[实用新型]一种基于C8051F040的矿用通信分站

摘要

一种基于C8051F040的矿用通信分站，目的是实现井下监测、故障诊断和预警系统实时数据集中上传；本实用新型包括微控制器单元、以太网接口单元、CAN总线接口单元、RS-485总线接口单元、键盘与液晶显示单元和RS-485信号调制解调单元；微控制器单元包括单片机、32k外部RAM、JTAG接口；以太网接口单元包括以太网控制器CP2200和集成RJ45网络接口；CAN总线接口单元包括两组光电耦合器TLP521、CAN控制器和CAN总线驱动器PCA82C250；RS-485总线接口单元包括三组光电耦合器TLP521和RS-485总线驱动器MAX487；键盘与液晶显示单元包括三组光电耦合器TLP521、键盘和液晶显示器；RS-485信号调制解调单元包括RS-485总线驱动器MAX487、反相器74HC04、高速光电耦合器6N137、光电耦合器TLP521、单稳态触发器74HC123、方波发生器NE555、电压跟随器LF353和电压比较器LM311。

主权项

一种基于C8051F040的矿用通信分站，其特征是包括微控制器单元、以太网接口单元、CAN总线接口单元、RS‑485总线接口单元、键盘与液晶显示单元和RS‑485信号调制解调单元；微控制器单元包括单片机(MCU1)、32k外部RAM(U1)、JTAG接口(J1)；单片机(MCU1)为C8051F040单片机，Silicon Laboratories公司生产的完全集成的混合信号系统级芯片；32k外部RAM(U1)采用ISSI公司的高速低功耗芯片IS62LV256AL；单片机(MCU1)的地址总线A0‑A14与外部RAM(U1)的地址总线A0‑A14连接，单片机(MCU1)的地址总线A15与外部RAM(U1)的片选线/CE连接，单片机(MCU1)的I/O口P7.0‑P7.7与外部RAM(U1)的D0‑D7连接；JTAG接口(J1)与单片机(MCU1)上的四个专用引脚TCK、TMS、TDI和TDO连接；以太网接口单元包括以太网控制器(U11)CP2200和集成RJ45网络接口(JP1)；以太网控制器(U11)CP2200是Silicon Laboratories公司生产的单芯片以太网控制器；集成RJ45网络接口(JP1)为标准以太网通信接口；以太网控制器(U11)CP2200的地址总线A0‑A7与C8051F040单片机(MCU1)的地址总线A0‑A7连接，C8051F040单片机(MCU1)的地址总线A15经过反相器U28与以太网控制器(U11)CP2200的片选端/CS连接，以太网控制器(U11)CP2200的数据总线D0‑D7与C8051F040单片机(MCU1)的数据总线D0‑D7连接；以太网控制器(U11)CP2200通过串行总线TX+、TX‑、RX+和RX‑与集成RJ45网络接口(JP1)连接；CAN总线接口单元包括两组光电耦合器(U12/U13)TLP521、CAN控制器和CAN总线驱动器(U14)PCA82C250；CAN控制器为单片机(MCU1)内部集成的BOSCH CAN控制器，CAN总线驱动器(U14)为PCA82C250；单片机(MCU1)内部CAN控制器的串行通信总线CANTX和CANRX连接至光电耦合器(U12/U13)TLP521的一侧，光电耦合器(U12/U13)TLP521的另一侧与CAN总线驱动器(U14)PCA82C250的TXD和RXD连接；RS‑485总线接口单元包括三组光电耦合器(U15/U16U17)TLP521和RS‑485总线驱动器(U18)MAX487；单片机(MCU1)的串行通信总线TX0和RX0经过光电耦合器(U15/U17)TLP521隔离后与RS‑485总线驱动器(U18)MAX487的DI和RO连接，单片机(MCU1)的I/O口P4.0经过光电耦合器(U16)TLP521隔离后与RS‑485总线驱动器(U18)MAX487的EN连接；键盘与液晶显示单元包括三组光电耦合器(U7/U8/U9)TLP521、键盘和液晶显示器；键盘共设SET、UP和DOWN三个独立按键，SET键(S2)连接至光电耦合器(U7)TLP521的一侧，光电耦合器(U7)TLP521的另一侧连接至单片机(MCU1)的P2.4和/INT0，UP键(S3)连接至光电耦合器(U8)TLP521的一侧，光电耦合器(U8)TLP521的另一侧连接至单片机(MCU1)的P2.5，DOWN键(S4)连接至光电耦合器(U9)TLP521的一侧，光电耦合器(U9)TLP521的另一侧连接至单片机(MCU1)的P2.6；液晶显示器为128×64点阵式液晶显示模块U6，U6的数据总线DB0‑DB8与C8051F040单片机(MCU1)的I/O口P3.0‑P3.7连接，液晶显示模块(U6)的控制线RS、R/W、E和RST分别与C8051F040单片机(MCU1)的I/O口P2.0、P2.1、P2.2和P2.3连接；RS‑485信号调制解调单元包括RS‑485总线驱动器(U31/U32)MAX487、反相器(U29)74HC04、高速光电耦合器(U24/U25/U30)6N137、光电耦合器(U10)TLP521、单稳态触发器(U23/U26)74HC123、方波发生器(U33)NE555、电压跟随器(U27)LF353和电压比较器(U22)LM311；调制通道中，RS‑485总线驱动器(U32)MAX487的RX经过反相器(U29)74HC04反相后连接到高速光电耦合器(U30)6N137的一侧，高速光电耦合器(U30)6N137的另一侧连接到方波发生器(U33)NE555的RST和单稳态触发器(U26)74HC123的1B；方波发生器(U33)NE555的输出端OUT与RS‑485总线驱动器(U31)MAX487的TX端连接；解调通道中，电压跟随器(U27)LF353的输出端1OUT连接到电压比较器(U22)LM311的V+，电压比较器(U22)LM311的输出端VO连接至高速光电耦合器(U24)6N137的IN，高速光电耦合器(U24)6N137的输出端OUT连接至单稳态触发器(U23)74HC123的1B端，单稳态触发器(U23)74HC123的输出1Q与光电耦合器(U10)TLP521连接，光电耦合器(U10)TLP521的另一侧连接至反相器(U29)74HC04，反相器(U29)74HC04的输出连接到RS‑485总线驱动器(U32)MAX487的TX；RS‑485信号调制解调单元与RS‑485总线接口单元连接。