基于MSC1210的电源控制模块的设计

摘要：介绍了基于MSC1210单片机设计的一个电源控制模块，它通过RS-485总线实现与上位机的通信，来控制电源的开关、调节和状态获取等，实践表明，该模块具有较高的可靠性、实时性和适应性。

关键词：RS-485；MSC1210；电源控制模块

在现今的现场级工业控制中，单片机以其体积小、功能强、功耗低、可靠性高和性价比高的特点，得到了广泛的应用。RS-485作为一种常见的串行接口总线，支持多节点、远距离和接受高灵敏度的总线标准，RS-485标准采用平衡式发送，差分式接收的数据收发器来驱动总线，具有抑制共模干扰的能力，所有这些特点使得RS-485标准成为集散式监控系统中现场级数据传输优先考虑的总线标准之一。本文介绍了一种基于MSC1210的单片机，应用于加速器电源监控系统中的现场监控模块，它通过RS-485总线与上位机进行通信，接收控制命令，同时反馈设备信息。

监控模块的硬件设计

单片机的选择

图1 单片机系统机构恶化功能框图

由于系统需要高精度的测量，进行实时快速控制，而且设备现场环境恶劣，设备要么是高电压，要么是高电流，现场存在极强的电磁干扰，在模块设计时我们选择了美国德州仪器公司（TI）的MSC1210单片机，它是一款功能很强的微处理器。集成了一个增强型8051内核，指令与8051完全兼容，提供8路24位△–∑A/D转换器；时钟频率可达33MHz，单周期指令执行速度达8MIPS，执行速度比标准8051快3倍；全双工UART，带FIFO的SPI端口；片内集成最高可达32kB的FLASH；可靠的工业标准电路：低电压检测、开路检测、看门狗时钟电路、宽的工作条件（电源：2.7V～5.25V，工作温度：-40°C～+85°C）。如此高的模拟和数字集成度和优越的性能，使得MSC1210能很好地适满足我们的控制要求。其系统结构和功能框图如图1。

模块的硬件结构
现场监控模块主要由信号输入、信号处理和信号输出3部分组成，信号输入通过MSC1210的P3，P2，AIN完成；信号处理由MSC1210内部电路通过编程来实现；信号的输出由P0，P1口实现。其硬件结构示意图如图2所示。

图2控制模块硬件结构示意

输入部分电路设计
由于工程控制要求，电源要接收上位机的命令，如开/关设备，调节电流（压），读状态/电流（电压），因此模块输入包括3部分：状态读入端，模拟量输入端，串口通信端。信号输入电路示意图如图3所示。

图3 信号输入电路示意

利用P3口的P3.0，P3.1和P3.5完成被控电源与上位机之间的串口双向数据通信，在P3口，外接了2片半双工485总线收发器MAX485，分别与P3.0和P3.1相连，一片\RE/DE引脚接地，用于接收上位机发送到RS-485总线上的数据，另一片\RE/DE引脚接P3.5，用于输出P3口的数据到RS-485总线上，此引脚的控制由程序实现，在设备由数据输出时置位，使用于输出的MAX485有效，否则，保持低电平。

P2口用于接收设备状态的读入。因为设备可提供16位的状态，而P2口只有8位，所以它外接了2片8位的总线收发器（74LS245），分别用P3.5，P3.6来选通，1次读回8位状态信号，由程序进行组合输出16位状态信号。

输出部分电路设计
输出部分主要由P0,P1口来完成，把从上位机接收的命令输出到设备。由于电源的开/关/复位操作只需8位状态量就可以完成，因此在P0口外接了1片永远保持选通的74LS245芯片，由8芯线缆直接输出8位状态量给设备。对于电源的调节电流的输出，我们通过P1口的扩展功能，由带FIFO的SPI端口，通过DAC8531输出给设备；P1.4，P1.5，P1.7口分别接DAC8531的/SYNC，DIN，SCLK管脚；/SYNC提供选通信号，当它保持低选通的情况下，SPI串口数据在SCLK的下降沿，1位接1位传送到DAC8531。电路图如图4。

图4 信号输出电路示意

软件设计

在控制过程中，用户操作指令通过RS-485总线发送，各个控制模块通过字符中断的方式接收命令字符，然后对命令进行解码，并根据解码后的命令判断，如果命令与自己的标识（设备号）相吻合则进行相应的操作，并返回执行结果；否则，置之不理。这里的命令格式已事先约定，格式如表1。

起始符设备号操作符读/写数据标志数据结束符在这里，设备号标志位用来标示对哪台设备进行操作；操作符标志位指示模块对设备的具体操作，是对电流，还是对电压操作，还是开、关和复位设备；读/写标志位指示模块对设备的读或写操作；当为写操作时，数据标志位有效“1”，则程序可在数据区域读到写设备的数据。图5给出了程序实现的流程。

图5控制模块程序流程

结束语

RS-485总线由于通信协议简单，使用和维护方便，是工业控制现场通信系统比较理想的选择。目前，在以单片机为核心部件的现场控制系统中，大多采用RS-485总线进行通信。本文所阐述的现场控制模块具有较高的可靠性、实时性和适应性，在实践中，已经满足现场控制的要求。