用双串口单片机实现工业控制

摘要：通过单片机实现工业控制现在应用非常普遍，尤其是通过单片机的串口实现智能化的控制。本设计通过W77E58单位片机实现工业化控制具有一定的实用价值。

关键词：W77E58单片机 智能化 工业控制

1. 系统概述

控制系统是由单片机、液晶显示模块、键盘、控制电路等组成，主要功能是单片机通过模数转换电路实时采集设备腔体内的温度来控制压缩机的起停，使温度保持在一特定的范围内，压缩机的运转状态与腔体温度均由单片机通过串口送往液晶显示器，在其上进行显示。这种技术现在应用非常广泛，如冰箱、空调等很多电器都是采用这种技术。本文重点论述了串行通讯系统的接口设计、串口通讯软件实现及控制功能的实现。系统构成示意图如图1所示。

2. 串行通讯接口系统

由于本控制系统需要两个串口，所以选用WINBOND公司的W77E58这款单片机，它内含2个增强型串口和32KB大容量Flash存储器，指令集与51系列单片机完全兼容。

本控制系统中有压缩机，大功率的电机等设备，容易产生干扰。由于RS-485接口是采用平衡驱动器和差分接收器的组合，具有抑制共模干扰的能力，传输距离长，可用于恶劣环境中，所以W77E58的串口0与串口1均采用RS485接口，通过SN75176与控制系统进行通讯，采用一问一答的主从机制，用相互约定的协议进行数据传输，来控制整个系统的运转。W77E58单片机其串口增强型特征在于特有的地址自动识别和帧出错诊断功能。需要注意的是，串口0可以使用定时器T1或定时器T2作为波特率发生器；而串口1只能使用定时器T1作为其波特率发生器，所以本例使用单片机的定时器1作为波特率发生器，波特率根据需要进行设定。本例中波特率为9600，8位数据位，1位停止位，无奇偶校验位。

3. 串口通讯软件实现

W77E58串行口是可编程接口，对它初始化编程只需对特殊功能寄存器SCON、SCON1和电源控制寄存器PCON写入相应的控制字即可。本例是用C51语言对单片机串口进行初始化，程序如下：

TMOD=0x25； 定时器0为模式1方式的16位计数器

PCON=0x00；

TL1=0xfd； 晶振为11.059MHZ，定时器1做波特率发生器

TH1=0xfd；

TF1=0； TR1=1；

RI=0； TI=0；

RI1=0； TI1=0；

SCON=0x48； 数据格式为：8数据位，无奇偶校验，1位停止位。

SCON1=0x48；

T2CON=0x04；

ES1=0； 串口1禁止中断

ES0=0； 串口0禁止中断

与控制系统通讯是通过串口0发送数据的，串口0发送数据程序如下：

void SendCharToSeries0（unsigned char byte）

{ TI=0；

SBUF= byte；

while （！TI）；

}

其中的byte就是所要发送的具体字节内容。如果某一指令有15个字节，则要连续执行这段发送程序15次，用具体的发送字节替换byte。例如设置控制系统的加速时间，数据串为a5 30 31 31 02 58 00 6a 0d，数据串是根据具体的协议内容而定的，这一数据串中数据头为0xa5、0x 30、0x 31，0x02、0x58为数据内容即加速时间，0x00、0x6a为CRC检验码，数据结尾是0x0d，调用上面的发送函数将这串数据发送。

当控制系统接收到这一串数据之后也要进行CRC检验，如果检验之后与所接收到CRC检验码一致，说明接收的数据正确，否则舍弃这一数据。在进行串口通讯时，为了确保发送与接收的数据准确无误，最好采用CRC（循环冗余校验）校验，编码和解码方法简单，检错和纠错能力强，在通信领域广泛地用于实现差错控制。CRC的算法如下：

void getcrccode （unsigned char tmpbyte[]，unsigned char length）

{ unsigned char aaa，i；

unsigned int crc；

crc=0xffff；

for （aaa=0；aaa

{ tmpbyte[length]=crc % 256；

tmpbyte[length+1]=crc / 256；

tmpbyte[length]=tmpbyte[length] ^ tmpbyte[aaa]；

crc=tmpbyte[length+1]* 256+tmpbyte[length]；

for （i=1；i

{ if （crc & 0x0001）

{ crc=crc >> 1；

crc=crc & 0x7fff；

crc=crc^0xa001；

}

else

{ crc=crc>>1；

crc=crc&0x7fff；

}

}

}

tmpbyte[length]=crc % 256；

tmpbyte[length+1]=crc / 256；

}

以上是有多个字节进行CRC校验的通用程序代码，在产品中已经得到应用。CRC是现代通信领域的重要技术之一，掌握CRC的算法与实现方法，在通信系统的设计、通信协议的分析以及软件保护等诸多方面，能发挥很大的作用。

让数据在液晶显示器上显示是按照约定的协议通过串口1向液晶显示器发送数据来实现的，发送与接收均采用CRC检验，确保在液晶显示器上所显示的内容正确无误。串口1发送数据程序如下：

void SendCharToSeries1（unsigned char byte）

{ TI1=0；

SBUF1=byte；

while （！TI1）；

}

4. 控制功能

单片机有多个I/O口，通过这些I/O口实现数据的采集及对设备的控制。本控制系统主要包括两个方面，第一是温度传感器经过模数转换电路送入单片机的I/O口，单片机从I/O口读入数值，经过计算便得到实际的温度值，将这一温度值实时显示，并且通过温度来控制压缩机的起停，使机器的腔体温度在一定的范围；第二是通过单片机的计数器读取电机的转速，用变频器控制电机运转，使得电机的运转保持在一定的速度范围之内，进而使风速恒定。

5. 键盘

本系统键盘是非编码的，采用单片机的I/O口组成3X4矩阵，矩阵键盘减少了I/O的占用，在需要的键数比较多且单片机资料够用时，采用矩阵法是很合理的。本例中用P2.0、P2.1、P2.2、P2.3作为行线，每个口上均接入一个10K的上拉电阻，P2.4、P2.5、P2.6作为列线，键盘结构如图2所示。

判断键盘中有无键按下，将全部行线P2.0-P2.3置高电平，再分别置P2.4、P2.5、P2.6为低电平，然后检测行线的状态。如果行线中出现了低电平，则说明有键被按下，再根据自己定义的键盘功能去处理就可以了。

6. 结束语

本系统设计采用模块化、结构化的程序设计方法，软硬件自动故障诊断，使系统具有高可靠性和高实时性。我公司生产的高速冷冻离心机就是采用这种控制方式，产品已投入生产。

参考文献

[1] WINBOND electronics corp. 8-Bit Microcontroller——W77E58. 2001.7.

[2] 何立民.单片机应用系统[M].北京：北京航空航天大学出版社，1992.