PIC32MX664的智能儀表集中控制器設計※—

付勛如

（中國核動力研究設計院，成都610041）

付勛如（高級工程師），主要研究方向為嵌入式系統和智能控制與檢測技術。

引 言

現在絕大多數智能儀器儀表都具有智能接口，并需要集中監控，因此，集中控制器的穩定性就決定了整個系統的穩定性，集中控制器的穩定性極為重要。本文介紹了基于PIC32MX664微處理器設計的集中控制器，給出了詳細的軟硬件設計。實際應用證明該控制器具有很好的穩定性。

1 PIC32MX664簡介

PIC32MX664單片機是一款基于MIPS Technologies的M4K內核的復雜片上系統。M4K是新型的32位低功耗RISC處理器內核，采用了增強型MIPS32Release 2指令集架構。芯片提供各種通用和專用的外設，包括以太網、CAN 總線、USB主／設備／OTG、閃存32KB、板載RAM 128KB。最高可達到1.5DMIPS／MHz的性能。乘法／除法單元，最高指令發出速率為每個時鐘一條32×16乘法指令。PIC32MX664所有處理器中都包含了高性能RISC CPU，可以使用32位、16位模式，以及混合模式進行編程。PIC32MX664MCU包含了高性能中斷控制器、DMA控制器、USB控制器、在線調試器、用于對外設進行高速數據訪問的高性能開關矩陣，以及用于保存數據和程序的片上數據RAM存儲器。對于閃存，采用了獨特的預取高速緩存和預取緩沖區，無需閃存訪問延時，提供相當于0個等待狀態的訪問性能。

2 系統原理框圖

集中控制器系統框圖如圖1所示。智能儀表的智能接口通過光電隔離的RS485接口與集中控制器通信，遠程控制服務器通過TCP／IP與集中控制器通信，集中控制器接收到命令后把命令轉發給智能儀表。當無遠程控制服務器控制命令時，集中控制器對智能儀表輪詢，將結果顯示在串口顯示屏上。有智能儀表報警時，集中控制器讀取時鐘芯片的當前時間，將其與報警種類、報警實際測量值、報警閾值等信息一起保存在EEPROM中，以便后續查詢或者遠程控制服務器讀取，并及時通過微型打印機打印出來。為了防止集中控制器意外斷電，造成集中控制器不能有效監控，每次上電開機時有開機打印。集中控制器運行參數可以通過鍵盤設置并保存在EEPROM中，也可以通過遠程控制服務器設置并保存在EEPROM中。

圖1 系統框圖

3 外設函數庫

PIC32系列MCU集成了大量的片內高性能外設，為了加快對這些外設的使用，PIC32的MPLAB C32編譯器包含了與16位Microchip MCU兼容的軟件外設函數庫。該外設函數庫以源代碼和目標格式提供，并附有詳細的API描述文檔。使用MPLAB C32編譯器的軟件應用程序可以通過簡單地將相應的頭文件包含在源文件中來調用外設庫函數，MPLAB C32編譯器具有內置的庫／頭文件和歸檔文件的信息。外設頭文件及其完整源代碼分別位于相應的外設子目錄C：＼Program Files＼Microchip＼MPLAB C32＼pic32mx＼include＼peripheral和C：＼Program Files＼Microchip＼MPLAB C32＼pic32－libs＼peripheral下。

以下給出了PIC32MX664串口部分初始化程序，可見，PIC32MX664初始化非常簡單，易用。

4 IPort串口設備聯網服務器

IPort串口設備聯網服務器是具有RJ45的以太網串口轉換模組，尺寸極小，比一般人拇指還小，只需極小的集成空間和很簡單的集成方式，就能為產品增加網絡功能。IPort串口設備聯網服務器具有以下優點：配置方式多樣化，支持Web遠程配置、軟件配置、AT命令配置、串口配置；IPort工作方式多樣化，具有TCP Server、TCP Client、UDP和Real Com等工作模式，目標IP和端口均可設置；支持AUTO MDI／MDIX，可使用交叉網線或平行網線連接；支持DNS域名解析；靈活的串口分幀方式滿足用戶各種分包需求；支持本地和遠程的系統固件升級；支持虛擬串口工作方式，提供Windows虛擬串口驅動，讓用戶串口設備無縫升級至以太網通信方式，無需修改原有串口軟件；TCP支持多連接，支持連接校驗密碼和連接后發送特定數據，滿足4個以內用戶同時管理一個嵌入模塊的設備要求；免費提供Windows平臺配置軟件函數庫，包含簡單易用的API函數庫，方便用戶編寫自己的配置軟件；提供通用配置函數庫，方便用戶使用VC、VB、Delphi和C＋＋Builder開發應用程序進行二次開發；兼容SOCKET工作方式（TCP Server、TCP Client、UDP等），上位機通信軟件編寫遵從標準的SOCKET規則。

為了串口設備聯網服務器的穩定工作，單獨為IPort串口設備聯網服務器供電，電路圖如圖2所示。引腳3是模塊的復位引腳，低電平有效，在該引腳輸入一大于20μs的負脈沖，模塊復位（模塊內部有上電復位電路，該引腳可懸空）。

圖2 IPort串口設備聯網服務器供電及接線圖

串口設備聯網服務器的接線圖如圖2所示。引腳1（COM＿CFG）是串口配置控制腳，方向為輸入，高電平或懸空時是正常工作模式，低電平時是串口配置模式。在正常工作模式下，串口收發的數據是以太網的轉發數據，在串口配置模式下，串口發送配置命令，設置模塊的工作參數或獲取模塊的工作狀態參數，該引腳內部有弱上拉。跳針2、3連接模塊處于串口配置模式；跳針1、2連接模塊處于正常工作模式。限流電阻R1、R2分別驅動模塊以太網連接信號指示燈和模塊以太網數據收發信號指示燈。引腳10是模塊串口信號輸出引腳，接MCU的串行數據接收端；引腳11是模塊串口信號輸入引腳，接MCU的串行數據發送端。

5 抗強干擾RS485通信

考慮集中控制器和與其通信的子機都處于較強干擾環境，通信部分采取抗強干擾設計，采用6N137光耦合器作為隔離器件。6N137光耦合器是一款用于單通道的高速光耦合器，其內部有一個850nm波長AIGaAs LED和一個集成檢測器，其檢測器由一個光敏二極管、高增益線性運放及一個肖特基鉗位的集電極開路的三極管組成。具有溫度、電流和電壓補償功能，輸入／輸出強隔離，兼容LSTTL／TTL，高速通信（典型為10MBd），以及5mA的極小輸入電流等優良特性。

在6N137光耦合器的電源腳設計一個0.1μF高頻特性好的去耦電容，并且盡量靠近光耦合器的電源引腳；另外，光耦合器的第6腳的輸出電路屬于集電極開路電路，須上拉一個電阻，光耦合器的2腳和3腳之間是一個LED，須串接一個電阻。

采用B0505SDC－DC隔離電源給LTC485芯片供電，實現微處理器端與通信線端的隔離。RX、TX分別接PIC32MX664的串行通信口的接收、發送端。RE、DE分別接PIC32MX664的普通I／O腳，用來控制發送、接收。實際電路圖如圖3所示。

6 微型打印機

采用WD－ANH型熱敏打印機來打印報警時間、報警類型等信息。WD－ANH不但可以打印ASCII字符，還可打印英文、希臘文、德文、法文、俄文、日語片假名和大量漢字以及數學符號、專用符號等各種圖形符號。WD－ANH具有40多個通用ESC打印命令，可實現符號和圖形的放大、縮小，打印方式的選擇，以及打印格式的設置。它具有很高的智能化程度，因此控制簡單，可實現各種字符、圖形、曲線及漢字的打印。例如，實現開機后打印開機時間的程序如下：

7 時鐘芯片

集中控制器需要記錄各子設備的信息變化和各種報警記錄，以及發生報警的時間，這就需要時鐘芯片，選用DS1302萬年歷芯片。DS1302是Maxim公司推出的涓流充電時鐘芯片，內含有一個實時時鐘、日歷和31字節靜態RAM，可以通過簡單的傳行接口與單片機進行通信，它可以提供年、月、日、日期、時、分、秒的信息。每月的天數和閏年的天數可以自動調整，可以通過AM／PM指示決定采用24或12小時格式，DS1302與單片機的連接僅需要3條線：RST引腳、SCK串行時鐘引腳、I／O串行數據引腳。VCC1為備用電源，外接32.768kHz晶振，為芯片提供計時脈沖。時鐘電路圖如圖4所示。

圖3 抗強干擾隔離原理圖

8 串口顯示屏

OCM320240T350－1A智能型彩屏是一款高性能、低功耗、易使用的64K色的TFT真彩顯示器，可以直接和具有UART串行接口的 MCU（如51單片 機、AVR、PIC、DSP、ARM、工控機等）連接。用戶只需通過串口向終端發送命令，便可完成相應的操作。智能型彩屏終端的主要特點如下：16位真彩色顯示（65 536色）；采用UART串行接口，支持多種通信波特率，從1 200bps到115 200bps，默認波特率為19 200 bps，支持TTL電平和RS232電平；內置16MFlash存儲器，可存放12幅320×240像素的圖片，可存放根據客戶需求而定制的字庫；智能型顯示終端出廠預置了4個字庫，8×10點陣 ASCII、8×16點陣 ASCII、16×16點陣GB2312漢字和32×32點陣GB2312漢字（可選）；支持使用上位機軟件把圖片數據事先下載到終端內部的圖片存儲區；用戶只需發送簡單的命令到終端，就可實現漢字顯示、圖片顯示以及畫點、畫線、畫矩形、畫圓等圖形繪制功能。

圖4 時鐘電路

結 語

基于PIC32MX664單片機的集中控制器運用其集成的豐富接口資源，具有較高的穩定性，已成功運用于實際工程項目中，表現出極好的抗干擾能力，明顯優于其他單片機。

編者注：本文為期刊縮略版，全文見本刊網站www.mesnet.com.cn。

［1］Microchip Technology Inc.PIC32MX Family Data Sheet，2009.

［2］竇振中.PIC系列單片機原理和程序設計［M］.北京：北京航空航天大學出版社，2003.

［3］Microchip Technology Inc.MPLAB ICE Emulator User's Guide，2009.

［4］廣州致遠電子有限公司.IPort－1嵌入式以太網轉串口模塊產品用戶手冊，2008.