【文章內容簡介】 機外圍電路見圖 ，本圖中未再畫出） 。 123IC3A74ALS00456IC3B74ALS00IN026msb21212220IN12723192418IN2282582615IN312714lsb2817IN42EOC7IN53ADDA25IN64ADDB24ADDC23IN75ALE22ref()16ENABLE9START6ref(+)12CLOCK10U5ADC0809NC1A122A73A64A55A46A37A28A19A010I/O011I/O112I/O213GND14I/O315I/O416I/O517I/O618I/O719CE20A1021OE22A1123A924A825NC26WE27VCC28AT28C64U6AT28C641 2U3A74ALS043 4U3B74ALS045 6U3C74ALS0489U3D74ALS04P3_6P3_7P0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7P[0_0..0_7]P[0_0..0_7]P0_0P0_1P0_2P0_3P0_4P0_5P0_6P0_7P[2_0..2_4]P2_0P2_1P2_2P2_3P2_4Q[0..7]Q0Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q0Q1Q2Q[0..7]VCCGNDCLKENENSTARTP2_7PSENGNDVCCSTART1122334455667788991010111112121313141415151616J2CON16D 圖 AT89C5131與 A/D轉換器和存儲器芯片的連接電路 單片機的 P0 口可分時輸出低 8位地址和數據，為了把地址信息分離出來保存，需外加地址鎖存器（圖中為 74HC373），并由單片機的地址鎖存允許信號 ALE 的下降沿將地址信息鎖存到地址鎖存器中。經鎖存器鎖存后的低三位地址 Q0~Q2 分別與 ADC0809 的地址譯碼引腳ADDA~ADDC 連接，以選通 IN0~IN7 中的一個通道。 ADC0809 具有輸出三態(tài)鎖存器，故其 8位輸出數據引腳 D0~D7 可直接與單片機數據總線 ~ 相連。 ADC0809 片內無時鐘，圖 中利用雙 4 位二進制計數器 74HC393 給 ADC080929 提供時鐘輸入。單片機的 ALE引腳與 74HC393的時鐘輸入端 CLK相連，計數器的一路輸出 Q1與 ADC0809的時鐘輸入端 CLOCK 相連， ALE 引腳的時鐘頻率經 74HC393 二分頻后提供給 ADC0809 作為時鐘信號。 單片機 引腳作為 ADC0809 的片選信號。圖 4與非門芯片 74ALS00 和 6反相器芯片 74ALS04 來控制 ADC0809 的啟動和輸出轉換數據。當 ＝ 1， WR()=0 時， 74ALS04 的 6號腳輸出為高電平，將其與 ADC0809 的轉換啟動端口 START 和地址鎖存端口 ALE連接，從而在鎖存通道地址的同時啟動 A/D 轉換。當 =1， RD （ ） =0 時， 74ALS04的 8號腳輸出為高電平，將其與 ADC0809 的輸出允許引腳 OE相連，從而允許將轉換得到的數字量數據輸出到數據總線上。本系統(tǒng)在軟件上采用延時的方法來等待轉換結束，因此未使用轉換結束信號引腳 EOC。 ADC0809 的正參考電壓輸入端 VREF(＋ )和主電源輸入端 VCC 都接＋5V 電源，而負參考電壓輸入端 VREF(－ )和接地端 GND 均接地。 外接存儲器接口電路 外接存儲器接口電路是為了將單片機接受到的數據存儲起來，達到采樣功能 。 外接存儲器 AT89C5131 單片機片內集成有兩個 Flash 存儲空間 FM0 和 FM1，其中 FM0 為 32K 字節(jié)的程序存儲器（用戶空間），且支持并行編程和串行在線編程（ ISP）； FM1 為 3K 字節(jié)的引導啟動程序和應用編程接口（ API），且只支持并行編程。因此在編寫單片機固件程序時可使用 FM0的用戶空間進行在線編程，但本系統(tǒng)設計時未采用在線編程的方法，而是直接將單片機程序存儲在一片外接 EEPROM 存儲器芯片中，通過將單片機 EA————接低電平，使單片機執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。 本系統(tǒng)使用的存儲器芯片是 ATMEL 公司的 64K(8K8 位 )EEPROM 芯片 AT28C64。該存儲器芯片采用 ATMEL 非揮發(fā)性 CMOS 技術，存取時間僅需 150ns，功耗僅 220mW。封裝形式有PDIP/SOIC28 腳、 PLCC32 腳和 TSOP28 腳三種，其引腳說明如表 。 表 AT28C64引腳說明 引腳 功能 A0A12 地址線 CE 芯片選擇（片選） OE 輸出使能 WE 寫入使能 I/O0I/O7 數據輸入 /輸出端 VCC 電源端 GND 接地端 外接存儲器接口電路 AT28C64 與單片機 AT89C5131 的連接電路同樣如圖 。單片機 P0 口輸出的地址信息經地址鎖存器 74HC373 鎖存后送入存儲器 AT28C64 的低 8 位地址線 A0~A7；同時 P0 口又AT28C64 的數據線 I/O0~I/O7 相連，可分時輸出存儲的數據。單片機的 P2 口作為高位地址線， 由于 P2 口輸出具有鎖存的功能，因此不必加地址鎖存器，可直接與 AT28C64 的高 5位地址線A8~A12 相 連。 單片機 PSEN 引腳與 AT28C64 的片選端 CE 和輸出允許端 OE 相連，從而選中外部存儲器并允許從中讀取程序指令。單片機 EA 接低電平，使單片機執(zhí)行外部程序程序存儲器中的程序。 系統(tǒng)外圍電路 系統(tǒng)的外圍電路包括：電源電路、復位電路、時鐘產生電路、 PLL 配置電路。 （ 1）電源電路。本系統(tǒng)中所有器件均可使用 +5V 電源電壓；由于 USB 端 口電源；可通過USB 總線從 PC機獲得，因此本系統(tǒng)未使用外部電源，直接利用 USB 總線供電。 （ 2）復位電路。單片機 AT89C5131 的 RST 引腳是復位信號輸入引腳，復位的實現一般可采用上電復位和外部手動復位兩種方式，本設計采用手動復位方式，通過按鍵 S1來進行復位操作，復位電路如圖 。 （ 3）時鐘產生電路。單片機 AT89C5131 的時鐘發(fā)生器包括一個內部振蕩器和一個鎖相環(huán)（ PLL），所有外部設備以及 CPU 的內核工作所需的時鐘信號都是由時鐘發(fā)生器產生的。 AT89C5131 的 XTAL1 和 XTAL2 分別是一個片內反相放大器的輸入端和輸出端。若使用內部振蕩器產生時鐘信號，則將這兩個引腳與作為反饋元件的片外晶振和電容相連接構成一個自激振蕩器，連接電路如圖 所示。其中外接晶振的頻率本系統(tǒng)選擇 12MHz；而兩個電容則通常選擇 20pF～ 30pF 左右。當然也可以選擇采用外部振蕩器來產生時鐘信號，此時只需將XTAL1 引腳直接作為外部時鐘的輸入即可。本系統(tǒng)的時鐘信號由內部振蕩器產生。 （ 4） PLL配置電路。 AT89C5131 的鎖相環(huán)（ PLL）是用來產生和外部低頻時鐘（外圍設備時鐘）同步的內部高頻時鐘（ USB 時鐘）的，即 USB 接口所需的時鐘信號是由 PLL 產生的。PLL 的內部結構如圖 所示，可以看出是一個閉環(huán)結構。其中 N3:0 和 R3:0 均位于 PLLDIV寄存器，各為 4 位。內部振蕩器的參考時鐘經過 N分頻和反饋回來的 USB 時鐘經過 R 分頻進入 PFLD 進行比較并產生合適的輸出信號。 PLLCON 寄存器的 PLLEN 位用來使能時鐘信號的產生；而當 PLL 被鎖定時， PLLCON 寄存器的 PLOCK 位則會被置 位，此時輸出的時鐘信號才是穩(wěn)定的信號。 PLLF 是 PLL 的低通濾波器連接引腳，需要與一個 RC 網絡相連接，連接電路如圖。 圖 PLL結構內部結構框圖 PLL 輸出的 USB 時鐘頻率為 48MHz，它與內部振蕩器的輸入時鐘頻率之間的數學關系是：USBclk=OSCclk(R+1) ／ N+1。因此為了產生 48MHz 的時鐘信號，必須根據振蕩器的頻率來配置合適的分頻數值（ N 和 R），典型的分頻值見表 。本系統(tǒng)選用 12MHz 晶振，因此需要將PLLDIV 寄存器設置為 30h。 表 典型分頻值設置 振 蕩器頻率 R+1 N+1 PLLDIV寄存器 3MHz 16 1 F0h 6MHz 8 1 70h 8MHz 6 1 50h 12MHz 4 1 30h 16MHz 3 1 20h 18MHz 8 3 72h 20MHz 12 5 B4h 24MHz 2 1 10h 32MHz 3 2 21h 軟件設計 本系統(tǒng)在軟件上主要包括三部分：固件程序、 USB 設備驅動程序以及應用程序 。通過固件程序和 USB 驅動程序使 PC 機可以與 USB設備進行正常的通信，并且數據采集系統(tǒng)可以進行正常的數據 采集；通過界面程序的設計使采集到的數據波形圖可以在 PC 機界面上顯示出來。以下將分別進行介紹。 固件程序 固件設計主要完成兩個方面的工作：控制 A/D 的采樣和通過 USB 控制器與主機通信。由于單片機系統(tǒng)控制 A/D 采樣的工作非常簡單，此處不做介紹。 對于固件程序的編程，其基本結構如下： ① 初始化，包括處理器和外圍電路的初始化； ② 主函數，包括完成符合設備特定要求的代碼； ③ 中斷處理，包括處理各種中斷的程序代碼。 固件程序的代碼如下： define Usb_enable()(USBCON|=0x80)//USBE=1，使能 USB 控制器 define Usb_detach()(USBCON|=0x10)//DETACH=1，模擬 USB 總線斷開 define Usb_attach()(USBCONamp。=~0x10)//DETACH=0，模擬 USB 總線連接 v