳送子程序、微處理器將數(shù)據(jù)寫入X24C45的EEPROM與從X24C45的EEPROM中將數(shù)據(jù)讀出子程序等。其工作流程如圖2所示，下面簡要地予以介紹。
　　接通電源后，X24C45自動(dòng)將EEPROM中的數(shù)據(jù)傳送到對(duì)應(yīng)的SRAM中，微控制器完成初始化后，調(diào)用存儲(chǔ)在X24C45中上次斷電時(shí)的數(shù)據(jù)，并將其傳送到LCD顯示器，即恢復(fù)上次斷電時(shí)的記錄；然后，依次判斷是否有定時(shí)中斷、串行中斷、鍵盤中斷及電源斷電等。如果有定時(shí)中斷，則執(zhí)行定時(shí)中斷子程序，對(duì)主機(jī)開機(jī)時(shí)間、有效工作時(shí)間及工作效率進(jìn)行計(jì)算，并更新LCD顯示內(nèi)容。當(dāng)有串行中斷時(shí)，執(zhí)行串行中斷子程序，接收并處理主機(jī)傳送來的各種數(shù)據(jù)，包括速度的判斷、織布長度的計(jì)算、故障部位的判斷與統(tǒng)計(jì)、是否到落布長度的判斷、如織布長度等于設(shè)置的落布長度則發(fā)出落布停車信號(hào)等。當(dāng)有鍵盤中斷時(shí)，程序調(diào)用鍵盤中斷子程序，完成顯示畫面的切換、參數(shù)的設(shè)置等功能。當(dāng)判斷有電源電壓跌落時(shí)，優(yōu)先執(zhí)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)子程序，將有用的、需記錄保持的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到X24C45中的EEPROM。

5　結(jié)束語
　　此數(shù)字碼表具有硬件結(jié)構(gòu)簡單、成本低、軟件功能強(qiáng)、操作簡單、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已批量生產(chǎn)。其工作電壓為12V，功耗小于0．2W，串行通訊數(shù)據(jù)的誤碼率小于10－6，LCD數(shù)據(jù)更新時(shí)間0．5s，鍵盤響應(yīng)時(shí)間小于200ms，接口承受ESD試驗(yàn)電壓大于8kV，通過EMC試驗(yàn)。對(duì)此碼表的軟件進(jìn)行修改，增加相應(yīng)的傳感器，就可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集與傳輸任務(wù)，將所采集的數(shù)據(jù)通過RS232送PC進(jìn)行處理；同樣，對(duì)軟件進(jìn)行修改，就可實(shí)現(xiàn)對(duì)工控設(shè)備的控制，它可按鍵盤預(yù)設(shè)狀態(tài)實(shí)現(xiàn)控制功能，也可通過串口接收PC指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)工控設(shè)備的控制