基于单片机的控制设计

基于单片机主机对外围设备的控制设计

摘要：

为适用现场办公的时时控制，特采用单片机对外围设备的时时控制。通过显示屏及触摸屏进行人机交互，控制远程终端的服务器设备。本设计主要采用了LPC2138单片机控制系统来控制外部作业处理的处理情况。系统采用LCD显示模块，触摸屏控制模块，时间模块，终端串口接口模块以及I2C接口模块组成。

关键词：LCD显示模块，触摸屏控制模块，终端I2C口接口模块，微处理器LPC2138。引言：

本系统主要用于对外部现场的工作情况时时控制。在大多数情况下，比如在整个车间的工作中，对车间里的每一个工作环节的控制，主要通过串口和i2c口将工作状况传递给单片机主机。目前使用单片机的串口和i2c口进行数据的通信，技术已经很成熟，并且使用方便，操作简单，系统稳定性高。

系统的整体设计方案：

本系统采用飞利浦公司的微处理器LPC2138做为主控制芯片，其主要原因是内部集成了512kB的高速Flash存储器，避免了外扩Flash存储器。比普通的51单片机运行数度快，从而能够时时的监控多个外部设备。并且LPC2138具有高效，稳定，低耗，价格低的特点，因此本次设计采用了LPC2138做为主控制芯片。【1】

在整个生产或其它监控过程中，主CPU要时时的显示生产中各个端口（工作岗位）的工作进展情况，以便做出生产调整。为了满足这种需要。特设计此系统，它主要包括一下几个组成部分：1）显示屏显示部分；2）触摸屏采集部分；3）通信（与LPC2138端口的联机通信）整体设计如图1所示。

图1

系统硬件设计：

1.液晶显示功能部分

主控芯片通过LPC2138的P0.16-P0.23的8个I/O口作为控制LCD液晶屏的数据输入输出口，I/O口P0.25作为LCD液晶屏的写命令控制口，I/O口P0.26作为LCD液晶屏的读命令控制口，I/O口P0.27作为LCD液晶屏的命令和数据控制口，I/O口P0.28作为LCD液晶屏的片选控制口。液晶屏模组主要显示控制终端的信息以及人机交互的界面。

1.1液晶屏模组简介：

屏体显示部分采用单色液晶屏，它具有功耗小、字形美观等优点。现在的测控仪表和工控人机对话都大量采用了这类单色液晶屏。在液晶显示器和单片机之间的接口电路，通常采用专用的IC，SEDl335液晶控制器就是其中的一种。我们选用的液晶显示器为320x240的点阵型液晶显示器，显卡芯片采用SEDl335系统。SEDl335是日本SEIKO EPSON公司出品的液晶显示控制器。具有较强功能的I／O缓冲器，指令功能丰富，四位数据并行发送。接口部分具有功能较强的I／O缓冲器，单片机访问SEDl335不需要判其“忙”．SEDl335可随时接受单片机的访问，并及时地把单片机发来的指令、数据传输就位；控制部分由振荡器、功能逻辑器、显示RAM管理电路、字符库及驱动时序电路的时序发生器组成；驱动部分具有各显示区的合成显示能力．传输数据的组织功能及产生液晶显示模块所需的时序。其最多可管理64KB的显示存储器，SEDl335可外扩展32KB的显示存储器。SEDl335将32KB的显示RAM分为文本显示特性区和图形显示区2个显示特性区。

下图为CPU控制液晶屏显示电路原理图：CPU通过I/O口给液晶屏的D0-D7口传输数据，液晶屏的C/D，WR，RD，LCD口是控制总线口【2】。电阻RP1用来控制调节液晶屏的对比度。具体图如下：

2.触摸屏采集部分

采用4线电阻式的触摸屏。运用TI公司专为四线电阻式触摸屏设计的专用芯片ADS7843来对触摸屏的触摸信号进行采集。

2.1电阻式的触摸屏

触摸屏作为一种全新的输入设备，具有坚固耐用、反应快、节省空间、易于交流等许多优点，利用这种技术，我们要用手指轻轻地指碰计算机显示屏上的图符或文字就能实现与主机操作，从而使人机交互更为直截了当。

触摸屏按照工作原理和传输信息的介质可分为四种，分别为电阻式、红外线式、电容感应式以及表面声波式。电阻式触摸屏利用压力感应进行控制，它用两层高透明的导电层组成触摸屏，当手指按在触摸屏上时，该处两层导电层接触，电阻发生变化，在X和Y两个方向上产生信号,然后送给触摸屏控制器。

2.2触摸屏控制器ADS7843

ADS7843是TI公司专为四线电阻式触摸屏设计的专用口芯片,它可以方便地与单片机接口,对转换信号进行处理和计算，它是一个具有可编程的逐次逼近型A/D转换器,带有一个同步串行接口,可支持高达125KHZ的换速率。它有4路模拟信号输入通道，X+、Y+是触摸屏输入通道，IN3、IN4是两个辅助模拟输入通道。

ADS7843连接触摸屏的示意图如图4所示。

ADS7843和触摸屏连接图

触摸屏是一个四线电阻屏幕，可以示意出两个电阻，测量X方向的时候，将X+,X-之间加上参考电压Vref，Y-断开，Y+作为A/D输入，进行A/D转换获得X方向的电压，同理测量Y方向的时候，将Y+，Y-之间加上参考电压Vref，X-断开，X+作为A/D输入，进行A/D 转换获得Y方向的电压，之后再完成电压与坐标的换算。整个过程类似一个电位器，触摸不同的位置分得不同的电压。【3】

3.通信部分

本系统主要是为实现单片机对远程终端设备的监视和控制。

3.1串口通信

本通信是单片机与终端客户采用异步串行通信方式进行数据交换．LPC2138单片机片内有2个串行I／O端口．通过引脚RXD0(P0．1)和TXD0(P0．0)以及引脚RXD1(P0．9)和TXD1(P0．8)可与终端外设进行全双工的串行异步通信。相比同步方式具有简单易实现、传输距离较长的优点。【4】【5】【6】

3.1.1 MAX3232芯片

MAX3232芯片一款兼容RS232标准的芯片。由于电脑串口RS232电平是-10v~+10v，而一般的单片机应用系统的信号电压是TTL电平0~+3.3v,MAX3232就是用来进行电平转换的,该器件包含2驱动器、2接收器和一个电压发生器电路提供TIA/EIA-232-F电平。

该器件符合TIA/EIA-232-F标准，每一个接收器将TIA/EIA-232-F电平转换成5V TTL/CMOS电平。每一个发送器将TTL/CMOS电平转换成TIA/EIA-232-F电平。

3.1.2 MAX3232主要特点

1、单3.3/5V电源工作

2、 LinBiCMOSTM工艺技术

3、两个驱动器及两个接收器

4、±30V输入电平

5、低电源电流：典型值是8mA

6、符合甚至优于ANSI标准 EIA/TIA-232-E及ITU推荐标准V.28

7、ESD保护大于MIL-STD-883（方法3015）标准的2000V

下图为CPU与外部接口的RS232电平转换的电路图：