【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 生產(chǎn)的通用異步收發(fā)器（ UART）芯片，使用SPI/Microwire 接口與微控制器進(jìn)行通信。 MAX3100 不僅適用于速率高達(dá) 230Kb/s 的RS— 232 和 RS— 485 數(shù)據(jù)鏈路，而且支持速率 — 。MAX3100 的封裝和引腳如圖 36 所示。 紅外編碼 紅外解碼 時(shí)鐘分頻 Ir_TXD Ir_RCV Xin Xout VCC GND TXD RST Clk_slt CLK RCV 紅外編碼 紅外解碼 VCC GND TXD CLK RCV RST Ir_TXD Ir_RCV 河北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 它的引腳功能說明如下： 圖 36 MAX3100 管腳圖 DIN： SPI/Microwire 串行數(shù)據(jù)輸入。 DOUT： SPI/Microwire 串行數(shù)據(jù)輸出。 SCLK： SPI/Microwire 串行時(shí)鐘輸入 。 CS：片選端， CS=1 時(shí) DOUT 呈高阻態(tài)。 IRQ：低電平中斷申請(qǐng)輸出。 SHDN：硬件關(guān)斷腳， SHDN 為低電平時(shí)內(nèi)部晶振電路關(guān)閉。 X2：晶振連接腳，外接時(shí)鐘時(shí)該端懸空。 X1：晶振連接腳，外接時(shí)鐘時(shí)從該端輸入。 CTS：用于 RS— 232 的 CTS 輸入。 RTS：用于 RS— 232 的 RTS 輸出或 RS— 485 使能。 RX：異步串行數(shù)據(jù)輸入（接入）。 TX：異步串行數(shù)據(jù)輸入（發(fā)送）。 VCC：正電源輸入端（ — ）。 GND：地。 MAX3100 供電電源范圍寬，功耗低，從 + 的電源中僅 吸收 的電流，具有零功耗的停機(jī)模式，并能由接收信號(hào)喚醒，在基于微控制器的小型系統(tǒng)設(shè)計(jì)中具有良好的應(yīng)用前景。 MAX3100 是性能完善的 UART，內(nèi)部包含了一個(gè)簡(jiǎn)單的 UART、可編程波特率發(fā)生器、 8 字節(jié)接收 FIFO 以及 SPI 接口和中斷控制器，可實(shí)現(xiàn)由同步串行數(shù)據(jù)（兼容于 SPI 及 Microwire 標(biāo)準(zhǔn)）到異步串行數(shù)據(jù)通信（如 RS23 RS48 IrDA）間的轉(zhuǎn)換。本例要使用的就是 SPI 到 IrDA 的紅外數(shù)據(jù)傳輸功能。 MAX3100 設(shè)計(jì)具有很大的靈活性，其特點(diǎn)如下： 奇偶校驗(yàn)等完全由軟件控制，只需 往一個(gè)內(nèi)部寄存器寫入控制字，即可設(shè)置河北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 UART 的波特率、數(shù)據(jù)字長(zhǎng)、校驗(yàn)使能以及 8 字節(jié)接收 FIFO 使能。 CTS/TRS 硬件握手控制線，如簡(jiǎn)單的 I/O 線，由寄存器直接控制。 具有硬件和軟件調(diào)用的關(guān)斷功能，可以降低系統(tǒng)的功耗。 具有 4 個(gè)中斷源：接收校驗(yàn)（ Pr）、接收數(shù)據(jù)（ R）、接收開始 /幀誤和發(fā)送緩沖空（ T），任何中斷源都可以屏蔽。 可選擇普通 UART 和紅外通信 IrDA 定時(shí)兩種工作模式，其中， IrDA 定時(shí)模式能夠和其他具有 SIR 兼容的紅外端口設(shè)備進(jìn)行紅外通信。 紅外收發(fā)器選用 HP 公司的 HSDL3201，它是一款支 持 IrDA 的低功耗適應(yīng) 。 HSDL3201 芯片簡(jiǎn)介： HSDL3201 是一種廉價(jià)的紅外收發(fā)器模塊，工作電壓為 ～ 。由于發(fā)光二極管的驅(qū)動(dòng)電流是內(nèi)部供給的恒流 32mA，因此確保了連接距離符合 IrDA1． 2(低功耗 )物理層規(guī)范。 HSDL3201 與 IrDA1． 2 低功耗器件通信的連接距離為 20cm，與IrDA1． 2 標(biāo)準(zhǔn)器件通信的連接距離為 30cm。 HSDL3201 的特性如下： 超小型表面封裝； 最小高度： ； 發(fā)光二級(jí)管電壓范圍 ； 溫度范圍： 2585 攝氏度； 發(fā)光二級(jí)管驅(qū)動(dòng)電流 32mA； 邊緣檢測(cè)輸入：避免發(fā)光二極管的開啟時(shí)間長(zhǎng)。 HSDL3201 的引腳功能說明如表 31 所示。 表 31 HSDL3201 的引腳功能說明 Table 31 HSDL3201 pin Help 引腳 標(biāo)記 描述 備注 1 GND 地 接系統(tǒng)地 2 NC 懸空 此引腳必須懸空 3 VCC 電源 4 AGND 模擬地 接“靜”地 5 SD 關(guān)斷（高電平有效） 此引腳必須接高或低，但不能懸空 6 RXD 接收數(shù)據(jù)輸出 輸出是 s 的低電平脈沖 7 TXD 發(fā)送數(shù)據(jù)輸入 邏輯高會(huì)開啟 LED，但如果延時(shí) 20μ s 以上會(huì)關(guān)閉LED，此腳必須接高或低，不能懸空 河北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 8 VLED LED 電壓 / SHIELD EMI 外殼 通過磁珠或電感（感值低）接系統(tǒng)地，最好不要直接接 GND 或 AGND 對(duì)于 HSDL3201， LED 的輸出和 RXD 輸出受 TXD、 SD 以及接收器檢測(cè)到的光信號(hào)控制，如表 32 所示。 表 32 HSDL3201 收發(fā)器 I/0 真值表 Table 32 HSDL3201 transceiver I / 0 truth table SD TXD LED 接收器 RXD 備注 低 高 開 無(wú)關(guān) 無(wú)效 1， 2 低 低 關(guān) IrDA 信號(hào) 低 3， 4 低 低 關(guān) 無(wú)信號(hào) 高 高 無(wú)關(guān) 關(guān) 無(wú)關(guān) 高 5 注： 1 如果 LED 持續(xù) 20μ s 的高狀態(tài)， LED 將關(guān)閉。 2 當(dāng) TXD 正發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)， RXD 將響應(yīng) TXD 信號(hào)。 3 帶內(nèi) IrDA 信號(hào)和數(shù)據(jù)速率低于等于 。 4 RXD 邏輯低是脈沖響應(yīng)，脈沖寬度為 s，和數(shù)據(jù) 5 速率獨(dú)立。 6 關(guān)斷狀態(tài) RXD 邏輯高的上拉電阻為 300kΩ。 看門狗電路設(shè) 計(jì) 在系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，可靠性的設(shè)計(jì)尤為重要。眾所周知，在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，往往會(huì)由于供電電源、空間電磁干擾或其他原因引起強(qiáng)烈的干擾噪聲。這些干擾作用于數(shù)字器件，極易使其產(chǎn)生誤動(dòng)作，引起“程序跑飛”事故。若不進(jìn)行有效處理，程序就永遠(yuǎn)不能回到正常運(yùn)行狀態(tài)，從而失去應(yīng)有的控制功能，這在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)中是不允許的。為了提高系統(tǒng)的可靠性，可以在系統(tǒng)中使用監(jiān)視定時(shí)器（ WDT）。 WDT 又名“看門狗”，是工業(yè)計(jì)算機(jī)和微控制器中常用的一種電路。在正常操作期間，一次 WDT 定時(shí)時(shí)間到，將產(chǎn)生一次器件復(fù)位（監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位）。在編程時(shí)加入對(duì) WDT 清 0 的語(yǔ)句，使得程序正常運(yùn)行時(shí)，在 WDT 定時(shí)時(shí)間到之前對(duì) WDT 清 0 ，不會(huì)產(chǎn)生監(jiān)視定時(shí)器復(fù)位；如果由于干擾使程序跑飛，則不會(huì)在 WDT 定時(shí)時(shí)間到之前執(zhí)行 WDT 清 0 語(yǔ)句， WDT 就會(huì)產(chǎn)生復(fù)位，從而使程序又回到正常運(yùn)行狀態(tài)。單片機(jī)系統(tǒng)通常工作在一些特定環(huán)境中， 河北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 不可避免會(huì)受到外界的干擾， 這些干擾輕則導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi)部數(shù)據(jù)出錯(cuò)，重則將嚴(yán)重影響程序的運(yùn)行。 一般說來(lái)系統(tǒng)的可靠性應(yīng)從軟件、硬件以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等方面全面考慮， 如器件選擇、電路板的布線、看門狗、軟件冗余等。只有通過軟、硬件的聯(lián)合設(shè)計(jì)， 才能保證系總體 的可靠性指標(biāo)， 以滿足系統(tǒng)在現(xiàn)場(chǎng)苛刻條件下的正常運(yùn)行。 對(duì)于來(lái)自電網(wǎng)電壓的欠壓、過壓、掉電和瞬變現(xiàn)象，通常采用低通電源濾波器、隔離變壓器、光電隔離及使用 UPS 不間斷電源， 或者給單片機(jī)系統(tǒng)配備專用電源。但這些措施仍然不能解決上述電源異常問題， 而且線路復(fù)雜、成本高。所以，單片機(jī)監(jiān)控電路應(yīng)運(yùn)而生。利用監(jiān)控芯片和少量外圍元件能方便地組成各種有效的復(fù)位電路， 并能對(duì)電源異常情況進(jìn)行各種監(jiān)控。這種芯片具有監(jiān)視功能多、可靠性高、外圍元件少、監(jiān)控電路簡(jiǎn)單和體積小等優(yōu)點(diǎn)。因此它被廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、微控制器應(yīng)用系統(tǒng)、便攜式 智能儀器、自動(dòng)控制等領(lǐng)域。 看門狗電路采用 MAXIM 公司的 MAX6304 實(shí)現(xiàn)，其原理如圖 37 所示。 MAX6304 簡(jiǎn)介： Maxim 公司生產(chǎn)的 MAX6304 是一款專用、高性能、低功耗的微處理器監(jiān)控芯片， 它有如下特點(diǎn)。 （ 1）同時(shí)具有復(fù)位和看門狗功能； （ 2）復(fù)位門限電壓在 1122V 以上可調(diào)節(jié)； （ 3）復(fù)位超時(shí)時(shí)間可調(diào)； （ 4）看門狗超時(shí)時(shí)間可調(diào)，通過看門狗選擇腳還可以設(shè)置 500 倍超時(shí)時(shí)間； （ 5） 4μ A 供電電流； （ 6）輸出結(jié)構(gòu)為 : 推 /拉方式輸出、高電平復(fù)位。 R S T I N1GND2S R T3S W T4W D S5W D I6R E S E T7V C C8D1C2C1R3R1S1V C CV C CD O G _I NR S T 1 河北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 圖 37 看門狗電路 圖中 D1 即 為看門狗芯片 MAX6304?？撮T狗電路可參考 MAX6304 的芯片資料來(lái)設(shè)計(jì)。 R1 取 15KΩ， R3 取 10KΩ，這樣得到復(fù)位閾值電壓為： VRSR=（ R3＋ R1） /R3= MAX6304 的 SWT 腳用于設(shè)置基本看門狗的超時(shí)周期，這個(gè)周期可以通過外部電容 C2 來(lái)調(diào)節(jié)。這里取 C2=100pF。 基本看門狗超時(shí)周期 tWD= C2= 100=267μ s WDS 腳是看門狗選擇輸入腳，這個(gè)輸入可以選擇看門狗的模式，接低電平為正常模式，接高電平則選擇的是擴(kuò)展模式，在擴(kuò)展模式下，看門狗超時(shí)周期為 基本超時(shí)周期的 500 倍。在本例中， WDS 接高電平，所以最終的看門狗超時(shí)周期約為 133ms。這樣，只需單片機(jī)程序每隔小于 133ms 的一個(gè)時(shí)間周期內(nèi)，對(duì) WDI 產(chǎn)生輸入的電平變換就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)程序的檢測(cè)了。 單片機(jī)電路設(shè)計(jì) 硬件電路的單片機(jī)部分除了看門狗電路以外，其他電路采用最為常用的“ CPU＋RAM＋鎖存器”模式。電路原理圖如圖 38 所示。 圖 38 中 D2 即為本例采用的單片機(jī) 89C52，它由 的晶振提供工作時(shí)鐘。它的 腳 DOG_IN 和看門狗電路相連： 12 腳 ITN0 以及 — 均和紅外接口電路相連（在后文介紹）： 腳控制紅外線收發(fā)器的 SHUTDOWN 關(guān)斷腳，實(shí)現(xiàn)紅外收發(fā)器的降功耗處理： 10 腳 RXD、 11 腳 TXD 和串口電路相連：其他的數(shù)據(jù)線、地址線以及讀寫、 ALE 等控制信號(hào)線和鎖存器以及 RAM 電路相連，采用最為常用的工作方式。 圖 38 中 D3 為鎖存器芯片 SN74ABT373， D9 為 32K 字節(jié)的 CMOS 靜態(tài)RAM 芯片。實(shí)際上在本設(shè)計(jì)中需要用到的 RAM 空間很少，用 89C52 內(nèi)部自帶的 256B RAM 空間已經(jīng)足夠，可以不必使用外部 RAM。 河北大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）說明書 EA/VP31X119X218RESET9INT012INT113T014T115P1P2P3P4P5P6P7P8P39P38P37P36P35P34P33P32P21P22P23P24P25P26P27P28RD17WR16PSEN29ALE/P30TXD11RXD10VCC40VSS20D2OE1Q02D03D14Q15Q26D27D38Q39LE11Q412D413D514Q515Q616D617D718Q719D3A8 A9 A10A11A12A13A14A15D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7ALEALEWRBRDBA0 A1 A2 A3 A4 A5 A6 A7D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7A141A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O011I/O112I/O213VSS14I/O315I/O416I/O517I/O618I/O719CS20A1021OE22A1123A924A825A1326WE27VCC28D9WRBRDBD0D1D2D3 D4 D5 D6A0 A1VCCR6VCCD7A2 A3 A4 A5 A6 A7A8A9A10