【正文】 1相比，在相同的時(shí)鐘下，單周期指令運(yùn)行速度為原來(lái)的12倍。因此，C805『具有極佳的最小功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)環(huán)境。(4)增加了中斷源 標(biāo)準(zhǔn)的8051只有7個(gè)中斷源，Cygnal C8051F020單片機(jī)擴(kuò)展了中斷處理。(5)大容量存儲(chǔ)器 CIP51具有標(biāo)準(zhǔn)8051的程序和數(shù)據(jù)地址配置。片內(nèi)JTAG調(diào)試電路允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的單片機(jī)進(jìn)行非侵入式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。(7)外部器件的高度集成C8051F020系列單片機(jī)在一個(gè)芯片內(nèi)集成了構(gòu)成一個(gè)控制系統(tǒng)所需要的大部分功能部件，包括ADC, PLD, DAC, UART, SPI, PCA、電壓比較器、內(nèi)部振蕩器、看門狗定時(shí)器及電源監(jiān)視器，甚至還有溫度傳感器等等。在標(biāo)準(zhǔn)8051中固定的“弱上拉”可以被總體禁止，這為低功耗應(yīng)用提供了進(jìn)一步節(jié)電的能力。這一特性允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用選擇通用端口I/0和所需數(shù)字資源的組合。 (1) JTAG接口電路t39。JTAG的接口電路(如圖410所示)。 RS232C串口模塊設(shè)計(jì) RS232C總線標(biāo)準(zhǔn)與電氣特性目前RS232C是PC機(jī)與通信工業(yè)中應(yīng)用最廣泛的一種串行接口[[21][221. RS232C標(biāo)準(zhǔn)(協(xié)議)規(guī)定連接電纜和機(jī)械、電氣特性、信號(hào)功能及傳送過(guò)程。大家知道RS232接口不能與單片機(jī)的異步串行通信接口直接相連就是因?yàn)閱纹瑱C(jī)的TTL電平是正邏輯規(guī)定的邏輯電平。由于RS232是最早期為促進(jìn)公用電話網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信而定制的標(biāo)準(zhǔn)，其邏輯電平對(duì)地是對(duì)稱的，與TTL, MOS邏輯電平不同，所以單片機(jī)與計(jì)算機(jī)不能直接連接。增強(qiáng)型ESD結(jié)構(gòu)為所有發(fā)送器輸出和接收器輸入提供保護(hù)，可承受115VKV IEC 100042氣隙放電、18KV IEC 100042接觸放電和士15V KV人體放電模式。圖411串口電路4. 5 LCD顯示模塊4. 5. 1 OCM12864介紹OCM12864液晶顯示模塊是128X64點(diǎn)陣型液晶顯示模塊，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線【16]。6EI數(shù)據(jù)輸入輸出引腳7DB0I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳8DB1I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳9DB2I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳10DB3I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳11DB4I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳12DBSI/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳13DB6I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳14DB7I/O數(shù)據(jù)輸入輸出引腳15CSII片選信號(hào)，高電平時(shí)選擇左半屏16CS2I片選信號(hào)，高電平時(shí)選擇右半屏17RETI復(fù)位信號(hào)，低電平有效18VEE0LCD驅(qū)動(dòng)，負(fù)電壓輸出，對(duì)地接l OK電位器19LEDA背光電源，LED+ (SV)o 20LEDA背光電源，LED (5 V ) o4. 5. 2 LCD顯示模塊與C8051F020單片機(jī)硬件接口設(shè)計(jì)由于C8051F020是美國(guó)Cygnal公司推出的一種混合信號(hào)SoC型8位單片機(jī)，是集成度很高的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)的芯片。對(duì)于OCM12864由于其工作電壓SV,，所以要C8051F020的輸出能更好地驅(qū)SV輸入的LCD需要對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行額外配置。當(dāng)然，只能通過(guò)系統(tǒng)軟件、硬件設(shè)計(jì)盡可能的減少千擾帶來(lái)的影響，而不可能完全消除干擾[26j。2印制板元件布局時(shí)，相關(guān)元件盡量靠近。，放置大電容是為了去除低頻干擾，而小電容是為了防止高頻干擾。高、低速和模、數(shù)接地線要分開(kāi)并一點(diǎn)接地。2采用設(shè)置軟件陷阱防止程序“跑飛”。需要注意的是為了防止復(fù)位必須在溢出發(fā)生前由應(yīng)用軟件重新觸發(fā)WDT，即“喂狗”。可使用OSCICN寄存器中的CLKSL位，在兩個(gè)振蕩器之間隨意切換。從允許振蕩器工作到外部振蕩器控制寄存器的最高位為高電平，這個(gè)過(guò)程至少需要lms的啟動(dòng)時(shí)間，所以在程序中加了一個(gè)大于lms的延時(shí)語(yǔ)句。i4000。//查詢晶振運(yùn)行穩(wěn)定標(biāo)志位是否為1, (1為 運(yùn)行穩(wěn)定) OSCICN = 0x08 。未被指定的端口引腳作為通用I/0引腳，通過(guò)讀或?qū)懴鄳?yīng)的端口數(shù)據(jù)寄存器訪問(wèn)端口，既可以按位尋址也可以按字節(jié)尋址。一旦配置完畢，將不再對(duì)其重新編程。同樣，把 UART 1 EN ( )設(shè)置成邏輯+1。在XBARE被設(shè)置為邏輯“1”之前端口POP3的輸出驅(qū)動(dòng)器被禁止，以防止對(duì)交叉開(kāi)關(guān)寄存器和其它寄存器寫入時(shí)在端口引腳上產(chǎn)生爭(zhēng)用。在本設(shè)計(jì)中，需要將UARTO與GPS模塊串口進(jìn)行通信，而UART 1作為與PC機(jī)通信。//選擇，TX1, , XBR2=0x40。對(duì)串口的初始化是通過(guò)相關(guān)的特殊功能寄存器，即串口控制寄存器(SCONO, SCON1)來(lái)實(shí)現(xiàn)的[[39。選擇定時(shí)器Tl并且工作在方式2(自動(dòng)重裝8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器)作為波特率產(chǎn)生器，波特率為9600bpso下面給出了方式1的波特率方程，其中TlM為定時(shí)器1時(shí)鐘選擇位(CKCONA)當(dāng)該位為1時(shí)。通過(guò)設(shè)置SCONO寄存器中的配置位選擇不同方式，這四種方式提供不同的波特率和通信協(xié)議，(如表51所示)。//選擇TXO, TX I為推拉方式，RXO, RX1為漏極開(kāi) 路 P 1 MDOUTI=OxOf。//選擇TXO. , XBRl=0x00。端口POP3引腳的輸出方式由PnMDOUT寄存器中的對(duì)應(yīng)位決定，對(duì)應(yīng)位設(shè)置為邏輯“1”時(shí)配置為推挽方式輸出。因此，端口數(shù)據(jù)寄存器和端口輸出方式寄存器(PnMDOUT)的值對(duì)這些引腳的狀態(tài)沒(méi)有影響。在本設(shè)計(jì)中需要把串行口映射到I/0端口上，UARTO具有最高優(yōu)先權(quán)，把UARTOEN()設(shè)置成邏輯“1。不管交叉開(kāi)關(guān)是否將引腳分配給外設(shè)，讀 一個(gè)端口數(shù)據(jù)寄存器(或端口位)將總是返回引腳本身的邏輯狀態(tài)。當(dāng)交叉開(kāi)關(guān)配置寄存器XBRO, XBRI和XBR2中外設(shè)的對(duì)應(yīng)允許位被設(shè)置為邏輯“I”時(shí)，交叉開(kāi)關(guān)將端口引腳分配給外設(shè)。//等待晶振頻率穩(wěn)定，至少lms while ((OSCXCNamp。 OSCXCN=0x67。當(dāng)CLKSL() 1時(shí)，由外部振蕩器產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘SYSLCK[21[231 o在本設(shè)計(jì)中采用外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，MCU復(fù)位后一旦檢測(cè)到外部振蕩器控制寄存器(OSCXCN)的最高位為高電平，就說(shuō)明晶體振蕩器運(yùn)行穩(wěn)定，就可以由內(nèi)部振蕩器轉(zhuǎn)換為外部晶體振蕩器。第5章系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)5. 1系統(tǒng)時(shí)鐘初始化每個(gè)MCU都有一個(gè)內(nèi)部振蕩器和一個(gè)外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路，每個(gè)驅(qū)動(dòng)電路都能產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘，當(dāng)復(fù)位引腳為低時(shí)，兩個(gè)振蕩器都被禁止。3今采用設(shè)置程序監(jiān)視器(Watchdog一看門狗)有效的解決死循環(huán)問(wèn)題。1軟件設(shè)計(jì)可以提高系統(tǒng)的可靠性和抗干擾性，這對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)具有很大意義。并且兩面的線條要盡量垂直。3印制板雙面敷銅接地，形成一個(gè)屏蔽層，并在信號(hào)線兩側(cè)均勻打孔，增加抗干擾能力。4. PCB抗干擾設(shè)計(jì)1合理的設(shè)置插接件，電源插接件與信號(hào)插接件之間保持一定的距離，在接插座上增加接地針數(shù)。接口電路(如圖412所示)。有高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的CIP51內(nèi)核(可達(dá)25MIPS )。 表42 LCD引腳功能介紹管腳號(hào)管腳方向說(shuō)明1VSS邏輯電源地2VDD邏輯電源+SVo3VOLCD調(diào)整電壓，應(yīng)用時(shí)應(yīng)接l OK電位器可調(diào)端 4RSI數(shù)據(jù)/指令選擇:高電平:數(shù)據(jù)DOD7將送人顯示RAM低電平:數(shù)據(jù)DOD7將送人指令寄存器執(zhí)行5R/WI讀/寫選擇::讀數(shù)據(jù)。在正常運(yùn)行模式下，若芯片在接收引腳沒(méi)有檢測(cè)到有效信號(hào)，將自動(dòng)進(jìn)入SHUTDOWN模式，此時(shí)耗電luAo在ONLINE功能有效時(shí)，如果監(jiān)測(cè)到接收或發(fā)送引腳有信號(hào)輸入，該芯片自動(dòng)被激活而轉(zhuǎn)入正常工作狀態(tài)。SP3223E是SIPEX公司生產(chǎn)的RS232收發(fā)器，SP3223E內(nèi)有一個(gè)高效電荷泵，可以在++，滿負(fù)載時(shí)，SP3223E器件可工作于235Kbps的數(shù)據(jù)傳輸率。在應(yīng)用RS232C時(shí)必須了解RS232C的連接，才能正確使用。通常在單片機(jī)系統(tǒng)中，由于其處理能力的限制，最高波特率一般為112Kbps左右。單片機(jī)與GPS模塊都具有異步串行接口，}，}。JTAG接口使用C8051F020的四個(gè)專用引腳，它們是:TCK, TMS, TDI, TDOo JTAG引腳的定義(如表41所示)。 C8051 F020單片機(jī)的接口電路設(shè)計(jì) C8051F020的外圍電路包括時(shí)鐘電路、復(fù)位電路、JTAG接口電路、單片機(jī)與液晶模塊的接口電路。這是一個(gè)大的數(shù)字開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)，允許將內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)資源映射到P0, P1, P2和P3的端口1/0引腳。的工作情況與標(biāo)準(zhǔn)8051相似，但有一些改進(jìn)。在使用JTAG調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。該存儲(chǔ)器可按512字節(jié)為一扇區(qū)，編程可以在線編程且不需在片外提供編程電壓，該程序存儲(chǔ)器未用到的扇區(qū)均可由用戶按扇區(qū)作為非易失性數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)。擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)向CIP51提供22個(gè)中斷源，允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷。R ST弓}腳。完善的時(shí)鐘系統(tǒng)可以保證系統(tǒng)在滿足響應(yīng)速度要求下，使系統(tǒng)的平均時(shí)鐘頻率最低。與以往的8051系列單片機(jī)相比，C8051F020具有幾個(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn):(1)提高了指令的運(yùn)行速度 C8051F020系列采用CIP51的CPU模式，廢除了8051機(jī)器周期的概念，指令以時(shí)鐘周期為運(yùn)行單位。C8051F020內(nèi)部集成了4K字節(jié)的RAM, 64字節(jié)的Flash ROM以及2個(gè)UART串行接口等。 。近年來(lái)，由于8051的速度低(每一條指令至少需要12個(gè)時(shí)鐘周期)、功耗高(幾毫安到幾十毫安)和功能少(不能直接處理模擬信號(hào))等等，8051系列單片機(jī)似乎己經(jīng)走到了盡頭。我們將此信號(hào)通過(guò)三極管放大后接LED的一端，另一端則通過(guò)上拉電阻接++5V。啟動(dòng)時(shí)間跟各種原因都有關(guān)系，環(huán)境，氣候，干擾等各種綜合因素都有關(guān)系，因?yàn)镚PS啟動(dòng)需要較好的環(huán)境范圍，在信號(hào)差的情況下啟動(dòng)時(shí)間會(huì)變得比較長(zhǎng)，熱啟動(dòng)就尤為重要，因此備用電池就顯得舉足輕重。它不僅穩(wěn)壓精度高，而且壓差較小，省電，而且輸出紋波極小，對(duì)整機(jī)的干擾也小。有源天線的電壓由GPS模塊提供，從GPS模塊的RF IN端接一個(gè)10歐姆的電阻，連接到V ANT端就能實(shí)現(xiàn)GPS對(duì)有源天線的供電【’”}。 天線選用3V供電的有源天線，其外觀和內(nèi)核結(jié)構(gòu)(如圖4一所示)。, 22, I/0口，GPS模式引腳，不用時(shí)懸空。系統(tǒng)部分:12. BOOT INT輸入端，啟動(dòng)模式。串口部分:3, TXD1輸出端，串口輸出，VDDIO串口輸出，不用時(shí)懸空。19. V ANT輸入端，天線偏置電壓，如使用的是無(wú)源天線，則接地。24. VDDes USB輸入端，USB電源，不用 USB時(shí)接地。其結(jié)構(gòu)(如圖43所示): 圖43 GPS模塊功能結(jié)構(gòu)組成LEASH各引腳功能介紹:電源部分:6. VCC電源輸入，允許的最大紋波電源為Vcc=SOmVpp。捕獲到的信號(hào)將被傳遞到搜索引擎。運(yùn)行溫度范圍為一40到850。采用模塊化設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)結(jié)構(gòu)清晰，不僅容易設(shè)計(jì)也容易管理和修改，方便系統(tǒng)測(cè)試和調(diào)試，有助于提高系統(tǒng)的可靠性和可修改性。TO235小型封裝，故可高密度安裝}139。為了使負(fù)載電流不超過(guò)輸出晶體管的電流容量，內(nèi)置了過(guò)載電流保護(hù)電路?？紤]到其數(shù)字內(nèi)存的大小和實(shí)際需要，外擴(kuò)了一片容量為8K的數(shù)據(jù)存貯器芯片62640 1, RS232C串口模塊設(shè)計(jì) RS232C串口模塊采用SIPEX公司的SP3223E. SP3223E主要功能是連接單片機(jī)與 PC機(jī)實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 其次，使用JTAG接口。與普通的8051有相同的內(nèi)核，開(kāi)發(fā)容易，而且支持C語(yǔ)言源程序調(diào)試。其功能結(jié)構(gòu)(如圖42所示):圖42 GPS接收板功能結(jié)構(gòu)圖 單片機(jī)一方面與GPS接收機(jī)通信提取地位信息，另一方又要保留與PC機(jī)通信的接口。本系統(tǒng)選用的GPS衛(wèi)星數(shù)據(jù)采集模塊是LEA5W `l o 顯示面板的選擇目前多利用是LCD液晶顯示或者LED發(fā)光二級(jí)管顯示，本系統(tǒng)出于亮度和動(dòng)態(tài)性能的要求，選擇的是OCM128641點(diǎn)陣液晶顯示模塊，它是一款128列64行的點(diǎn)陣單色字符圖形顯示模塊，它有8位并行數(shù)據(jù)接口，模塊內(nèi)藏64X64的顯示數(shù)據(jù)RAM，其中的每位數(shù)據(jù)都對(duì)應(yīng)于LCD屏上一個(gè)點(diǎn)的亮、暗狀態(tài)。C8051F020通過(guò)串口與GPS接收機(jī)通信，將GPS串口輸出的字節(jié)流進(jìn)行處理，提取出測(cè)試點(diǎn)的地理信息(經(jīng)度、緯度、時(shí)間值)。但是選用具有功能強(qiáng)大的C8051F系列單片機(jī)就彌補(bǔ)了以上不足。目前多數(shù)定位導(dǎo)航采用基于單片機(jī)的實(shí)現(xiàn)方案。對(duì)于大多數(shù)開(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)，在單板機(jī)上進(jìn)行應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)比較容易掌握，而且開(kāi)發(fā)難度小。單板機(jī)以各種工業(yè)控制機(jī)為代表，主要是針對(duì)工業(yè)應(yīng)用進(jìn)行了特殊的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)各種抗干擾、以及小型化的工作。軟件部分包括操作系統(tǒng)軟件和應(yīng)用程序編程。系統(tǒng)采用串口通信，利用GPS定位技術(shù)信息處理等手段，結(jié)合運(yùn)用自制簡(jiǎn)易電子地圖，對(duì)被測(cè)點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和跟蹤，獲取相應(yīng)地理信息并在顯示屏上加以顯示，以達(dá)到動(dòng)態(tài)跟蹤顯示的效果。 NMEA協(xié)議是為了在不同的GPS(全球定位系統(tǒng))導(dǎo)航設(shè)備中建立統(tǒng)一的BTCM(海事無(wú)線電技術(shù)委員會(huì))標(biāo)準(zhǔn)，由美國(guó)國(guó)家海洋電子協(xié)會(huì)(NMEAThe National MarinElectronics Association)制定的一套通訊協(xié)議。 2)