【正文】 Network BUS).新一代單片機為外部提供了相當完善的總線結(jié)構(gòu)，為系統(tǒng)的擴展與配置打下了良好的基礎(chǔ)。菲利浦公司研發(fā)的LPC900系列單片機是一個基于80C51內(nèi)核的高速、低功耗Flash單片機,主要集成了字節(jié)方式的I2C總線、SPI接口、UART通信接口、實時時鐘、E2PROM、A/D轉(zhuǎn)換器、ISP/IAP在線編程和遠程編程方式等一系列有特色的功能部件。本文中系統(tǒng)構(gòu)成使用了P89LPC932單片機。P89LPC932是一款單片封裝的微控制器,適用于許多要求高集成度、低成本的場合。它采用了高性能的處理器結(jié)構(gòu),指令執(zhí)行時間只需要24個時鐘周期,6倍于標準80C51器件。 RS485RS－485標準接口是單片機系統(tǒng)種常用的一種串行總線之一。RS485通信方式RS485標準是由EIA(電子工業(yè)協(xié)會)和TIA(通訊工業(yè)協(xié)會)共同制訂和開發(fā)的。RS485作為一種多點差分數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范,已成為業(yè)界最廣泛應(yīng)用的標準通信接口之一。理論上,RS485標準最多接入32個設(shè)備(受芯片驅(qū)動能力的影響),可以工作在半雙工或全雙工模式下,最大傳輸距離約為1219米,最大傳輸速率約為10Mbps[1]。然而通常RS485網(wǎng)絡(luò)采用平衡雙絞線作為傳輸媒體,平衡雙絞線的長度與傳輸速率成反比,只有在20Kbps的傳輸速率下,才可能達到最大傳輸距離。一般15米長的雙絞線最大傳輸速率僅為1Mbps。不過對于速率要求不是很高的控制系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠了。RS485采用平衡發(fā)送和差分接收方式來實現(xiàn)通信：在發(fā)送端TXD將串行口的TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號A、B兩路輸出，經(jīng)傳輸后在接收端將差分信號還原成TTL電平信號。兩條傳輸線通常使用雙絞線，又是差分傳輸，因此有極強的抗共模干擾的能力，接收靈敏度也相當高。同時，最大傳輸速率和最大傳輸距離也大大提高。如果以10Kbps速率傳輸數(shù)據(jù)時傳輸距離可達12m。如果降低波特率，傳輸距離還可進一步提高。另外RS485實現(xiàn)了多點互連，最多可達256臺驅(qū)動器和256臺接收器，非常便于多器件的連接。不僅可以實現(xiàn)半雙工通信，而且可以實現(xiàn)全雙工通信。 多機通信原理在多機通信中，每臺從機均分配有一個從機地址，主機與從機之間進行串行通信時，通常是主機先呼叫某從機地址，喚醒被叫從機后，主、從兩機之間進行數(shù)據(jù)交換。而未被呼叫的從機則繼續(xù)進行各自的工作。可是，如果在主機與某被呼叫從機進行數(shù)據(jù)交換過程中，其他從機如果不采取相應(yīng)的數(shù)據(jù)識別技術(shù)，則這些從機就會因為串行通信線上有數(shù)據(jù)傳輸而時時被打斷，影響正常的工作。利用單片機的串口工作方式方式3可以很好解決上述問題。在多機通信過程中，從機首先要解決的是如何識別主機發(fā)送的是地址信息還是數(shù)據(jù)信息。當發(fā)送的是地址信息時，各從機都響應(yīng)串口中斷，接收主機下發(fā)的一幀地址數(shù)據(jù)。而當主機發(fā)送數(shù)據(jù)幀時，無關(guān)從機可不響應(yīng)串口中斷。解決的方法是：當主機發(fā)送一幀地址信息時，應(yīng)保持這幀數(shù)據(jù)的第9位為1。從機按照工作方式2或工作方式3運行時，將串口寄存器SCON中的控制位SM2置為1，當所接收的一幀數(shù)據(jù)的第9位為1，所以從機產(chǎn)生串口中斷，接收這一幀地址數(shù)據(jù)并與各自的從機地址進行比較，以判斷主機是否要與本機通信。接收到的地址數(shù)據(jù)與從機地址相等達到為被呼叫從機，該從機將串口控制寄存器SCON中的控制位SM2清為0，去接收主機發(fā)送來的數(shù)據(jù)幀（數(shù)據(jù)幀的第9位為0），此時不管接收到的第9位數(shù)據(jù)是否為1或0，都要產(chǎn)生串口中斷，這就保證了主機與被呼叫從機間的正常數(shù)據(jù)通信。數(shù)據(jù)通信結(jié)束后，該從機又重新將串行口控制寄存器SCON中的控制位SM2置為1，為下一次與主機進行通信做好準備。其他從機則一直在SM2=1下繼續(xù)自己的工作，不會因為主、從機之間的數(shù)據(jù)通信而被打斷。多機通信的實現(xiàn)，主要靠主、從機正確地設(shè)置與判斷多機通信控制位SM2和發(fā)送或接收的第9位數(shù)據(jù)（TB8或RB8）。當主機給從機發(fā)送信息時，要根據(jù)發(fā)送信息的性質(zhì)來設(shè)置TB8，發(fā)送地址信號時，設(shè)置TB8=1；發(fā)送數(shù)據(jù)或命令時，設(shè)置TB8=0。當從機的SM2為1時，該從機只接收地址幀（RB8位為1），對數(shù)據(jù)幀（RB8位為0）將不予理睬。而當SM2為0時，該從機接收所有發(fā)送來的信息。多機通信過程如下：（1） 使所有從機的SM2置1，處于只接收地址幀的狀態(tài)（即從機復(fù)位）；（2） 主機發(fā)送一地址幀信息，其中包含8位地址，第9位為地址、數(shù)據(jù)標志位，第9位置1表示發(fā)送的是地址；（3） 從機接收到地址幀后，各自中斷CPU，把接收到的地址與本地址作比較；（4） 地址相符的從機，使SM2清零以接收主機隨后發(fā)來的所有信息，對于地址不相符的從機，仍保持SM2=1狀態(tài)，對主機隨后發(fā)送的數(shù)據(jù)不予理睬，直到主機發(fā)送來新的地址幀；（5） 主機發(fā)送數(shù)據(jù)或控制信息給被尋址的從機；（6） 被尋址的從機，因SM2=0，可以接收主機發(fā)送過來的所有數(shù)據(jù)，當從機接收數(shù)據(jù)結(jié)束時，置位SM2，返回接收地址幀狀態(tài)（復(fù)位狀態(tài)）；（7） 當主機改為與另外從機聯(lián)系時，可再發(fā)地址幀尋址其從機，而先前被尋址過的從機恢復(fù)SM2=1。第3章 硬件設(shè)計及原理一個單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計包含有兩部分內(nèi)容：一是系統(tǒng)擴展，即單片機內(nèi)部的功能單元，如ROM﹑RAM﹑I/O口﹑定時/記數(shù)器﹑中斷系統(tǒng)等能量不能滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求時，必須在片外進行擴展，選擇適當?shù)男酒?，設(shè)計相應(yīng)的電路。二是系統(tǒng)配置，既按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備，如鍵盤顯示器﹑打印機﹑A/D﹑D/A轉(zhuǎn)換器等，要設(shè)計合適的接口電路。 80C51單片機硬件結(jié)構(gòu)80C51單片機是把那些作為控制應(yīng)用所必需的基本內(nèi)容都集成在一個尺寸有限的集成電路芯片上[2]。如果按功能劃分，它由如下功能部件組成，即微處理器、數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器、并行I/O口、串行口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)及特殊功能寄存器。它們都是通過片內(nèi)單一總線連接而成，其基本結(jié)構(gòu)依舊是CPU加上外圍芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)模式。但對各種功能部件的控制是采用特殊功能寄存器的集中控制方式。微處理器：該單片機中有一個8位的微處理器，與通用的微處理器基本相同，同樣包括了運算器和控制器兩大部分，只是增加了面向控制的處理功能，不僅可處理數(shù)據(jù)，還可以進行位變量的處理。數(shù)據(jù)存儲器：片內(nèi)為128個字節(jié)，片外最多可外擴至64k字節(jié)，用來存儲程序在運行期間的工作變量、運算的中間結(jié)果、數(shù)據(jù)暫存和緩沖、標志位等，所以稱為數(shù)據(jù)存儲器。程序存儲器：由于受集成度限制，片內(nèi)只讀存儲器一般容量較小，如果片內(nèi)的只讀存儲器的容量不夠，則需用擴展片外的只讀存儲器，片外最多可外擴至64k字節(jié)。 中斷系統(tǒng)：具有5個中斷源，2級中斷優(yōu)先權(quán)。定時器/計數(shù)器：片內(nèi)有2個16位的定時器/計數(shù)器， 具有四種工作方式。串行口：1個全雙工的串行口，具有四種工作方式?？捎脕磉M行串行通訊，擴展并行I/O口，甚至與多個單片機相連構(gòu)成多機系統(tǒng)，從而使單片機的功能更強且應(yīng)用更廣。 P1口、P2口、P3口、P4口：為4個并行8位I/O口。特殊功能寄存器：共有21個，用于對片內(nèi)的個功能的部件進行管理、控制、監(jiān)視。實際上是一些控制寄存器和狀態(tài)寄存器，是一個具有特殊功能的RAM區(qū)。由上可見，80C51單片機的硬件結(jié)構(gòu)具有功能部件種類全，功能強等特點。特別值得一提的是該單片機CPU中的位處理器，它實際上是一個完整的1位微計算機，這個一位微計算機有自己的CPU、位寄存器、I/O口和指令集。1位機在開關(guān)決策、邏輯電路仿真、過程控制方面非常有效；而8位機在數(shù)據(jù)采集，運算處理方面有明顯的長處。MCS51單片機中8位機和1位機的硬件資源復(fù)合在一起，二者相輔相承，它是單片機技術(shù)上的一個突破，這也是MCS51單片機在設(shè)計的精美之處。 最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計80C51是片內(nèi)有ROM/EPROM的單片機，因此，這種芯片構(gòu)成的最小系統(tǒng)簡單﹑可靠。用80C51單片機構(gòu)成最小應(yīng)用系統(tǒng)時，只要將單片機接上時鐘電路和復(fù)位電路即可，如圖31 80C51單片機最小系統(tǒng)所示。由于集成度的限制，最小應(yīng)用系統(tǒng)只能用作一些小型的控制單元。其應(yīng)用特點：(1) 有可供用戶使用的大量I/O口線。(2) 內(nèi)部存儲器容量有限。(3) 應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)具有特殊性。圖31 80C51單片機最小系統(tǒng) 時鐘電路80C51雖然有內(nèi)部振蕩電路，但要形成時鐘，必須外部附加電路。80C51單片機的時鐘產(chǎn)生方法有兩種。內(nèi)部時鐘方式和外部時鐘方式。本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式，利用芯片內(nèi)部的振蕩電路，在XTALXTAL2引腳上外接定時元件，內(nèi)部的振蕩電路便產(chǎn)生自激振蕩。本設(shè)計采用最常用的內(nèi)部時鐘方式，即用外接晶體和電容組成的并聯(lián)諧振回路。電容值無嚴格要求，但電容取值對振蕩頻率輸出的穩(wěn)定性、大小、振蕩電路起振速度有少許影響，CXCX2可在20pF到100pF之間取值，但在60pF到70pF時振蕩器有較高的頻率穩(wěn)定性。所以本設(shè)計中，振蕩晶體選擇6MHZ,電容選擇65pF。時鐘電路如圖32。 圖32 80C51時鐘電路在設(shè)計印刷電路板時，晶體和電容應(yīng)盡可能靠近單片機芯片安裝，以減少寄生電容，更好的保證振蕩器穩(wěn)定和可靠地工作。為了提高溫度穩(wěn)定性，應(yīng)采用NPO電容。 復(fù)位電路80C51的復(fù)位是由外部的復(fù)位電路來實現(xiàn)的。復(fù)位引腳RST通過一個斯密特觸發(fā)器用來抑制噪聲，在每個機器周期的S5P2,斯密特觸發(fā)器的輸出電平由復(fù)位電路采樣一次，然后才能得到內(nèi)部復(fù)位操作所需要的信號。復(fù)位電路通常采用上電自動復(fù)位和按鈕復(fù)位兩種方式。最簡單的上電自動復(fù)位電路中上電自動復(fù)位是通過外部復(fù)位電路的電容充電來實現(xiàn)的。只要Vcc的上升時間不超過1ms,就可以實現(xiàn)自動上電復(fù)位。時鐘頻率用6MHZ時C取22uF,R取1KΩ。除了上電復(fù)位外，有時還需要按鍵手動復(fù)位。本設(shè)計就是用的按鍵手動復(fù)位。按鍵手動復(fù)位有電平方式和脈沖方式兩種。其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻與電源Vcc接通而實現(xiàn)的。按鍵手動復(fù)位電路見圖33。時鐘頻率選用6MHZ時，C取22uF,R2取200Ω，R1取1KΩ。圖33 80C51復(fù)位電路 在這種簡單的復(fù)位電路中，干擾容易串入復(fù)位端，在大多數(shù)情況下不會造成單片機錯誤復(fù)位，但會