【文章內容簡介】 絡的時間特性。 （ 5）安裝與維護中的布線 。 （ 6）網絡節(jié)點的增加與軟硬件更新 (可擴展性 )。 經分析，由于本設計面向的是大眾化的傳統(tǒng)汽車，成本成為器件選用的最重要標準。盡管方案一具備許多方案二沒有的特點，但是由于其技術還不十分成熟以及存在的技術瓶頸。還有其昂貴的價格，使其僅在一些中高檔轎車得到應用。而單片機控制的車用 數(shù)字儀表其卓越的性能價格比已引起我國車用儀表界的廣泛關注。與此同時，采用基于單片機控制的車用數(shù)字儀表，可以避免出現(xiàn)上述問題，這種基于單片機技術設計、制造的汽車儀表，具有集成度高、功能強、體積小、速度快、存儲量大、指令豐富、 抗干擾性強、通用性好、推廣范圍大、工作可靠、指示準確、易于匹配、使用壽命長、標準化系數(shù)高等一系列優(yōu)勢和特點，完全可以代替?zhèn)鹘y(tǒng)汽車儀表?；诖?，本系統(tǒng)中采用方案二作為本系統(tǒng)的最終總體設計方案 [6]。 10 第 3 章 車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設計 在上一章中論證了各方案 的優(yōu)缺點，并且最終確定了方案。本章將要介紹車用數(shù)字儀表系統(tǒng)的硬件設計，包含：單片機最小系統(tǒng)、各傳感器的功能簡介及其應用、 A/D轉換、液晶顯示等幾部分。 單片機最小系統(tǒng) 單片機作為微型計算機的一個重要分支，應用面很廣，發(fā)展很快。目前主要型號為：803 AT89C5 AT89S5 AT892051。本系統(tǒng)采用的是 AT89S52單片機， AT89S52單片機是低功耗，高性能，采用 CMOS工藝的 8位單片機，它在硬件資源和功能、軟件指令及編程上與 Inter80C3X單片機完全相同，在應用中可直接替換。 AT89S52內部有 FLASH程序存貯器，既可用常規(guī)的編程器編程，也可在線使之處于編程狀態(tài)對其編程。變成編程速度快，擦除時也無需紫外線，非常方便。 AT89S52 芯片功能簡介 AT89S52是一種低功耗、高性能 CMOS8位微控制器，具有 8K在系統(tǒng)可編 Flash存儲器。使用 Atmel公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè) 80C51產品指令和引腳完全兼容。片上 Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8位 CPU和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 AT89S52為眾多嵌 入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案 。 主要性能 ● 與 MCS51單片機產品兼容 ● 8K字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash存儲器 ● 1000次擦寫周期 ● 全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz ● 三級加密程序存儲器 ● 32個可編程 I/O口線 ● 三個 16位定時器 /計數(shù)器 ● 八個中斷源 11 ● 全雙工 UART串行通道 ● 低功耗空閑和掉電模式 ● 掉電后中斷可喚醒 ● 看門狗定時器 ● 雙數(shù)據(jù)指針 ● 掉電標識符 功能特性概述 AT89S52具有以下標準功能： 8k字節(jié) Flash， 256字節(jié) RAM， 32位 I/O口線，看門狗定時器， 2個數(shù)據(jù)指針，三個 16位定時器 /計數(shù)器，一個 6向量 2級中斷結構，全雙工串行口，片內晶振及時鐘電路。另外， AT89S52可降至 0Hz靜態(tài)邏輯操作，支持 2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下 RAM內容被保存，振蕩器被凍結， 單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止。 振蕩器特性： XTAL1和 XTAL2分別為反向放大器的輸入和輸出。該反向放大器可以配置為片內振蕩器。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。如采用外 部時鐘源驅動器件 ,XTAL2應不接。有余輸入至內部時鐘信號要通過一個二分頻觸發(fā)器 ,因此對外部時鐘信號的脈寬無任何要求 ,但必須保證脈沖高低電平要求的寬度。 芯片擦除： 整個 PEROM陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合 ,并保持 ALE管腳處于低電平 10ms來完成。在芯片擦操作中 ,代碼陣列全被寫“ 1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。 此外 ,AT89S52設有穩(wěn)態(tài)邏輯 ,可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯 ,支持兩種軟件可選的掉電模式。在閑置模式下 ,CPU停止工作。但 RAM,定時器 ,計數(shù)器 ,串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。在掉電模式下 ,保存 RAM的內容并且凍結振蕩器 ,禁止所用其他芯片功能 ,直到下一個硬件復位為止。 看門狗定時器 WDT是一種需要軟件控制的復位方式。 WDT由 13位計數(shù)器和特殊功能寄存器中的看門狗定時器復位存儲器（ WDTRST）構成。 WDT在默認情況下無法工作；為了激活 WDT，戶用必須往 WDTRST 寄存器（地址： 0A6H）中依次寫入 01EH和 0E1H。當 WDT激活后，晶振工作， WDT 12 在每個機器周期都會增加。 WDT計時周期依賴于外部時鐘頻率。除了復位（硬件復位或 WDT溢出復位） ，沒有辦法停止 WDT工作。當 WDT溢出，它將驅動 RSR引腳一個高個電平輸出。 （ 1） WDT的使用 為了激活 WDT，用戶必須向 WDTRST寄存器（地址為 0A6H的 SFR）依次寫入 0E1H和 0E1H。 當 WDT激活后，用戶必須向 WDTRST寫入 01EH和 0E1H喂狗來避免 WDT溢出。當計數(shù)達到8191(1FFFH)時， 13位計數(shù)器將會溢出，這將會復位器件。晶振正常工作 WDT激活后，每一個機器周期 WDT都會增加。為了復位 WDT，用戶必須向 WDTRST寫入 01EH和 0E1H（ WDTRST是只讀寄存器）。 WDT計數(shù)器不能讀或寫。當 WDT計數(shù)器溢出時，將給 RST引腳產生一個復位脈沖輸出，這個復位脈沖持續(xù) 96個晶振周期（ TOSC），其中 TOSC=1/FOSC。為了很好地使用WDT，應該在一定時間內周期性寫入那部分代碼，以避免 WDT復位。 （ 2） 掉電和空閑方式下的 WDT 在掉電模式下，晶振停止工作，這意味這 WDT也停止了工作。在這種方式下，用戶不必喂狗。有兩種方式可以離開掉電模式：硬件復位或通過一個激活的外部中斷。通過硬件復位退出掉電模式后，用戶就應該給 WDT喂狗，就如同通常 AT89S52復位一樣。通過中斷退出掉 電模式的情形有很大的不同。中斷應持續(xù)拉低很長一段時間，使得晶振穩(wěn)定。當中斷拉高后，執(zhí)行中斷服務程序。為了防止 WDT在中斷保持低電平的時候復位器件， WDT直到中斷拉低后才開始工作。這就意味著 WDT應該在中斷服務程序中復位。為了確保在離開掉電模式最初的幾個狀態(tài) WDT不被溢出，最好在進入掉電模式前就復位 WDT。在進入待機模式前，特殊寄存器 AUXR的 WDIDLE位用來決定 WDT是否繼續(xù)計數(shù)。默認狀態(tài)下，在待機模式下，WDIDLE＝ 0， WDT繼續(xù)計數(shù)。為了防止 WDT在待機模式下復位 AT89S52，用戶應該建立一個定時 器，定時離開待機模式，喂狗，再重新進入待機模式。 空閑模式 在空閑工作模式下， CPU處于睡眠狀態(tài)，而所有片上外部設備保持激活狀態(tài)。這種狀態(tài)可以通過軟件產生。在這種狀態(tài)下，片上 RAM和特殊功能寄存器的內容保持不變?？臻e模式可以被任一個中斷或硬件復位終止。由硬件復位終止空閑模式只需兩個機器周期有效復位信號，在這種情況下，片上硬件禁止訪問內部 RAM，而可以訪問端口引腳?？臻e模式被硬件復位終止后，為了防止預想不到的寫端口，激活空閑模式的那一條指令的下一條指令不應該是寫端口或外部存儲器。 掉電模式 在掉電模式 下，晶振停止工作，激活掉電模式的指令是最后一條執(zhí)行指令。片上 RAM 13 和特殊功能寄存器保持原值，直到掉電模式終止。掉電模式可以通過硬件復位和外部中斷退出。復位重新定義了 SFR的值，但不改變片上 RAM的值。在 VCC未恢復到正常工作電壓時，硬件復位不能無效 ,并且應保持足夠長的時間以使晶振重新工作和初始化 [7]。 表 31空閑模式和掉電模式下的外部引腳的狀態(tài) 模式 程序存儲器 ALE PSEN PORT0 PORT1 PORT2 PORT3 空閑 內部 1 1 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 空閑 外部 1 1 浮 空 數(shù)據(jù) 地址 數(shù)據(jù) 掉電 內部 0 0 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 掉電 外部 0 0 浮空 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù) 單片機的時鐘電路硬件設計 單片機的時鐘信號用來提供單片機內各種微操作的時間基準，這個時鐘信號可由單片機內時鐘電路產生，可以直接使用外部時鐘信號。因此，單片機時鐘電路通?？梢杂袃煞N形式內部振蕩方式和外部振蕩方式。 （ 1）內部振蕩方式 MCS單片機內有一個用于構成振蕩器的高增益反向放大器，引腳 XTAL1和 XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。把放大器與作為反饋元 件的晶體振蕩器或陶瓷諧振器連接就構成了內部自激振蕩器并產生振蕩時鐘脈沖。這種方式為內部振蕩方式，如下圖 31： 圖 31 內部振蕩方式 圖 32 外部振蕩方式 圖中 C1， C2起穩(wěn)定振蕩頻率，快速起振的作用，其容值一般在 5～ 30pF。 （ 2）外部振蕩方式 外部振蕩方式就是把外部自己有時鐘信號引入單片機內。這種方式是用來使單片機的 時鐘與外部信號保持同步。外部振蕩方式電路接法如上圖 32： 14 本系統(tǒng)中利用內部振蕩方式，電路見圖 31，其 參數(shù)選擇如下： fosc= C1=C2=30pF 單片機的復位電路硬件設計 復位操作可以使單片機初始化，也可以使死機狀態(tài)下的單片機重新啟動，計算機在啟動時，都需要復位，使 CPU和系統(tǒng)中其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。在振蕩器正在運行的情況下，復位是靠在 RST/Vn或 RST引腳處至少保持 2個機器周期 (24個振蕩器周期 )的高電平而實現(xiàn)的。 單片機復位電路包括片內，片外兩部分。片外復位信號通過引腳 RST加到內部復位電路上。內部復位電路在每個機器周期 S5P2對片外復位信號采樣一次，當 RST引腳出現(xiàn)連續(xù)兩個機器周期的高電平時，單片機就能完成一次復位。 RST端的外部復位電路有兩種復位操作形式：上電自動復位電路和按鍵手動電平復位電路。在本系統(tǒng)中采用手動電平自動復位。如下圖 34： 單片機復位的工作過程如下： （ 1） 上電自動復位電路 對于 MCS51系列來說，最簡單的上電復位電路就是由一個電阻和一個電容構成的。在系統(tǒng)上電時，經 C1與 R1充電，使 VRST端為高電平，持續(xù)時間 ??2T，完成復位。電容充電結束后，系統(tǒng)復位結束，開始正常工作。一般為了可靠的復位， RST在上電 時應保持 20ms以上的高電平。在圖 33中， RC時間常數(shù)越大，上電時 RST保持的高電平的時間越長。當晶振頻率為 12MHz時，典型值為 C=10uF， R= [8]。 （ 2） 按鍵手動復位電路 按鍵手動復位有電平方式和脈沖方式兩種。 按鍵脈沖復位電路則是利用 RC微分電路產生的正脈沖來實現(xiàn)的，其電路圖這里略過。 按鍵電平復位電路是通過是使復位端經電阻與 Vcc接通來實現(xiàn)的，按下按鍵， VREST =??5V ?? 持續(xù)時間 ??2T,完成復位。其電路如圖 34： 15 圖 33 上電自動復位電路 圖 34 手動電平復位電路 經以上分析設計，有關系統(tǒng)中 AT89S52單片機最小系統(tǒng)硬件設計原理圖如圖 35所示。 圖 35 AT89S52單片機的最小系統(tǒng)硬件