1 控制面板硬件電路設計
    圖1為控制面板硬件電路圖。單片機ATmega32識別每個鍵動作，將矩陣按鍵的每個鍵動作編成碼(0x01~0x90)，并將編碼信息輸給PLC。由于編碼信息為0 V，5 V，而PLC能識別的電平信號為0 V，24 V，所以用OC門7407芯片將編碼信息(0 V，5 V)轉(zhuǎn)換為PLC能識別的信號(0 V，24 V)，PLC讀取編碼信息，執(zhí)行剝皮、扭線、裁線等相關動作，并將自動裁線剝皮扭線機工作狀態(tài)信息(0000～1111，每個編碼對應一種工作狀態(tài)信息)上傳到ATmega32。根據(jù)PLC輸出口內(nèi)部電路結(jié)構的特點如圖2所示，PLC輸出口是集電極開路電路，必須外接上拉電阻才能有高電平輸出，否則ATmega32無法檢測到PLC輸出口信息(高、低電平)的變化情況。SSC2AC40液晶在ATmega32控制下顯示編碼控制電路上的人工干預信息、錯誤提示信息、自動裁線剝皮扭線機工作狀態(tài)信息等，完成人機交互工作。
1．1 ATmega32單片機
    ATmega32是基于增強型AVR RISC結(jié)構的低功耗8位CMOS微控制器，以Atmel公司的高密度非易失性存儲器技術生成，支持片內(nèi)調(diào)試與編程，內(nèi)核具有豐富的指令集和32個通用工作寄存器。所有寄存器都直接與運算邏輯單元(ALU)相連接，1條指令可以在1個時鐘周期內(nèi)同時訪問2個獨立的寄存器，因此大大提高了指令操作碼效率，其數(shù)據(jù)吞吐率大約是普通CISC微控制器的10倍。8位RISC CPU與系統(tǒng)內(nèi)可編程的FLASH集成在1個芯片內(nèi)，使得ATmega32成為一個功能強大的單片機，為許多嵌入式控制應用提供了靈活而低成本的解決方案.

    作為通用數(shù)字I／O使用時，所有AVR I／o端口都具有真正的讀一修改一寫功能。每個端口都有3個I／0存儲器地址(數(shù)據(jù)寄存器PORTx、數(shù)據(jù)方向寄存器DDRx和端口輸入引腳PINx)。PA口定義為輸出，DDRA=0xff，將指令信息、錯誤提示信息、自動裁線剝皮扭線機工作狀態(tài)信息等輸送到SSC2AC40液晶顯示屏數(shù)據(jù)口DB0～DB7，PB口定義為輸入，DDRB=0x00，讀取矩陣鍵盤動態(tài)信息。PC口高3位設為輸出，分別接SSC2AC40液晶顯示屏的RS，R／W，E，輸出正確的時序，使液晶屏有效顯示相關信息。

    PD口的PDO～PD2設為輸入，DDRD=DDRD&0x07，接收PLC上傳的自動裁線剝皮扭線機工作狀態(tài)信息等。PD El的PD3~PI)6設為輸出，DDRD=DDRD&0x78，將矩陣鍵盤編碼信息發(fā)送給PLC。
    掉電后有關數(shù)據(jù)信息保存在ATmega 32內(nèi)部的1024 B E2PROM，下次再工作時，無需再另行輸入，直接調(diào)出原來的數(shù)據(jù)即可，大大節(jié)省調(diào)機時間。ATmega 32內(nèi)部的1 024 B E2PROM數(shù)據(jù)存儲器是一個獨立的數(shù)據(jù)空間，可以按字節(jié)讀寫，訪問由地址寄存器、數(shù)據(jù)寄存器和控制寄存器決定，至少能擦除100 000次。
    avr-libc對E2PROM存儲器讀寫API定義在eeprom．h中，包含形式如下：

    這樣就可以實現(xiàn)掉電后設定好的相關參數(shù)得以保存，開機后顯示關機前設定的參數(shù)。
1．2 SSC2AC40液晶顯示器
    SSC2AC40是40×2字符點陣式液晶顯示器，邏輯工作電壓4．5～5．5 V，驅(qū)動電壓3．O～5．0 V，工作電流(背光除外)2．5 mA，常溫下工作溫度O～50℃／寬溫下工作溫度一20～+70℃，典型的16腳接El、帶有LED邊光／底光，溫度范圍較廣，屬寬溫型，具有工作電壓低，微功耗，顯示信息量大和接El方便應用等優(yōu)點。現(xiàn)在已被廣泛應用于工業(yè)控制面板顯示和數(shù)字式儀表等領域，成為測試結(jié)果顯示和人機交互的重要工具。
    SSC2AC40數(shù)據(jù)El DB0～DB7接ATmega32的PA口，并行接收ATmega32發(fā)送的相關數(shù)據(jù)信息，RS，R／W，E分別接ATmega32的PC5～PC7，得到正確的時序，實時顯示有效信息，實現(xiàn)人機交互。

2 軟件設計
    圖3為控制面板程序流程圖。開機后顯示上一次關機前的信息，ATmega32讀取矩陣鍵盤，判斷鍵動作信息，執(zhí)行相關參數(shù)設定；設定無誤，按開始鍵，剝線機執(zhí)行進行剝皮、扭線、裁線等工作；工作過程中PLC將信息上傳給ATmega32，通過SSC2AC40顯示。

    編程語言以C為主，利用系統(tǒng)體積小，簡單易學，語法著色，多文檔，錯誤跟蹤好，界面友好的GCC的AVR c／c++編譯器和廣州天河雙龍電子有限公司的下載器SLISP作為開發(fā)工具，進行代碼生成、軟件測試和維護，開發(fā)一個操作方便、簡單易用、穩(wěn)定可靠且易于修改擴充的軟件系統(tǒng)。經(jīng)反復調(diào)試優(yōu)化，程序在樣機的使用中運行良好，顯示穩(wěn)定可靠，滿足系統(tǒng)要求。程序稍作修改便可移植到其他類型的單片機，有利于產(chǎn)品硬件更換，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期。

3 調(diào) 試
    (1)ATmega32 JTAG接口的TMS，TCK，TDO。TDl分別對應PC口的PC3～PC5；而在該設計中沒有用到JTAG接口，所以配置熔絲時要禁止使用JTAG接口功能，以免JTAG接口的TMS，TCK，TD0，TDI與PC3～PC5沖突。
    (2)由于使用機械開關按鍵，在觸點閉合或斷開的瞬間會出現(xiàn)電壓抖動。為保證對鍵動作的準確識別，采用軟件延時緩沖按鍵動作時的抖動，待信號穩(wěn)定后再進行鍵掃描，延遲時間大于10～20 ms即可。
    (3)液晶顯示屏置于控制面板上，工作環(huán)境的電磁干擾對顯示屏的工作有一定的影響，故該系統(tǒng)采取的主要抗干擾措施如下：設計LCD模塊的接口時，在VSS和VDD之間接入0．1μF的去耦電容，并接入10 μF或20μF的電源濾波電容，提高電源輸入的穩(wěn)定性。LCD模塊的工作電流僅為幾毫安，但其背光部分所需要的電流遠大于其工作電流，因此需將工作電源和背光電源分別布線。為避免其他可能的干擾源對液晶顯示過程的影響，采用軟件定時復位液晶屏，屏蔽異常顯示。
    (4)在編碼信息與PLC之間的電平轉(zhuǎn)換電路中，PLC的電源與7407輸出端的上拉電源一定要共負極。否則由于參考電壓不同，PLC輸入端獲取的電平不正常，無法有效識別編碼信息。

4 結(jié) 語
    該文研制的控制面板電路簡潔實用，編程靈活，成本低，抗干擾能力強，性能可靠，在反復測試中矩陣鍵盤工作正常；液晶屏有效屏蔽干擾源，顯示穩(wěn)定可靠，完成人機交互工作，適合用戶需求，具有廣泛的應用前景，對其他工業(yè)設備操作面板的研制有一定的參考價值。