【文章內(nèi)容簡介】 4 系統(tǒng)硬件 控制器內(nèi)部結(jié)構(gòu)本次設(shè)計(jì)中采用了高速51內(nèi)核MCU，具體型號(hào)為DS89C450，高速8051架構(gòu)，每個(gè)機(jī)器周期一個(gè)時(shí)鐘，最高頻率33MHz，單周期指令30ns，雙數(shù)據(jù)指針，支持四種頁面存儲(chǔ)器訪問模式。片內(nèi)64KB閃存，在應(yīng)用編程，可通過串口實(shí)現(xiàn)在系統(tǒng)編程，MOVX可訪問的1KB SRAM。與8051系列端口兼容，四路雙向，8位I/O端口，三個(gè)16位定時(shí)器，256字節(jié)暫存RAM。支持電源管理模式，可編程的時(shí)鐘分頻器，自動(dòng)的硬件和軟件退出低功耗。外設(shè)特性：兩路全雙工串口、可編程看門狗定時(shí)器、13個(gè)中斷源、五級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)、電源失效復(fù)位、電源失效早期預(yù)警中斷和可降低EMI。 控制器存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)傳統(tǒng)的51系列芯片內(nèi)部沒有或僅有非常小的程序存儲(chǔ)器，這就需要通過外部總線進(jìn)行存儲(chǔ)器的擴(kuò)展，這樣使得系統(tǒng)電路復(fù)雜且使系統(tǒng)的性能下降。DS89C450內(nèi)部含有很大的程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，其片內(nèi)除了256字節(jié)RAM區(qū)，還提供片內(nèi)1KB的SRAM和64KB的程序存儲(chǔ)器。這就有足夠大的存儲(chǔ)區(qū)域來存放代碼和數(shù)據(jù)而不需要另外的擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，簡化了系統(tǒng)電路。圖 系統(tǒng)存儲(chǔ)分配 控制器具體電路在整個(gè)系統(tǒng)中控制部分主要完成最核心的數(shù)據(jù)處理和人機(jī)界面控制任務(wù)?？刂撇糠蛛娐啡鐖D 。圖 系統(tǒng)控制電路整個(gè)微控制系統(tǒng)中采用了無源晶振的形式發(fā)生MCU所需要的時(shí)鐘信號(hào)。具體電路如所示。時(shí)鐘電路中的兩個(gè)電容用在補(bǔ)償，使得晶振更容易起震，頻率更加穩(wěn)定。圖 系統(tǒng)時(shí)鐘電路 系統(tǒng)擴(kuò)展電路在本次設(shè)計(jì)任務(wù)中采用了串口作為系統(tǒng)與外界的通信接口，：圖 串口通信電路由于單片機(jī)的TTL電平和RS232協(xié)議的電平不同，需要MAX232進(jìn)行電平的轉(zhuǎn)換，在本次設(shè)計(jì)中還充分利用了串口的DTS信號(hào)作為單片機(jī)串口編程功能使能信號(hào)。由于DS89C450提供在系統(tǒng)編程，可以很方便的通過串口對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的FLASH進(jìn)行刷新。由于DS89C450進(jìn)入在系統(tǒng)編程需要幾個(gè)條件：⑴ 復(fù)位引腳電平為高；⑵ EA引腳為低電平；⑶ PSEN引腳為低電平。圖 串口邏輯電路 指南針模塊接口電路本次設(shè)計(jì)中采用了FAD_DCM_SPI指南針模塊。該模塊采用的正是PNI11096和SENR65傳感器組合的設(shè)計(jì)方案。為了模塊化，所以該模塊把PNI11096芯片的輸出信號(hào)經(jīng)過處理后封裝成特定的數(shù)據(jù)報(bào)文格式通過SPI總線形式對(duì)外提供。圖 指南針模塊接口經(jīng)過模塊封裝的數(shù)據(jù)格式如下：987654321XXXXXXXXX角度數(shù)據(jù)范圍：十六進(jìn)制（0X00~0X167），轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制為（0~359）。SPI(Serial Peripheral Interface串行外設(shè)接口)總線系統(tǒng)是一種同步串行外設(shè)接口，它可以使MCU與各種外圍設(shè)備以串行方式進(jìn)行通信以交換信息。該接口一般使用4條線：串行時(shí)鐘線（SCK）、主機(jī)輸入/從機(jī)輸出數(shù)據(jù)線MISO、主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOST和低電平有效的從機(jī)選擇線SS(有的SPI接口芯片帶有中斷信號(hào)線INT或INT、有的SPI接口芯片沒有主機(jī)輸出/從機(jī)輸入數(shù)據(jù)線MOSI)。由于SPI系統(tǒng)總線一共只需3～4位數(shù)據(jù)線和控制即可實(shí)現(xiàn)與具有SPI總線接口功能的各種I/O器件進(jìn)行接口，而擴(kuò)展并行總線則需要8根數(shù)據(jù)線、8～16位地址線、2～3位控制線，因此，采用SPI總線接口可以簡化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省很多常規(guī)電路中的接口器件和I/O口線，提高設(shè)計(jì)的可靠性。圖 SPI總線時(shí)序 實(shí)時(shí)時(shí)鐘電路本次設(shè)計(jì)中采用了PCF8583時(shí)鐘芯片為系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)時(shí)鐘。PCF8583是一款基于靜態(tài)CMOS RAM的實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片，該芯片采用了I2C總線接口。整個(gè)PCF8583的操作都是基于其內(nèi)建的CMOS RAM，通過對(duì)其不同地址的RAM的操作可以實(shí)現(xiàn)不同的功能。其內(nèi)部的256字節(jié)的RAM區(qū)域被分為了幾個(gè)功能區(qū)以完成不同的操作。由于本次使用的DS89C450內(nèi)部沒有I2C控制器，所以直接使用了芯片的I/O口模擬了I2C時(shí)序。圖 控制器和PCF8583連接PCF8583采用了I2C總線的形式與外界傳輸數(shù)據(jù)。I2C(Inter－Integrated Circuit)總線是一種由PHILIPS公司開發(fā)的兩線式串行總線，用于連接微控制器及其外圍設(shè)備。圖 I2C總線時(shí)序 液晶顯示電路本次設(shè)計(jì)采用了160*128點(diǎn)陣的單色液晶顯示屏（LCD）作為系統(tǒng)的顯示界面，具體的型號(hào)為PG160128，該LCM模塊采用了T6963C控制芯片作為顯示控制核心。微控制器只需要對(duì)T6963C芯片進(jìn)行操作便可以完成對(duì)LCD屏的相關(guān)操作，使用非常方便。圖 160*128LCM原理整個(gè)LCM中T6963C負(fù)責(zé)對(duì)LCD行列驅(qū)動(dòng)芯片T6A40和T6A39進(jìn)行控制。微控制器只需要按照T6963給定的指令格式進(jìn)行相應(yīng)的操作即可。T6963提供10種控制命令。圖 T6963讀寫時(shí)序本次設(shè)計(jì)中采用了5鍵輸入實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的控制，如時(shí)間的調(diào)整和菜單的選擇等。由于本次設(shè)計(jì)中對(duì)微控制器的端口占用較少，5個(gè)輸入鍵直接采用了連接到端口的形式,。圖 鍵盤電路以上是本設(shè)計(jì)課題中各個(gè)硬件部分的闡述，以下是整個(gè)系統(tǒng)的總電路。圖 系統(tǒng)總體電路圖系統(tǒng)的PCB圖如圖所示。圖 系統(tǒng)主電路板PCB圖圖 指南針模塊PCB圖5 系統(tǒng)軟件 主監(jiān)控程序整個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)中各個(gè)模塊間存在一定的先后順序且程序模塊數(shù)量較少，為了減少系統(tǒng)的程序量