轿厢串行通讯板说明书.docx

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轿厢串行通讯板说明书

轿厢串行通讯板设计说明书

1简介

1.1功能介绍

轿厢串行通讯板是电梯轿厢内部呼梯的设备，主要安装在轿厢内。

其将乘客目的楼层通过串行通讯总线发送给电梯控制器，在按下内召板的楼层按钮时，点亮电源灯，等到手指松开按钮时，通过轿厢串行通讯板上的达林顿驱动管的漏电流给LED灯提供电流，因而保持灯一直亮着，直到到达目的楼层，灯熄灭。

1.2轿厢串行通讯板内部结构框图

如图1-2所示为轿厢串行通讯板内部结构框图。

图1-2轿厢串行通讯板内部结构框图

2硬件设计

2.1主控芯片电路设计

通讯板主芯片采用的是M0516，如图2-1所示主控芯片外围电路原理图，它是ARM®Cortex™-M0内核的32位微控制器,延续ARM公司最小型、最低功耗、低闸数、精简指令集的Cortex-M0处理器,是一款具有很高性价比的产品。

为了给单片机提供工作信号脉冲，在XTAL2与XTAL1之间并联一只12M晶振，在晶振的两引脚处接入两个10pf-50pf的瓷片电容接地来削减偕波对电路的稳定性的影响，在本文设计中选择20pf的C28、C30电容。

查阅手册可知，必须在LOD_CAP上串联一直10uF的电容C31。

图2-1主控芯片外围电路原理图

2.2HCF4094工作原理简介及电路设计

2.2.1HCF4094工作原理简介

HCF4094是移位存储总线寄存器:

HCF4094是带输出锁存和三态控制的串入并出高速转换器，具有使用简单、功耗低、驱动能力强和控制灵活等优点。

如图2-2-1所示HCF4094的电路原理图。

设置M0516的P4.7为数据输出端，数据输出到HCF4094的DATA引脚口，其中

（1）脚为锁存端，

（2）脚为串行数据输入端，（3）脚为串行时钟端。

（1）脚为高电平时，8位并行输出口Q1-Q8在时钟的上升沿随串行输入而变化；

（1）脚为低电平时，输出锁定。

利用锁存端可方便地进行片选和级联输出控制。

（15）脚为并行输出状态控制端，（15）脚为低电平时，并行输出端处在高阻状态，在用HCF4094作显示输出时，可使显示数码闪烁。

（9）脚QS、（10）脚Q′S是串行数据输出端，用于级联。

QS端在第9个串行时钟的上升沿开始输出，Q′S端在第9个串行时钟的下降沿开始输出。

此通讯板只用了Q′S串行数据输出端，工作时数据从第四块HCF4094输入到CSBE输出端。

Q1-Q8并行数据输出到TD62783AFG的输入端。

图2-2-1HCF4094的电路原理图

2.2.2HCF4094电路设计

如图2-2-1所示HCF4094与TD62783AFG之间的电路设计，HCF4094的电源与地之间接入一个0.1uF的电容，主要是起到去耦的作用。

如图2-2-2所示，HCF4094的每个输出端（Q1-Q8）与TD62783AFG的输入端（I1-I8）之间需要连接一个下拉电阻。

若无下拉电阻，HCF4094处于无序状态，呈高阻输出，因此在此之间需要接一个下拉电阻，把高电平变为低电平。

在此板上，只需要选择几十K

的电阻即可，可选33K

47K

等等电阻，在这里选用了33K

电阻。

图2-2-2HCF4094与TD62783AFG之间的电路设计

2.3TD62783AFG工作原理简介及电路设计

2.3.1TD627G83AF工作原理简介

TD62783AFG是一个8路达林顿驱动器，8个输入端输入的是电压信号，8个输出端输出的是灌电流信号，主要用于继电器，灯的驱动。

在此板中用于32盏（LED0--LED31）按钮灯的点亮。

如图2-3-1所示TD62783AFG引脚定义。

图2-3-1TD62783AFG的引脚定义

2.3.2TD627G83AFG电路设计

达林顿驱动管的电压为24V，在电源与地之间接入两个电容，起到加强滤波作用，减小干扰，一般电容大小取0.1uF，10uF。

0.1uF是起到滤高频的作用，10uF是起到滤低频的作用。

在TD62783AFG的输出端接入一个39R的电阻到外设接口上，起到防止短路的作用。

其阻值计算公式如下：

，其中查表得U为24V，

为TD62783AFG的输出电流，计算得出R=48

，48

不是常见电阻，在这里选择39

，同样对电路也能起到短路保护的作用。

如图2-3-2所示TD62783AFG外围电路原理图。

图2-3-2TD62783AFG外围电路原理图

2.4按钮电路的设计

在此板中有32个按钮，如图2-4所示按钮电路原理图，为其中的八个按钮电路。

当其中有按钮按下，会输出一个高电平给LM339。

图2-4按钮电路原理图

2.5LM339的工作原理及电路设计

2.5.1LM339的工作原理

LM339是四电压比较器集成电路，该板由八块LM339组成，如图2-5-1所示LM339的引脚定义。

（1）

（2）（13）（14）是输出端，（4）（6）（8）（10）是反向输入端，（5）（7）（9）（11）是正向输入端，其中（3）所接电压为24V。

图2-5-1LM339的引脚定义

2.5.2LM339电路设计

如图2-5-2所示LM339外围电路原理图，在外设接口接入一只开关二极管，防止反接。

再串入三只1K2

的电阻到地。

在第三只电阻上并联个8V稳压管，再接入LM339的方向输入端。

当按钮按下时，相应的反向输入端的电压大于正向输入端电压，输出管饱和，相当于输出端接低电平。

当按钮未按下时，正向输入端电压高于反向输入端，输出管截止，相当于输出端开路。

在此板中，从引脚（4）（6）（8）（10）输入电平信号，从引脚

（1）

（2）（13）（14）输出电平信号。

LM339是集电极开路的，所以要加上拉才能有高电平输出，所以在输出端

（1）

（2）（13）（14）分别要串一个33K

上拉电阻。

图2-5-2LM339外围电路原理图

2.6HEF4021BT的工作原理及电路设计

2.6.1HEF4021BT的结构

由LM339输出端的总共32个电平信号输入到HEF4021BT中，该板有4块HEF4021BT，HEF4021BT是一个8位静态移位寄存器（并入串出转换器），如图2-6-1所示HEF4021BT引脚定义。

（1）（4）（5）（6）（7）（13）（14）（15）为并行数据输入，

（2）（3）（12）为缓冲并行输出，（11）为串行数据输入，（10）为时钟输入，（9）为并行负载输入。

图2-6-1HEF4021BT的引脚定义

2.6.2HEF4021BT数据输入输出的原理及电路设计

如图2-6-2所示HEF4021BT时序图。

图2-6-2HEF4021BT时序图

从时序图可知，当CP没有产生脉冲并且DS没有数据PL是高电平时，Q5输出的是D5上的电平信号，Q6输出的是D6上的电平信号，Q7输出的是D7上的电平信号。

对于此块板子，Q5、Q6不输出，只用了Q7，所以Q7将输出D7上的电平信号。

只有在CP为上升沿，当DS有数据，PL为低电平的时候，Q7才会输出DS上传输的数据。

DS数据进入第一块HEF4021中，再由Q7传到下一块HEF4021的DS上，最后由第四块的HEF4021的Q7引脚把数据传到CSBE（SLP的扩展板）的输入端（为了测试板还有没接扩展模块）。

在电源与地之间接一个0.1uF的电容，起到去耦作用。

2.7系统通讯功能电路的设计

由于工业环境的复杂干扰，使得信号在传输过程中会发生错误。

因此在工业领域中大量使用串行通信来进行数据传输。

RS485接口是平衡驱动器和差分接收器的组合，抗共模干扰能力强，在电梯控制系统中广泛运用，本文设计的轿厢串行通讯板就是通过RS485总线与主控制器通讯。

此通讯板采用的是485通讯方式，如图2-7所示串行通讯接口的电路原理图。

其收发器是TJA1050，由它的电气特性可知，当1.5V≤V_CANH-V_CANL≤3V时，表示为显性；当-500mV≤V_CANH-V_CANL≤50mV时，表示为隐性。

主控制芯片在通讯过程中通讯的信息，高低电平经过TJA1050的转换，对应表现为隐性和显性。

即当CANH>CANL时是低电平，反之为高电平。

为了避免电路中浪涌或尖峰对TJA1050的损害，在电路中加入5V双向TVS管（T1、T2）并接地，以保证输入CANL和CANH的电压保持在安全范围内，同时起到钳制CANL和CANH之间的压差，减少通讯过程中的干扰影响。

为了在TJA1050不发送数据的情况下，使总线呈现隐性，以免主控制芯片被频繁中断，因而在本文设计中加入CANL与CANH加个10K上拉电阻与10K的下拉电阻。

在CANH与CANL两线之间连接120

的终端电阻，以减少线路上传输信号的反射，增加传输的抗干扰能力。

图2-7串行通讯接口的电路原理图

2.8供电电路设计

如图2-8所示为电源输入DC24V转换DC5V输出的电路原理图。

P1是DC24V电源输入端，在前端电路24V接口上使用一个D82（FR607）与R190，起保护作用。

FR607的使用可以防止擦头接反时，反向电流对硬件系统的破坏。

由于输入的24V电源不可避免地带有大量干扰杂波，为了输入电源的平滑滤波，本文设计中使用CE2电解电容滤除输入电压的低频纹波。

R191,R192,D83（LED0）组成24V供电指示灯。

C35，C32分别滤除高、低频率的干扰纹波，电压经过线性稳压器件P2的转换后输出5V电压，电容C36,C33作为去耦电容使用。

在P1的1脚串联一个TVS管（D81），起到浪涌保护作用，防止电压不超过30V，如果超过了30V则TVS管把电压吸收掉。

图2-8电源输入DC24V转换DC5V输出的电路原理图

2.9轿厢串行通讯板的输入输出扩展接口设计

轿厢串行通讯板输入端与主芯片相连接。

若此块通讯板的port口数不能满足实际使用数，则轿厢串行通讯板输出端与下一块的CSBE（串行通讯板的扩展模块）的输入端相接。

如图2-9所示轿厢串行通讯板输入端与输出端的外围电路原理图。

图2-9轿厢串行通讯板输入端与输出端的外围电路原理图

附录

轿厢串行通讯板原理图