【文章內(nèi)容簡介】 RESET：復(fù)位輸出； SCK：同步時(shí)鐘輸入； 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 7 SI：串行輸入。 X5045P 芯片功能包括以下 4 種： （ 1）上電復(fù)位控制。在對 X5045P 通電時(shí)， ERSET 引腳輸出有效的復(fù)位信號，并保持至少 200ms，使 CPU 有效復(fù)位。 （ 2）電源電壓監(jiān)控。當(dāng)檢測到電源電壓低于內(nèi)部門檻電壓 VTRIP 時(shí)， RESET 輸出復(fù)位信號，直至電源電壓高于 VTRIP并保持至少 200ms，復(fù)位信號才被撤消。 VTRIP的出廠值根據(jù)芯片型號不同共有 5 個(gè)級別的電壓范圍。對于需要電源電壓精確監(jiān)控的應(yīng)用，用戶可以搭建 編程電路，對芯片內(nèi) VTRIP 電壓進(jìn)行微調(diào)。 （ 3）看門狗定時(shí)器。芯片內(nèi)部狀態(tài)寄存器的 WD WD0 是看門狗定時(shí)設(shè)置位，通過狀態(tài)寄存器寫指令 WRSR 修改這 2 個(gè)標(biāo)志位，就能在 3 種定時(shí)間隔中進(jìn)行選擇或關(guān)閉定時(shí)器。對看門狗的復(fù)位由 CS 輸入電平的下降沿完成。 （ 4）串行 E2PROM。芯片內(nèi)含 512 字節(jié)存儲單元， 10 萬次可靠寫，數(shù)據(jù)保持時(shí)間 100 年。 XICOR 設(shè)計(jì)了 3 種保護(hù)方式防止誤寫。包括： WP 寫保護(hù)引腳，當(dāng)引腳被拉低時(shí)，內(nèi)部存儲單元狀態(tài)寄存器都禁止寫入；存儲區(qū)域?qū)懕Ｗo(hù)模式，通過對狀態(tài)寄存器的 BL BL0 位的設(shè)置 ，可以選擇對不同的存儲區(qū)域進(jìn)行寫保護(hù)；在進(jìn)行任何寫操作前都必須打開寫使能開關(guān)，而且在上電初始化寫操作完成時(shí)，寫使能開關(guān)自動關(guān)閉。顯然，在幾方面的保護(hù)之下，產(chǎn)生誤寫的可能性極小。 對 X5045P 的操作是通過 4 根口線 CS、 SCK、 SI 和 SO 進(jìn)行同步串行通信來完成的。 SCK 是外部輸入的同步時(shí)鐘信號。在對芯片定改指令或數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘前沿將SI 引腳信號輸入；在讀郵數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到 SO 引腳上。數(shù)據(jù)的輸入/輸出都是高位在先 。 電路設(shè)計(jì) X5045P 在本設(shè)計(jì)中做為復(fù)位、監(jiān)控電路使用，簡化了電路的連接，同時(shí) 增加了電路的可靠性，是系統(tǒng)中不可缺少的部分。 對 X5045 的操作是通過 4 根口線 CS、 SCK、 SI 和 SO 進(jìn)行同步串行通信來完成的。 SCK 是外部輸入的同步時(shí)鐘信號。在對芯片定改指令或數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘前沿將 SI引腳信號輸入；在讀數(shù)據(jù)時(shí)，時(shí)鐘后沿將數(shù)據(jù)位輸出到 SO 引腳上。數(shù)據(jù)的輸入 /輸出都是高位在先。在設(shè)計(jì)中， /CS 腳和單片機(jī) 、 SI、 SCK、 SO、 /WP、 RST 分別與單片機(jī)的引腳 、 、 、 和 RST 連接。對于不用到的引腳，可以直接和地相連。電路設(shè)計(jì)如下： 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 8 圖 單片機(jī)最小系統(tǒng)電路 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 10 本章小結(jié) 本章介紹了單片機(jī)最小系統(tǒng)，用于監(jiān)測系統(tǒng)是否工作于正常狀態(tài)，及時(shí)對運(yùn)行出錯(cuò)的狀態(tài)進(jìn)行 復(fù)位，保證系統(tǒng)平穩(wěn)有序地工作。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 11 第 4 章 顯示部分 ZLG7290 ZLG7290 是一種 I2C 接口鍵盤及 LED 驅(qū)動管理器件，提 供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán)、移位、段尋址等控制。它可采樣 64 個(gè)按鍵或傳感器，單片即可完成 LED 顯示、鍵盤接口的全部功能。 ZLG7290 的從地址為 70H，器件內(nèi)部通過 I2C 總線訪問的寄存器地址范圍為 00H~17H，每個(gè)寄存器都可按字節(jié)直接讀寫，并支持自動增址功能和地址翻轉(zhuǎn)功能 [7]。 其特點(diǎn)如下： I2C 串行接口提供鍵盤中斷信號方便與處理器接口 可驅(qū)動 8 位共陰數(shù)碼管或 64 只獨(dú)立 LED 和 64 個(gè)按鍵 可控掃描位數(shù) 可控任一個(gè)數(shù)碼管閃爍 提供數(shù)據(jù)譯碼和循環(huán) 移位段尋址等控制 每個(gè)功能鍵可檢測任一鍵的 連擊次數(shù) 無需外接元件即直接驅(qū) LED 可擴(kuò)展驅(qū)動電流和驅(qū)動電壓 提供工業(yè)級器件 多種封裝形式 PDIP24 SO24 顯示電路 ZLG7290 提供兩種控制方式。寄存器映象控制和命令解釋控制。寄存器映象控制是指直接訪問底層寄存器，除通信緩沖區(qū)外的寄存器實(shí)現(xiàn)基本控制功能，請參考寄存器詳解部分命令解釋控制是指通過解釋命令緩沖區(qū) CmdBuf0 CmdBuf1 中的指令間接訪問底層寄存器實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展控制功能如實(shí)現(xiàn)寄存器的位操作對顯示緩存循環(huán)移位對操作數(shù)譯碼等操作。 ZLG7290 集成了 LED 顯示驅(qū)動和矩陣鍵盤 的按鍵功能，可以同時(shí)驅(qū)動 8 個(gè) LED 和 64 個(gè)矩陣按鍵，采用總線方式連接鍵盤和 4LED 封裝器件，ZLG7290 的 SDA、 SCL、 /INT 和 /RES 分別接單片機(jī)的 、 、 和 。電路設(shè)計(jì)如下： 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 11 圖 顯 示電路 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 12 圖 四位一體數(shù)碼管電路部分 本章小結(jié) 本章對顯示部分的電路進(jìn)行了設(shè)計(jì)，使用了 ZLG7290 對四位一體數(shù)碼管進(jìn)行顯示控制，減輕了單片機(jī)的負(fù)擔(dān)。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 13 第 5 章 控制電路 部分 SJA1000 SJA1000 是一 種獨(dú)立控制器，用于移動目標(biāo)和一般工業(yè)環(huán)境中的區(qū)域網(wǎng)絡(luò)控制（ CAN）。它是 PHILIPS 半導(dǎo)體 PCA82C200 CAN 控制器（ BasicCAN）的替代產(chǎn)品。而且，它增加了一種新的工作模式（ PeliCAN） 。 特點(diǎn) . 和 PCA82C200 獨(dú)立 CAN 控制器引腳兼容 . 和 PCA82C200 獨(dú)立 CAN 控制器電氣兼容 . PCA82C200 模式（即默認(rèn)的 BasicCAN 模式） . 擴(kuò)展的接收緩沖器（ 64 字節(jié)、先進(jìn)先出 FIFO） . 和 協(xié)議兼容（ PCA82C200 模式中的無源擴(kuò)展 幀） . 同時(shí)支持 11 位和 29 位識別碼 . 位速率可達(dá) 1Mbits/s . PeliCAN 模式擴(kuò)展功能： . 可讀 /寫訪問的錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器 . 可編程的錯(cuò)誤報(bào)警限制 . 最近一次錯(cuò)誤代碼寄存器 . 對每一個(gè) CAN 總線錯(cuò)誤的中斷 . 具體控制位控制的仲裁丟失中斷 . 單次發(fā)送（無重發(fā)） . 只聽模式（無確認(rèn)、無活動的出錯(cuò)標(biāo)志） . 支持熱插拔（軟件位速率檢測） . 驗(yàn)收濾波器擴(kuò)展（ 4 字節(jié)代碼， 4 字節(jié)屏蔽） . 自身信息接收（自接收請求） . 24MHz 時(shí)鐘頻率 . 對不同微處理器的接口 . 可編程的 CAN 輸出驅(qū)動器配置 控制電路 設(shè)計(jì) SJA1000 是 PHILIP 公司生產(chǎn)的獨(dú)立 CAN 控制器，是用于實(shí)現(xiàn) CAN 信號對數(shù)字信號轉(zhuǎn)換、 CAN 信號的收發(fā)、 CAN 信號的接收、校驗(yàn)和重發(fā)等功能的控制器件。同時(shí)還提供了通訊接口用于和微機(jī)芯片進(jìn)行通信，通過串行通信實(shí)現(xiàn) CAN 信號的微機(jī)基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 14 處理程序 [8]。 SJA1000 的調(diào)用是通過微機(jī)訪問其內(nèi)部寄存器，操作寄存器標(biāo)志位實(shí)現(xiàn)的。 SJA1000 的 AD0~AD ALE、 /CS、 /RD、 /WR、 MODE、 /INT、 /RST 分別接單片機(jī)的 PO 口、 /ALE、 、 、 、 、 和 。 SJA1000 與微機(jī)的電路圖如下所示： 圖 四位一體數(shù)碼管電路部分 本章小結(jié) 本章介紹 CAN 控制電路，這部分是 CAN 通信的核心部分，是本次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)所在，對本次設(shè)計(jì)的成敗與否起到關(guān)鍵作用。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 15 第 6 章 收發(fā) 部分 82C250 82C250 是 CAN 協(xié)議控制器和物理總線的接口，這個(gè)器件對總線提供不同的發(fā)送能力和對 CAN 控制器提供不同的接收能力。它主要用于汽車?yán)锏母咚賾?yīng)用 (高達(dá)1Mbaud) 。這個(gè)器件對總線提供不同的發(fā)送能力和對 CAN 控制器提供不同的接收能力，完全和 ISO11898 標(biāo)準(zhǔn)兼容。限定的電流值保護(hù)接收器輸出級，避免陽極和陰極的短路，盡管在默認(rèn)的條件下功率消耗是增加的，這個(gè)特征值將防止發(fā)送器輸出級的毀壞。如果節(jié)點(diǎn)溫度超過大約 160 攝氏度，發(fā)送器限定的電流值輸出被降低 。因?yàn)榘l(fā)送器占去大部分的功率消耗，這將導(dǎo)致降額功耗和較低的片內(nèi)溫度。 IC 中的其它部分在使用中將保持不變，當(dāng)總線短路的時(shí)候，熱保護(hù)非常需要這個(gè)。 CANH和 CANL 線也被保護(hù)，防止在自動運(yùn)作過程中電流的瞬變。 三種操作模式 高速模式 在這個(gè)模式中，適合執(zhí)行最大的位速率和最大的總線長度高速模式，通常用于普通的工業(yè)應(yīng)用。譬如基于 CAN 的系統(tǒng) DeviceNetTM 這種模式的總線輸出信號。用盡可能快的速度切換，因此，一般使用屏蔽的總線電纜來防止可能的擾動。例如汽車無線電裝置對總線信號的擾動。高速模式通過 VRsVcc 來選擇將 Rs 控制輸入直接連接到微控制器的輸出口或者地電平或者一個(gè)高電平有效的復(fù)位信號。高速模式中收發(fā)器有效的循環(huán)延遲時(shí)間可以低至最大 145ns。當(dāng) Tamb85 時(shí)是 155ns。 斜率控制模式 在一些應(yīng)用中，由于考慮到系統(tǒng)的成本等問題，而使用非屏蔽的總線電纜。然而使用非屏蔽電纜意味著收發(fā)器要滿足額外的要求，譬如電磁兼容性 EMC 問題。如果使用非屏蔽總線電纜 PCA82C250/251 的總線，信號轉(zhuǎn)換速度應(yīng)被特意降低。轉(zhuǎn)換速度可以通過連接在控制引腳 Rs 上的串連阻抗值 Rext 來調(diào)整。根據(jù) CAN 的位定時(shí)要求轉(zhuǎn) 換速度下降，將增加總線節(jié)點(diǎn)的循環(huán)延遲。因此在給定的位速率下，總線長度減少或者說在給定的總線長度下位速率降低，斜率控制模式中總線輸出的轉(zhuǎn)換速度大致和流出引腳 Rs 的電流成比例。如果斜率控制電阻 Rext 連接到地則 的值是 0V。 準(zhǔn)備模式 這個(gè)模式是在需要將功率消耗，譬如是暫時(shí)性的減到最低時(shí)使用。當(dāng) VRs Vcc 時(shí)進(jìn)入準(zhǔn)備模式。系統(tǒng)的功耗在準(zhǔn)備模式可被徹底減低。這個(gè)模式基本上用于電池供電的應(yīng)用。例如汽車停車的時(shí)候要進(jìn)入準(zhǔn)備模式，收發(fā)器的控制輸入 Rs 上要基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 16 加一個(gè)邏輯高電平，這可以通過直接將一個(gè) 輸出端口引腳連接到 Rs 或通過任何合適的斜率控制電阻 Rext 來實(shí)現(xiàn)。準(zhǔn)備模式中發(fā)送器的功能和接收器的輸入偏置網(wǎng)絡(luò)都關(guān)斷以減少功率消耗。參考電壓輸出和基本的接收器功能仍然活動，但以非常低的功耗工作。如果在總線上傳輸一個(gè)報(bào)文，系統(tǒng)可被重新激活，在檢測到 3μs 長的顯性總線電平后，收發(fā)器將通過 RxD 向協(xié)議控制器輸出一個(gè)喚醒中斷信號，在檢測到RxD 的下降沿后控制器把 Rs 引腳置為邏輯低電平。這樣收發(fā)器就可以切換到普通傳輸模式。由于在準(zhǔn)備模式中工作速度緩慢，收發(fā)器要回到普通接收速度，則需要取決于邏輯的延遲時(shí)間 Rs 的下降 沿。在總線速度很高的情況下，收發(fā)器在準(zhǔn)備模式，例如因?yàn)?Rs 引腳仍然為高，不可能正確地接收報(bào)文。另外一個(gè)應(yīng)用是將 Rs 輸入連接到一個(gè)高電平有效的復(fù)位信號。 收發(fā)電路設(shè)計(jì) 在 CAN 接口電路的設(shè)計(jì)中，控制器 SJA1000 和收發(fā)器 82C250 是設(shè)計(jì)的關(guān)鍵部分。其中 SJA1000 負(fù)責(zé)對信號的發(fā)送、接收控制和校驗(yàn)重發(fā)等功能； 82C250 則負(fù)責(zé)連接 CAN 控制器和 CAN 通信的物理連接，同時(shí)負(fù)責(zé)對 CAN 信號地址分析，做出是否接收的判斷，是發(fā)送 CAN 信號的中轉(zhuǎn)站，也具有一定的判斷能力，收發(fā)電路由兩部分組成：光隔和收發(fā)部分 。 圖 光隔 電路 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 17 圖 收發(fā)電路 本章小結(jié) 對 CAN 收發(fā)電路進(jìn)行了說明和設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn) CAN 控制電路和外界物理 CAN 線路的連接。 基于 NMEA2021 的羅經(jīng)復(fù)示器設(shè)計(jì) 18 第 7 章 詳細(xì)設(shè)計(jì) 各部分原理 CAN 總線接口電路主要包括：單片機(jī)、控制器接口、總線收發(fā)器和看門狗電路等。采用 Philips 公司生產(chǎn)的 SJA1000 控制器和與其配套的 82C250CAN 收發(fā)器。按照 CAN 總線物理層協(xié)議選擇總線介質(zhì)，設(shè)計(jì)布線方案，連接成 CAN 網(wǎng)絡(luò)。雙絞屏蔽線可設(shè)兩套，在兩套介質(zhì)上同時(shí)進(jìn)行信息 傳輸，接收方只用一個(gè)介質(zhì)。在冗余和非冗余段的連接臨界點(diǎn)處進(jìn)行總線切換。 硬件電路的設(shè)計(jì)主要是 CAN 通信控制器與微處理器之間和 CAN 總線收發(fā)器與物理總線之間的接口電路的設(shè)計(jì)。 CAN 通信控制器是 CAN 總線接口電路的核心，主要完成 CAN 的通信協(xié)議，而 CAN 總線收發(fā)器的主要功能是增大通信距離，提高系統(tǒng)的瞬間抗干擾能力，保護(hù)總線，降低射頻干擾（ RFI），實(shí)現(xiàn)熱防護(hù)等?？撮T狗電路主要是實(shí)現(xiàn)對電路的監(jiān)控和復(fù)位作用。 在本電路原理中，控制單元以單片機(jī) AT89C51 為核心，選用器件 SJA1000 作為CAN 控制器，并選用芯片 82C250 和 6N13 X5045P 作為 CAN 控制器接口和光耦合隔離、復(fù)位電路。在實(shí)際中，應(yīng)注意