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摘要：
針對傳統電梯顯示系統的特性缺點，提出了基于STM8S的電梯LCD顯示屏系統設計，給出了其硬件設計方案和軟件工作流程。該設計顯示精度高、顯示功能豐富、抗干擾性好、結構簡單，符合現代智能電梯實時顯示的工作要求。
關鍵詞：
STM8S，LCD顯示屏，Modbus協議，設計流程
本文設計出一種基于STM8S的電梯專用LCD顯示屏系統，不但能精確顯示上下樓層、超載、滿載、消防、檢修等信號，還可以與電梯主控制板連接，實現顯示屏與電梯主控板的一體化控制。
1系統總體設計
基于STM8S的電梯LCD顯示屏系統是基于現代電梯技術和嵌入式系統技術的有機結合，采用意法半導體的高性能的8位內核處理器芯片作為整個控制器的處理運算核心［1］。系統中，STM8S芯片不斷地采集電梯系統的按鍵輸入信號，并對該信號進行實時處理，最后將結果通過lcd顯示屏顯示出來。有鑒于此，作者構建起基于STM8S的系統設計方案，結合數據收發電路和驅動接口線路構成整個LCD顯示屏系統。微控制器STM8S作為整個顯示屏系統的核心，它不但要對外呼按鍵信號進行采集處理、還需實時通過數據收發線路將數據傳遞給電梯運行主控板ARM9處理器（AT91SAM9263芯片），經由主控板確認并判斷執行，再發送指令給STM8S，由其通過驅動接口線路傳遞給LCD顯示屏，實現電梯運行信息的正確顯示。整個電梯運行過程中，STM8S都要實時地通過Modbus通信協議與電梯主控板ARM9處理器進行數據通信，以準確顯示外呼、上下樓層、超載、滿載等信息［2］，確保電梯運行安全。
2系統硬件電路設計
本系統選用ST公司新推出的高性能的8位微控制器STM8S103K3作為主控芯片，STM8S103K3使用先進架構的STM8內核、且具有三級流水線的哈佛結構和擴展指令集［3］，其靈活的靜態存儲器控制器使得它能很方便地與許多存儲器和外設連接，同時STM8S片上外設豐富，可以簡化系統外圍電路的設計。本系統主要硬件電路分別為數據收發線路、STM8S主控電路和LCD驅動接口線路，其中主控電路是整個系統的核心，數據收發線路和LCD驅動接口線路都是圍繞它進行設計的，對此下文將分別作論述。
2．1STM8S主控電路設計
主控電路采用的是核心芯片STM8S103K3微控制器，系統中所有的線路都與它相連接，包括時鐘電路、復位電路、上下樓層按鍵電路、數據收發線路、以及LCD液晶接口驅動電路。
2．2數據收發線路設計
數據收發線路是整個顯示屏控制系統的重要組成部分，是顯示屏系統和電梯運行主控板間的數據通道。本設計采用的是AnalogDevices公司推出的基于RS485／422通信協議的數據收發器件ADM487，其傳輸速率達到250kbps［4］，在本設計中的具體連接線路。ADM487的管腳A和B連接至電梯運行主控板ARM9處理器，通過Modbus協議收發主控板的運行指令，實現STM8S顯示屏系統與電梯運行主控板之間的數據通信；而RO和DI管腳則分別連接至STM8S微控制器的發送和接收端，并通過UART協議完成數據交換。具體設計時，考慮到數據傳輸的穩定性和抗干擾性，特增加了阻抗、感抗和穩壓電路。
2．3LCD驅動接口線路設計
LCD驅動接口電路設計選用和泰科技的專業液晶驅動HT1621芯片［5］來進行設計，其與LCD液晶的連接，主要用于完成LCD顯示屏系統數據的讀寫、擦除、控制數據的產生與傳輸、顯示明暗度的調節等功能。
3系統軟件設計
系統軟件主要包括3個部分：數據收發軟件、STM8S控制軟件和LCD液晶驅動軟件，3個部分協同工作實現對LCD液晶顯示屏的控制。
3．1數據收發軟件設計
LCD顯示屏系統的數據收發程序主要由兩部分構成：①STM8S和ADM487的UART串口驅動程序設計；②STM8S和ARM9的ModBus通信程序設計。其中，UART串口驅動程序的過程主要表現為緩沖區數據的讀取寫入及發送接收兩部分。而STM8S和ARM9的Modbus通信程序設計則較為復雜，也是整個軟件設計的難點，具體設計時，要針對STM8S和ARM9處理器的硬件情況，首先對系統進行初始化、開總中斷、然后對串口進行初始化、定時器初始化和變量初始化；等待串口接收中斷、如果有中斷，判斷正在接收標志是否為1，如果為1，則接收Modbus數據幀；當捕捉到Modbus幀接收完畢標志后，進入Modbus幀處理模塊，其過程包括對數據的解包、分析后組包；最后將組包后的Modbus回復消息幀發送給主機［6］。
3．2STM8S控制軟件設計
STM8S微控制器在整個系統中起著核心調度的作用，控制著系統中各功能模塊的工作狀態，其軟件設計要根據顯示屏的工作流程，采用自上而下的模塊化設計方法。主要程序包括外呼按鍵請求、按鍵信號轉接、中控信號處理、顯示模式算法設計、液晶驅動設置等。
3．3LCD液晶驅動軟件設計
LCD液晶驅動程序主要根據微處理器的控制，對輸出接口進行驅動，實現圖像數據的重構，把數據轉換為能直接用于LCD掃描信息的“0”和“1”編碼系列，并根據顯示屏驅動芯片HT1621的時序，將編碼系列傳輸到顯示屏上顯示［7］。主要包括LCD液晶初始化函數定義、控制時鐘及控制寄存器設置、數據緩沖幀設置、編碼信號與時序處理、分辨率像素等參數設置等。
4性能分析
基于STM8S的電梯顯示屏系統是軟硬件相結合的設計，經由IAR編譯程序后下載至顯示屏系統，并通過Modbus協議與電梯運行的ARM主控板聯通，測試系統的顯示效果。顯示屏能精確顯示樓層、超載、故障和檢修等電梯顯示信息。
5結束語
該系統在硬件上采用當下的主流STM8S103K3微控制器，軟件上采用顯示模式算法設計，能精確顯示上下樓層、超載、滿載、消防、檢修等信號。不但顯示精度高、顯示功能豐富，還具有高集成度、高可靠性和低功耗、低成本、體積小等優點，非常適合于電梯轎廂及樓道的工作環境，符合現代智能電梯實時顯示的設計要求。
作者：錢丹浩 劉萍萍 單位：南京科技職業學院 蘇州法奧電梯有限公司
參考文獻
［1］潘永雄．STM8S系列單片機原理與應用［M］．西安：西安電子科技大學出版社，2012：21－26
［2］郝博雅，管瑞．新一代液晶顯示系統設計與實現［J］．計算機測量與控制，2011（11）：2484－2487
［6］李芳芳．基于MODBUS協議的人機接口通信研究［D］．西安：長安大學，2009
［7］談衛星，胡建人．基于STM32的全彩LED顯示屏系統的設計［J］．電子器件，2011（6）：258－260
