基于STC11通用數(shù)字顯示控制器設(shè)計(jì)

廖湖鋒，任德均，宋海亮，鄧聰穎

（四川大學(xué)，四川成都 610065）

基于STC11通用數(shù)字顯示控制器設(shè)計(jì)

廖湖鋒，任德均，宋海亮，鄧聰穎

（四川大學(xué)，四川成都 610065）

針對(duì)市場(chǎng)對(duì)顯示變化數(shù)字的需求，提出了一套基于STC11F02E，采用遠(yuǎn)程控制更新顯示的通用控制器設(shè)計(jì)方案。詳細(xì)介紹了系統(tǒng)電源供給電路、通訊接口電路等硬件電路及系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)了通過(guò)485通訊進(jìn)行遠(yuǎn)程更新顯示數(shù)據(jù)。經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)，本設(shè)計(jì)合理，控制器運(yùn)行穩(wěn)定。

STC11F02E；遠(yuǎn)程控制；485通訊

0 引言

通用數(shù)字顯示控制板控制數(shù)碼管相比于一般的驅(qū)動(dòng)板最大的優(yōu)點(diǎn)就是可以遠(yuǎn)程控制更新數(shù)字顯示。本控制板基于STC11F02E單片機(jī)，RS-485具有通訊距離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、傳輸速度快的優(yōu)點(diǎn)[1-2]，所以采用485總線傳輸數(shù)字更新信號(hào)，經(jīng)單片機(jī)后再由驅(qū)動(dòng)芯片驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管更新數(shù)字。

1 方案總體設(shè)計(jì)

通過(guò)485總線把控制信號(hào)傳給單片機(jī)STC11F02E，單片機(jī)接受數(shù)據(jù)后再控制驅(qū)動(dòng)芯片來(lái)點(diǎn)亮數(shù)碼管，方案總體框圖如圖1。

圖1 系統(tǒng)總體框圖

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)是由中央處理器、電源模塊、通訊總線和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)三個(gè)部分組成。

2.1 單片機(jī)部分

本系統(tǒng)核心處理器采用20引腳封裝的STC11F02E芯片，該芯片是STC生產(chǎn)的單始終、機(jī)器周期（1T）的單片機(jī)，是高速、低功耗、超強(qiáng)抗干擾的新一代8051單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，但速度快8～12倍。內(nèi)部集成高可靠復(fù)位電路，針對(duì)高速通信、智能控制和強(qiáng)干擾場(chǎng)合。

本系統(tǒng)MCU應(yīng)用電路如圖2[3]所示，Y1是11.059 2 M晶振，為MCU提供時(shí)鐘。S1是撥碼開(kāi)關(guān)，可為不同的控制板編號(hào)，本設(shè)計(jì)采用了4位地址撥碼，所以最多可以為16個(gè)不同控制板編號(hào)，而撥碼開(kāi)關(guān)第五位是控制485信號(hào)A、B之間是否接終端電阻。JP3是寫(xiě)程序接口，通過(guò)JP3口可以在線對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。

圖2 MCU核心電路圖

圖3 電源電路

STC11F02E的P32引腳控制接收485信號(hào)，P33引腳是給驅(qū)動(dòng)芯片顯示數(shù)據(jù)。P34引腳是對(duì)驅(qū)動(dòng)芯片的片選，P35引腳是給驅(qū)動(dòng)芯片提供串行時(shí)鐘。

2.2 電源部分

MCU和數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片電源都是5 V，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的485通訊可以有16個(gè)節(jié)點(diǎn)，如果串用一個(gè)5 V電源，那么在后幾個(gè)的控制板電源將低于5 V，甚至達(dá)不到讓芯片正常工作的電壓。所以設(shè)計(jì)用外部一個(gè)12 V的恒壓電源給所有控制板供電。每塊控制板用降壓DC/DC轉(zhuǎn)換器R1240N001B與外圍電路可得到一個(gè)非常接近5 V的恒壓電源，電路如圖3，VCC=VFB·(R01+R02)/ R02=4.995 V。而控制板整體設(shè)計(jì)功率很低，遠(yuǎn)低于R1240N001B的額定功率。

2.3 通訊總線部分

RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等優(yōu)點(diǎn)，所以系統(tǒng)采用485總線傳輸，選用MAX485ESA作為總線的驅(qū)動(dòng)芯片，總線通訊原理圖如圖4，由于考慮到傳輸距離問(wèn)題，需要給較遠(yuǎn)的RS-485加一個(gè)終端負(fù)載電阻R3（120歐姆）以減弱反射信號(hào)干擾。JP1和JP2是總線接口，因?yàn)樵O(shè)計(jì)支持多支點(diǎn)，所以用兩個(gè)接口直接相連，并連接到驅(qū)動(dòng)芯片上。

2.4 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)部分

圖4 485總線通訊原理圖

現(xiàn)在兩位的數(shù)字顯示已經(jīng)很少用，更多的是四位或者更多位，所以選用可驅(qū)動(dòng)八個(gè)數(shù)碼管MAX7221EWG芯片。該芯片采用三線式串行方式，接口電路兼容于SPI、QSPI、MICRWIRE等方式，占用口線較少；用模擬和數(shù)字兩種亮度控制方式，亮度調(diào)節(jié)更方便；允許用戶為每個(gè)數(shù)碼管單獨(dú)選擇譯碼方式，可為BCD譯碼或無(wú)譯碼兩種方式，減少軟件的編程工作。

圖5 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路

數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路如圖5。本設(shè)計(jì)采用四個(gè)雙色（紅色和綠色）數(shù)碼管，由數(shù)碼管的第一和第五引腳來(lái)選擇顏色，所以相當(dāng)于驅(qū)動(dòng)八個(gè)數(shù)碼管, DIG0-DIG7引腳控制數(shù)碼管的選通，SEG A-SEG G以及SEG DP引腳控制數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)。

圖6 主程序流程圖

MAX7221EWG芯片的第一、第十二和第十三引腳分連接到MCU的相關(guān)引腳，以接收串行時(shí)鐘和顯示數(shù)據(jù)。

3 軟件設(shè)計(jì)

軟件使用C語(yǔ)言編寫(xiě)，軟件模塊主要有串口通信、存儲(chǔ)、實(shí)時(shí)時(shí)鐘、中斷系統(tǒng)、電源管理等模塊。

3.1 主程序

主程序流程如圖6，上電時(shí)，MCU就是控制數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片顯示數(shù)據(jù)，同時(shí)檢測(cè)有沒(méi)有更新數(shù)據(jù)信號(hào)，如沒(méi)有就一直保持，如果接收到更新數(shù)據(jù)信號(hào)，便立刻改變數(shù)碼管數(shù)據(jù)。

3.2 總線通訊程序

485通訊模塊程序流程如圖7，為確保數(shù)據(jù)的正確性，采用雙字節(jié)校驗(yàn)。

圖7 485信號(hào)接收流程圖

4 結(jié)束語(yǔ)

該控制板的硬件和軟件均調(diào)試成功，并已經(jīng)在成熟的設(shè)備上正常運(yùn)行較長(zhǎng)時(shí)間。控制板設(shè)計(jì)功耗很低，穩(wěn)定性高，可用于自動(dòng)售貨機(jī)、超市等需要顯示數(shù)字的設(shè)備或場(chǎng)所。控制板體積也非常小，基本上就是4個(gè)數(shù)碼管的體積，節(jié)省空間，且成本低廉。

［1］王丁磊，馮冬青.RS-232至RS422/485接口多路轉(zhuǎn)換電路［J］.河南廣播電視大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（03）：75-77.

［2］宋素華，杜朝紅.VxWorks下基于RS485串口的光學(xué)瞄準(zhǔn)設(shè)備控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2012（7）：82-84，236.

［3］沙占友，王彥朋，盂志永.單片機(jī)外圍電路設(shè)計(jì)［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

(編輯：向 飛)

圖10 定模裝配部件

圖11 創(chuàng)建動(dòng)模鑲塊

圖12 創(chuàng)建動(dòng)模板

圖13 動(dòng)模板導(dǎo)套

圖14 動(dòng)模板導(dǎo)套裝配

圖15 創(chuàng)建支撐板

圖16 導(dǎo)柱與斜銷組件

圖17 動(dòng)模部件圖

圖18 罩殼壓鑄模具裝配模型

（11）調(diào)用緊固螺釘?shù)葮?biāo)準(zhǔn)件，將其添加至動(dòng)模裝配體和定模裝配體中，保存上述兩個(gè)裝配體；

（12）完成動(dòng)模裝配體與定模裝配體的自底向上合模裝配，獲得罩殼壓鑄模具裝配模型。

5 結(jié)束語(yǔ)

結(jié)合UG NX裝配建模功能，依據(jù)壓鑄模具功能部件裝配約束關(guān)系，進(jìn)行壓鑄模具裝配建模設(shè)計(jì)方法研究。壓鑄模具混合裝配建模方法通過(guò)特征三維裝配約束關(guān)系，使壓鑄模具裝配建模與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)成為一個(gè)相互關(guān)聯(lián)的統(tǒng)一整體，在壓鑄模具由上至下層層進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)了壓鑄模具并行設(shè)計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

［1］陳金城.壓鑄生產(chǎn)與技術(shù)［Z］.北京：中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)壓鑄分會(huì)，2007.

［2］劉六法.中英日鑄造常用詞典［Z］.北京：中國(guó)鑄造協(xié)會(huì)壓鑄分會(huì)，2008.

［3］林勇，王錦紅，譚哲豪，等.真空壓鑄技術(shù)研究與鋅合金高真空壓鑄工藝［J］.機(jī)電工程技術(shù)，2013（8）：102-105.

［4］徐紀(jì)平.壓鑄工藝及模具設(shè)計(jì)［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

第一作者簡(jiǎn)介：高 峰，男，1966年生，黑龍江雞西人，碩士研究生，高級(jí)工程師。研究領(lǐng)域：機(jī)械教學(xué)與管理。

(編輯：阮 毅)

Design on Universal Digital Display Controller Based on STC11 Microprocessor

LIAO Hu-feng，REN De-jun，SONG Hai-liang，DENG Cong-ying
（Sichuan University，Chengdu610065，China）

Figures for the market demand for the changing digital display,this paper presents a design of remote controlling the updates of the digital display based on STC11F02E microprocessor.It mainly introduces the details of the system power supply circuits, communication interface circuits and the design methods of software.It fulfills the updates of the digital display by 485 communication. After testing,the design of the acquisition instrument is reasonable，and the controller goes well.

STC11F02E microprocessor；remote control；485 communication

TP29

A

1009－9492(2014)03－0056－04

10.3969/j.issn.1009-9492.2014.03.017

廖湖鋒，男，1988年生，重慶人，碩士研究生。研究領(lǐng)域：嵌入式系統(tǒng)，機(jī)電控制工程。

2013－09－18