針對目前市場上無DSP和觸摸屏直接通信的產(chǎn)品這一缺口，介紹了基于MODBUS協(xié)議的維控觸摸屏與TMS320F2812的串口通信系統(tǒng)。通過將 DSP的SCI串口和觸摸屏的串口連接，完成DSP的軟件編程和觸摸屏的組態(tài)畫面設計。經(jīng)過實驗調試，該系統(tǒng)能夠實現(xiàn)工作人員不同權限登錄密碼設置，實時數(shù)據(jù)、故障報警的顯示，閉環(huán)PID參數(shù)的在線修改等功能，且系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。

在現(xiàn)代工業(yè)控制中，最常用的人機接口界面依然采用的是鍵盤和液晶相結合的方式，要讓觸摸屏取代以前的人機接口界面，還存在一定的問題。在實際應用中，觸摸屏一般是針對可編程控制器PLC設計的，所以DSP與觸摸屏不能直接通信，必須根據(jù)觸摸屏的通信協(xié)議開發(fā)相應的通信程序。本文研究基于MODBUS協(xié)議的觸摸屏和DSP的通信方法，其中DSP使用TI公司的TMS320F2812，觸摸屏使用維控科技的LEVI700L.

1 DSP與觸摸屏的硬件電路連接

TI公司的TMS320F2812芯片有兩組SCI模塊，SCIA和SCIB.根據(jù)不同的需要，可以將這兩個串口分別設計轉換成RS232和 RS485.本文采用RS485實現(xiàn)DSP和觸摸屏的串行通信，RS485通訊相對于RS232通訊來說有抗電氣干擾和傳輸距離遠的優(yōu)點，所以在工業(yè)控制現(xiàn)場，利用RS485串口和觸摸屏LEVI700L進行通信。如圖1所示是將SCIB口通過MAX3485芯片設計成半雙工方式的RS485接口，即數(shù)據(jù)可以在兩個方向傳輸，可是不能同時傳輸。圖中RE、DE引腳為發(fā)送和接受使能端。DSP通過將引腳PWM2(A1)口設置成通用數(shù)字I/O口來控制使能端為1或0，即接收或發(fā)送。A、B引腳通過靜電保護芯片PSM712連接到RS485的接收端RS485A和發(fā)送端RS485B.圖中D1和D3發(fā)光二極管是為了監(jiān)測DSP正在接受或者發(fā)送數(shù)據(jù)。

觸摸屏LEVI700L帶有一個DB9串口，支持RS232/RS485/RS422，其中2、3、5用于RS232通信，1、6用于RS485通信。本設計中DSP和觸摸屏的通信采用RS485，因此，只需將圖1中的RS485A和觸摸屏DB9口的1引腳連接，RS485B與6引腳連接即可。

圖1 RS485串口通信電路設計

2基于MODBUS協(xié)議的通信程序設計

2.1 MODBUS協(xié)議的主從編程方法

觸摸屏和DSP按照MODBUS協(xié)議通信，將觸摸屏作為主站，DSP作為從站，串口連接采用RS485.觸摸屏和DSP的通信是有觸摸屏發(fā)起的，DSP采用中斷方式響應觸摸屏發(fā)送來的數(shù)據(jù)，非通信情況下DSP可以做其它更多的工作。當觸摸屏有數(shù)據(jù)發(fā)送給DSP時，觸發(fā)DSP接收中斷，DSP進入接收中斷服務子程序，此時，觸摸屏發(fā)送給DSP的是一個完整的數(shù)據(jù)幀，至少包含8個字節(jié)的數(shù)據(jù)長度，在完整讀取這組數(shù)據(jù)后，DSP對其進行處理。首先進行從設備站號匹配(本文中DSP站號設為07)，如果匹配不成功則DSP不響應觸摸屏的查詢，DSP不回送任何信息;如果匹配成功則進行CRC校驗，若 CRC校驗出錯，則查詢失敗，不返回數(shù)據(jù)信息;若CRC校驗正確，則進行下一步的命令解析，并返回給觸摸屏對應的數(shù)據(jù)信息。

下面簡要介紹如何從DSP中讀取幾個模擬量并顯示在觸摸屏上，讀可讀寫模擬量寄存器的功能碼是03.

觸摸屏發(fā)送的命令為：[設備地址] [功能碼03] [起始寄存器地址高8位] [低8位] [讀取的寄存器數(shù)高8位] [低8位][CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位]。

例如：07 03 00 03 00 02 34 6D.此命令說明要從DSP的起始地址為00 03的寄存器中讀取兩個模擬量。

此時，若設備地址匹配且CRC校驗正確，則DSP會返回數(shù)據(jù)給觸摸屏。

DSP返回的數(shù)據(jù)為：[設備地址] [功能碼03] [返回的字節(jié)個數(shù)][數(shù)據(jù)1][數(shù)據(jù)2]…[數(shù)據(jù)n][CRC校驗的低8位] [CRC校驗的高8位]。

例如響應上面的命令返回的數(shù)據(jù)為：07 03 04 00 10 0020 9C 2E.說明返回的模擬量為16和32.

2.2觸摸屏介紹及組態(tài)畫面的設計

觸摸屏LEVI700L是維控科技生產(chǎn)的7英寸真彩TFT，主板規(guī)格：RISC CPU 400MHz，128M Flash，64DDRAM.擁有一個DB9串口，支持RS232/RS485/RS422通信，另外包括一個USB Host和一個USB Slave.

觸摸屏LEVI700L配套的組態(tài)軟件為LEVI Studio，用戶界面友好，易于操作，支持離線和在線模擬。本文以觸摸屏在大功率晶閘管整流控制器中的應用為例，說明觸摸屏的畫面設計。主要有主界面、實時曲線查看整定畫面、參數(shù)調節(jié)畫面、工作模式查詢畫面，圖2給出主界面和實時曲線查詢畫面?？赏ㄟ^通訊口配置設置觸摸屏和DSP以及其他控制器進行連接，同時可選擇相應的通信協(xié)議，本設計中采用Modbus協(xié)議，串口參數(shù)設置為波特率：38400Kbps，停止位：1位，數(shù)據(jù)位：8位，無校驗。另外還需要配置各個部件的地址。如圖2中反饋電壓和電流的查看是個數(shù)字輸入/顯示部件，根據(jù)MODBUS協(xié)議要對其讀取地址進行編輯，使用功能碼3對其讀數(shù)據(jù)。從上節(jié)中觸摸屏發(fā)送數(shù)據(jù)的命令格式可知，需要設置DSP的站號和寄存器的類型以及起始地址。

圖2觸摸屏畫面設計

2.3從站DSP程序設計

若要觸摸屏和DSP通信成功，在DSP的串口初始化時就需要將串口參數(shù)設置的和觸摸屏一致，即波特率：38400Kbps，停止位：1位，數(shù)據(jù)位：8 位，無校驗。一旦二者通信成功，觸摸屏會根據(jù)部件設置向DSP發(fā)送相應的數(shù)據(jù)命令，如上節(jié)圖2中的反饋電壓和電流，觸摸屏上需要顯示從DSP中讀出的數(shù)據(jù)，就會發(fā)送命令：07 03 00 03 0002 34 6D.DSP接收到命令數(shù)據(jù)后的處理過程如圖3所示。

圖3數(shù)據(jù)通信流程圖

從圖3可以看出，DSP的程序設計主要包括初始化，接收和發(fā)送中斷子程序，MODBUS幀解析、處理及回應子程序，CRC碼驗證子程序。其中接收和發(fā)送中斷子程序的流程圖如圖4所示。

圖4接收和發(fā)送中斷子程序流程圖

3試驗調試

DSP和觸摸屏的通信接口調試分步驟進行，包括：觸摸屏串口測試、通信軟件的調試以及觸摸屏和DSP通信的試驗和調試。

1)觸摸屏串口測試：首先在LEVI Studio組態(tài)軟件中編寫畫面程序并且利用數(shù)據(jù)下載線將其下載到觸摸屏中，然后利用串口調試線將觸摸屏和PC機連接起來，通過串口調試工具可以查看到觸摸屏不斷向串口發(fā)送命令，同時串口調試工具也可以編寫正確的返回數(shù)據(jù)給觸摸屏。此時需要注意的是必須將觸摸屏的串口參數(shù)和串口調試工具的串口參數(shù)設置的一致才能通信成功。

2)通信軟件的調試：利用串口線將DSP電路板和PC機連接，在CCS中編寫好C語言程序后，利用仿真器和串口調試工具對主程序，數(shù)據(jù)接收和發(fā)送中斷子程序，MODBUS幀解析、處理及回應子程序，CRC碼驗證子程序進行仿真調試。

3)觸摸屏和DSP通信試驗和調試：通過上述兩個部分的調試后，按照圖1所示的硬件連接線路將DSP和觸摸屏連接起來。在此之前，需要將調試好的組態(tài)畫面程序下載到觸摸屏中，C語言程序固話到DSP的Flash中。最后，若通信成功，可從觸摸屏中看到相關數(shù)據(jù)，如圖5所示a為實時曲線圖，b為PID參數(shù)調節(jié)圖，其中給定電壓、電流，PID參數(shù)可以在線修改，c為權限設置界面，不同的工作人員權限不一致，在修改某些參數(shù)時需要輸入密碼。

圖5實驗結果圖

4結束語

本文設計了基于MODBUS協(xié)議的觸摸屏和DSP串行通信的硬件電路和軟件程序，經(jīng)過試驗調試說明該系統(tǒng)通信穩(wěn)定可靠，速率可達38400Kbps，實時性強。以大功率晶閘管整流控制器的應用為例，得出了相關的實驗數(shù)據(jù)，說明本文設計的系統(tǒng)滿足工業(yè)控制監(jiān)測顯示需要，同時由于觸摸屏在人機界面領域的顯著優(yōu)勢，本文提出的設計思路也可應用于其他工業(yè)控制器的人機接口通信。