一种多功能数字码表的设计

【摘　要】　介绍一种多功能数字码表的软、硬件设计方法，它通过RS232接口可实现与主机的串行通讯，可对输入数据进行各种运算、判断、存储、显示，可设置所需的各种参数，并向主机发出各种控制命令，在电源断电过程中，可自动保存各种参数，保证下次上电时数据的连续性。此码表硬件结构简单、功能强。
　　关键词：微控制器，自动存储，液晶显示

1　引　言
　　在工业控制和自动测量领域，经常希望对所测得的结果进行自动处理、存储记录，使其不受断电等影响，如用于记录与显示织布长度、故障指示等的纺织数控织机、用于记录电、煤气等的各种仪表、汽车计价器等。本文介绍一种为数控织机设计的码表，它可通过RS232接口与控制主板进行数据通讯，能实时处理、显示主机的开机时间、工作时间、工作效率、主机转速，能实时统计并显示故障次数、故障原因、织布布长，按设定落布布长输出落布停车信号等。具体功能为：
　　·能方便地进行落布布长、纬密、经长、工作班次等的设定；
　　·能快速地完成米／码、码／米、英寸／厘米、厘米／英寸等的转换；
　　·能方便地实现各班次工作时间、效率等的转换、保存；
　　·能实时显示、记录织机开机时间、运转时间、工作效率；
　　·能实时统计、显示、记录停车次数、停车原因，实时显示主机转速；
　　·能实时统计、记录织机的织布长度，当累计布长等于设定落布布长时，通过RS232接口发出落布停车信号。
　　该码表主要由AT89C52微处理器、X24C45串行SRAM、RS232转换电路MAX202E、LCD显示控制模块MDLS16265B、键盘控制电路等构成。
2　主要器件简介
2．1　AT89C52简介
　　AT89C52是ATMEL公司生产的低功耗、高性能8位微控制器，它内部具有8K字节的Flash存储器、256×8Bit RAM、32个可编程输入／输出端口、3个16位定时／计数器、8个中断源、存储器具有1000次可写／擦寿命、可编程串行输入／输出端口、最高工作频率24MHz。由于89C52内部具有2K字节的Flash存储器和256字节的RAM，这就使它无需其它外围芯片，就可构成一个独立的小系统，从而被广泛应用于各种仪表。
2．2　X24C45简介
　　X24C45是XICOR公司生产的串行SRAM，其内部包含256位的RAM和256位的EEPROM，且RAM和EEPROM阵列位对位重叠。X24C45上电时，数据可自动从EEPROM调到SRAM中，系统在正常工作时，数据存放在SRAM中，对5V供电系统而言，当电源电压降到4．0～4．3V时，数据开始自动从SRAM中保存到EEPROM中，当电源电压降到3．5V以下时，将不能继续数据存储操作；为了保证数据能够可靠存入EEPROM，必需有5ms的存储时间。
　　X24C45为8脚DIP／SOIC封装，其中CE脚为片选输入；SK脚为串行时钟输入；DI为数据输入；DO为数据输出；VCC为电源供电；VSS为接地；／RECALL为调用输入端，可以用单片机的一个输入／输出口来控制；／AS为漏极开路输出端，它有效时表示VCC已降至自动存储门限之下，它可和多个漏极开路／AS输出端线连接，并可用作微控制器中断输入或作低功率复位电路的输入。X24C45内部有一个8位的指令寄存器，可通过DI输入端对它进行访问，数据在SK的上升沿由时钟同步输入，在整个数据操作期间，CE必须为高电平。对X24C45的操作包括写指令、读指令、用程序进行数据存储和掉电数据自动存储、上电数据自动调用与用程序进行数据调用。
2．3　MAX202E简介
　　MAX202E是MAXIM公司生产的RS232接口芯片，其最高数据传送速率为120kbps，其各端口可承受的ESD电压为15kV，其正常工作电压为单一＋5V供电。
2．4　MDLS16265B模块简介
　　MDLS16265B液晶显示模块由点阵LCD、控制电路HD44780、驱动电路等构成，具有体轻、体薄、微功耗、功能丰富、通用性强、可与微处理器和微处理机直接接口的特点。它可显示二行5×7或5×11点阵字符；其内存字符发生器ROM可显示192种字符、数字、符号，并具有可自编点阵字符的字符发生器RAM；它可直接与4位或8位微处理器MPU接口；它具有丰富的指令功能，包括清屏、光标的设置／移位／开关／闪烁、显示行数及字符规格的设置、数据读／写、接口设置等。
3　硬件电路工作原理
　　所设计的数字码表电原理图如图1所示。它由微控制器、RS232接口电路、串行SRAM数据存储电路、键盘与LCD显示控制电路、电源变换电路等构成。
　　MAX202E及其外围器件构成RS232接口转换电路，完成RS232信号与TTL信号电平互相转换的功能。其一将主机输入的RS232信号转换为TTL信号，输到微控制器的串行输入端；其二将微控制器输出的TTL信号转换为RS232信号，输出到主机。AT89C52微处理器的功能包括：作为定时器，产生实时时钟信号，用于统计开机时间、实际正常运转时间及工作效率；响应串行中断信号，实时处理来自主机的各种数据信号，实时统计主机运转速度、转速、织布长度、故障次数、故障部位等；实时响应来自键盘的外部中断信号，完成键盘操作功能，该码表有6个开关，分别为‘模式’、‘复位’、‘↑’‘↓’‘→’‘←’，其中‘模式’开关实现LCD显示器显示画面的切换，‘复位’开关实现功能复位，‘→’、‘←’开关实现光标的左右移动，‘↑’‘↓’关实现参数的设置；输出LCD显示所需的数据；实现对LCD背景光显示时间的控制，当P1．0输出高电平信号时，D2导通，LCD背景光电路工作；实现对处理数据的存储，当电源电压降到4．0～4．3V期间，自动将数据保存到X24C45中的EEPROM中，在断电时，D2、C12用来延迟电压的跌落速度，以保证X24C45有足够的数据存储时间。74HC540用于实现LCD和键盘对P0口的共享，当G信号为高电平时，P0口接收来自键盘的中断响应信号，暂停输出LCD显示所需的数据；当G为低电平时，P0口停止对键盘的中断响应，输出LCD显示所需的数据。

4　软件设计简介
　　为了完成该码表的功能，所设计的软件由定时子程序、串口中断子程序、键盘中断与功能切换子程序、参数设置子程序、数据处理和故障判断与统计子程序、各种计算子程序、LCD显示与数据传送子程序、微处理器将数据写入X24C45的EEPROM与从X24C45的EEPROM中将数据读出子程序等。其工作流程如图2所示，下面简要地予以介绍。
　　接通电源后，X24C45自动将EEPROM中的数据传送到对应的SRAM中，微控制器完成初始化后，调用存储在X24C45中上次断电时的数据，并将其传送到LCD显示器，即恢复上次断电时的记录；然后，依次判断是否有定时中断、串行中断、键盘中断及电源断电等。如果有定时中断，则执行定时中断子程序，对主机开机时间、有效工作时间及工作效率进行计算，并更新LCD显示内容。当有串行中断时，执行串行中断子程序，接收并处理主机传送来的各种数据，包括速度的判断、织布长度的计算、故障部位的判断与统计、是否到落布长度的判断、如织布长度等于设置的落布长度则发出落布停车信号等。当有键盘中断时，程序调用键盘中断子程序，完成显示画面的切换、参数的设置等功能。当判断有电源电压跌落时，优先执行数据存储子程序，将有用的、需记录保持的数据存储到X24C45中的EEPROM。

5　结束语
　　此数字码表具有硬件结构简单、成本低、软件功能强、操作简单、抗干扰能力强等优点，现已批量生产。其工作电压为12V，功耗小于0．2W，串行通讯数据的误码率小于10－6，LCD数据更新时间0．5s，键盘响应时间小于200ms，接口承受ESD试验电压大于8kV，通过EMC试验。对此码表的软件进行修改，增加相应的传感器，就可实现数据的采集与传输任务，将所采集的数据通过RS232送PC进行处理；同样，对软件进行修改，就可实现对工控设备的控制，它可按键盘预设状态实现控制功能，也可通过串口接收PC指令，实现对工控设备的控制