一、     硬件电路设计

硬件电路的设计将在系统总体方案确立的基础上进行电路板的设计。其中，硬件电路设计主要应用ALTIUM公司的PROTEL软件，首先建立元件封装库，设计原理图绘制PCB图，完成电路设计，以下为电路板设计的原理图和PCB图示（非本系统）

图3-1 protel电路设计图

将最终的PCB设计图发给PCB制作工厂将制造出相应的电路板，进行焊接调试工作。

1.       电源电路设计

电源模块主要负责电路板上的所有供电，要输出电压合适，电流足够使用的电源，同时电源部分主要基于系统外部输入的电压（±24V）经过模块的处理后产生相应的电压。电路中主要电源需求如下表。

表4-1 电路中主要电源需求

根据上述确定的元件以及电路电压的要求，设计如下电路（基本完成）。电源部分均加入了防反接，过流保护，以及电源中过压（毛刺）的保护措施，输入电压范围（正常）可以从7~40V，最高电流可以承受3A电流。

图3-2 protel电路设计图

电源部分的主要芯片成本都较低，其中，LM2576：2，LM1117：0.5，CAT4139：2，TPS61040：1.5。而电源部分其他的电阻、电容、电感、稳压管和二极管都在0.5以内，可以保证成本。

2.       液晶及驱动的电路设计

该部分电路主要分为两个部分，液晶显示电路和液晶驱动芯片电路。设计中，预留了液晶触摸屏的电路（可以接可以不接），方便以后的电路扩展。液晶显示支持24bit的方式，但在保证图片显示的前提下需要保证图片的刷新速度，因此将图片的显示改为16bit格式的方式。以下为液晶控制像素点分布的图示。

图3-3 液晶控制像素点分布的图示

从图中可以看出，24bit方式中RGB三种颜色分别占用了8bit的数据位，速度刷新时需要更新24个数据，而16bit中RGB分别占用5、6、5个数据位，刷新速度时只需要更新16个数据。

以下为液晶驱动电路和液晶控制芯片的硬件设计电路图。

图3-4液晶及驱动的电路设计图

其中，芯片左面的接口是接到MCU主控芯片上的控制和数据接口。

3.       主控电路设计

主控电路主要是以STM32F103VCT6为主要控制中心，包括与PLC的485控制接口，与上位机（PC机）的232串口和USB通信接口。主要电路设计如下（基本电路完成，需要稍做修改）

图3-5液晶及驱动的电路设计图

主控电路中的主芯片STM32F103VCT6负责电路中的主要控制和通讯的任务，电路中显示了主控芯片的控制信号连线，与上位机进行通信的串口和USB口的接法以及与PLC通信的485总线的接法。STM32F103VCT6的程序下载支持串口和JTAG两种形式，均预留了相应的接口。此外电路设计正在考虑加入E²PROM芯片，存储系统的相关信息，保证数据的不丢失，实现系统中历史信息查询。