3、硬件电路详细设计
3.1MCU板卡与LCD设计
MCU作为整个控制器的处理核心，任务包括：通过通信板卡与WorldFIP现场总线进行通信，程序运行、数据存储与运算，信号处理，LCD显示和执行器驱动信号输出等。基于以上，我们选用了Motorola的68HC12系列的16位单片机68HC912BC32作为本设计的MCU，它与68HC11向上兼容；内部具有32K的FLASH、768字节的EEPROM和1K的RAM，能够满足程序的存储、堆栈使用、数据存储和未来的扩容需求而无须另外扩充存储器；总线速度快，8M，4M，2M主频可选，一个时钟周期就可以完成对齐/非对齐字的读写，系统总线上干扰较少；I/O口数量充足；内置有8路10位A/D转换器；内置4路8位或2路16位PWM通道；内置SCI，SPI和看门狗；具有模糊逻辑指令；还有WAIT，STOP两种省电模式可选。LCD显示器选用了南京国显公司的HD44780点阵字符型液晶显示模块。该模块技术成熟，与MCU接口简单，减少了开发周期。68HC12与LCD的接口如图2所示。
图268HC12与LCD的接口图
3.2电源转换、驱动及反馈板卡的开发
本设计的电源输入DC24V，硬件采用LM2572-5.0来完成DC24V到DC5V的转换，LM2572-12来完成DC24V到DC12V的转换。LM2575系列开关稳压集成电路是美国国家半导体公司生产的集成稳压电路，它内部集成了一个固定的振荡器，只须极少外围器件便可构成一种高效的稳压电路，可大大减小散热片的体积，而在大多数情况下并不需要散热片；内部有完善的保护电路，包括电流限制及热关断电路等；芯片可提供外部控制引脚。是传统三端式稳压集成电路的理想替代产品。典型特性：振荡频率54kHz；最大稳压误差4%；转换效率75%～88%(不同电压输出的效率不同)；工作温度范围-40℃～+125℃。
位置反馈模块。该模块作用是将电动机经减速器输出的角位置反馈到68HC12中，可以考虑光电编码器和霍尔传感元件，但考虑到价格因素，本设计中仍然沿用了传统的电位器反馈，阻值500欧姆，精度1%。接线比较简单。
本设计所使用的电机是天津生产制造的3100型角行程电动执行器，额定转矩250Nm，4~20mA电流驱动，采用电位器反馈。在电机驱动中采用了北京科通电子继电器总厂生产的国冠牌JGX-3F型交流固态继电器。图3所示为驱动电动机正转的应用电路图，68HC12将控制信号置为高电平，使三级管导通，固态继电器输入端加入正向压降，输出导通，电机正转。电动机反转的应用电路图与之类似。
图3固态继电器用于电机正转
3.3通信板卡的开发
通信板卡负责与WorldFIP现场总线的通信，是本设计的重点与难点。板卡关键元件包括通信控制器MICROFIP，线驱动器FIELDRIVE和隔离变压器FIELDTR，均由法国ALSTOM公司设计、提供。WorldFIP通信板卡的组成框图如图4。按照功能分为3大部分：通信控制器(MICROFIP)，通信收发驱动器(FILEDRIVE)和隔离变压器(FILEDTR)。该板卡是总线冗余的，配备有两路完全相同的通信收发驱动器和隔离变压器。
图4通信板卡总体框图