【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 RST (RXD) (TXD) (INT0) (INT1) (T0) (T1) (WR) (RD) XTAL1 XTAL2 GND 三江學(xué) 院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 8 復(fù)位電路設(shè)計(jì) 在上電或復(fù)位過(guò)程中控 制 CPU 的復(fù)位狀態(tài)，這段時(shí)間內(nèi)讓 CPU 保持復(fù)位狀態(tài)，而不是一上電或剛復(fù)位完畢就工作，防止 CPU 發(fā)出錯(cuò)誤的指令，執(zhí)行錯(cuò)誤操作，也可以提高電磁兼容性能。無(wú)論使用哪種類(lèi)型的單片機(jī) ,總要涉及到單片機(jī)復(fù)位電路的設(shè)計(jì)。而單片機(jī)復(fù)位電路設(shè)計(jì)的好壞 ,直接影響到整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性。許多用戶在設(shè)計(jì)完單片機(jī)系統(tǒng) ,并在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試成功后 ,在現(xiàn)場(chǎng)卻出現(xiàn)了“死機(jī)”、“程序走飛”等現(xiàn)象 ,這主要是單片機(jī)的復(fù)位電路設(shè)計(jì)不可靠引起的。 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。 51 系列單片機(jī)的復(fù)位信 號(hào)是從 RST 引腳輸入到芯片內(nèi)的觸發(fā)器中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且振蕩器穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。單片機(jī)系統(tǒng)的復(fù)位方式有：手動(dòng)按鈕復(fù)位和上電復(fù)位，如圖 圖 所示。 圖 圖 ① 上電復(fù)位： STC89C52 的上電復(fù)位電路如圖所示， RST 引腳是復(fù)位 信號(hào)的輸入端，在 RST 復(fù)位輸入引腳上接一電容至 Vcc 端，下接一個(gè)電阻到地即可。只要高電平的復(fù)位信號(hào)持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期以上的有效時(shí)間，就可以使單片機(jī)上電復(fù)位。上電復(fù)位的工作過(guò)程是在加電時(shí)，復(fù)位電路通過(guò)電容加給 RST 端一個(gè)短暫的高電平信號(hào)， RST 端電位與 Vcc 相同，此高電平信號(hào)隨著 Vcc 對(duì)電容的充電過(guò)程而逐漸回落，即 RST 端的高電平持續(xù)時(shí)間取決于電容的充電時(shí)間。為了保證系統(tǒng)能夠可靠地復(fù)位， RST 端的高電平信號(hào)必須維持足夠長(zhǎng)的時(shí)間。上電時(shí)， Vcc 的上升時(shí)間約為 10ms，在圖 2 的復(fù)位電路中，當(dāng) Vcc 掉電時(shí)，必然會(huì)使 RST 端電壓迅速下降到 0V以下，但是，由于內(nèi)部電路的限制作用，這個(gè)負(fù)電壓將不會(huì)對(duì)器件產(chǎn)生損害。另外，在復(fù)位期間，端口引腳處于隨機(jī)狀態(tài)，復(fù)位后，C3 1uF 10k VCC RESET VCC RST GND VCC STC89C52 1uF 10k 三江學(xué) 院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 9 系統(tǒng)將端口置為全“ l”態(tài)。如果系統(tǒng)在上電時(shí)得不到有效的復(fù)位，則程序計(jì)數(shù)器 PC 將得不到一個(gè)合適的初值，因此， CPU 可能會(huì)從一個(gè)未被定義的位置開(kāi)始執(zhí)行程序。 ② 手動(dòng)按鈕復(fù)位： 手動(dòng)按鈕復(fù)位需要人為在復(fù)位輸入端 RST 上加入高電平（如圖所示）。一般采用的辦法是在 RST 端和正電源 Vcc 之間接一個(gè)按鈕。當(dāng)人為按下按鈕時(shí)，則 Vcc 的 +5V 電平就會(huì)直接加到 RST 端。手動(dòng)按鈕復(fù)位的電路 如所示。由于人的動(dòng)作再快也會(huì)使按鈕保持接通達(dá)數(shù)十毫秒，所以，完全能夠滿足復(fù)位的要求。 單片機(jī)最小系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 圖 PDIUSBD12接口芯片設(shè)計(jì) USB 接口芯片簡(jiǎn)介 用于 USB 設(shè)備開(kāi)發(fā)的芯片通常有兩種：一種是帶 USB 接口的微控制器，另一種是純粹的 USB 接口芯片，需要外部微控制器（ MCU）控制。 PHILIPS 公司的 PDIUSBD12芯片屬于后者。本文對(duì)此芯片的應(yīng)用作了具體設(shè)計(jì)，以 PDIUSBD12 為接口芯片，以STC89C52 為微控制器，完成了 USB 接口電路的設(shè)計(jì)。 PDIUSBD12 是一款性價(jià)比很高的 USB 器件，它通常用作微控制器系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接口，它還支持本地的 DMA 傳輸。這種實(shí)現(xiàn) USB 接 三江學(xué) 院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 口的標(biāo)準(zhǔn)組件使得設(shè)計(jì)者可以在各種不同類(lèi)型微控制器中選擇出最合適的微控制器。這種靈活性減小了開(kāi)發(fā)的時(shí)間，風(fēng)險(xiǎn)以及費(fèi)用，通過(guò)使用已有的結(jié)構(gòu)和減少固件上的投資，從而用最快捷的方法實(shí)現(xiàn)最經(jīng)濟(jì)的 USB 外設(shè) 的解決方案。 PDIUSBD12 完全符合 版的規(guī)范，它還符合大多數(shù)器件的分類(lèi)規(guī)格：成像類(lèi)，海量存儲(chǔ)器件 ，通信器件，打印設(shè)備以及人機(jī)接口設(shè)備。同樣地 PDIUSBD12 理想地適用于許多外設(shè)。 PDIUSBD12 的 技術(shù)可提供良好的 USB 連接指示。在枚舉中 LED 指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍。當(dāng) PDIUSBD12 成功地枚舉和配置后 LED 指示將一直點(diǎn)亮，隨后與PDIUSBD12 之間成功的傳輸（帶應(yīng)答）將關(guān)閉 LED，處于掛起狀態(tài)時(shí)， LED 將會(huì)關(guān)閉。 該特性為 USB 器件 ,集線器和 USB 通信狀態(tài)提供了用戶友好的指示。作為一個(gè)診斷工具，它對(duì)隔離故障的設(shè)備是很有用的。從系統(tǒng)測(cè)試中也可以看見(jiàn)該指示 LED 間歇閃爍，很好 的驗(yàn)證了這一特性。 PDIUSBD12 內(nèi)部包括模擬收發(fā)器、電壓調(diào)整器、 PLL、 Philips 串行接口引擎（ PSIE）等。 模擬收發(fā)器： 集成的收發(fā)器接口可通過(guò)終端電阻直接與 USB 電纜相連。 電壓調(diào)整器： 片內(nèi)集成了一個(gè) 的調(diào)整器用于模擬收發(fā)器的供電，該電壓還作為輸出連接到外部 ，可選擇 PDIUSBD12 提供的 帶 技術(shù)。 PLL： 片內(nèi)集成了 6M 到 48M 時(shí)鐘乘法 PLL，這樣就可使用低成本的 6M晶振， EMI 也隨之降低。 PLL 的 工作不需要外部元件。 位時(shí)鐘恢復(fù)： 位時(shí)鐘恢復(fù)電路使用 4X 過(guò)采樣規(guī)則，從進(jìn)入的 USB 數(shù)據(jù)流中恢復(fù)時(shí)鐘，它能跟蹤 USB 規(guī)定范圍內(nèi)的抖動(dòng)和頻漂。 Philips 串行接口引擎（ PSIE）： Philips SIE 實(shí)現(xiàn)了全部的 USB 協(xié)議層，完全由硬件實(shí)現(xiàn)而不需要固件的參與。該模塊的功能包括：同步模式的識(shí)別，并行 /串行轉(zhuǎn)換，位填充 /解除填充， CRC 校驗(yàn) /產(chǎn)生，PID 校驗(yàn) /產(chǎn)生，地址識(shí)別和握手評(píng)估 /產(chǎn)生。 TMtSoftConnec ： 與 USB 的連接是通過(guò) D+（用于高速 USB 器件）置為高實(shí)現(xiàn)的。 拉 電阻集成在 PDIUSBD12 片內(nèi)，默認(rèn)狀態(tài)下不與 VCC 相連。連接的建立通過(guò)外部 /系統(tǒng)微控制器發(fā)送命令來(lái)實(shí)現(xiàn)。這就允許系統(tǒng)微控制器在決定與 USB 建立連 三江學(xué) 院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 11 接之前完成初始化時(shí)序。 USB 總線連接可以重新初始化而不需要拔出電纜。 PDIUSBD12 在連接可以建立之前會(huì)檢測(cè) USB VBUS 是否可用。 VBUS 可通過(guò) EOT_N 管腳進(jìn)行檢測(cè)。具體參閱管腳描述一節(jié)。 需要注意的是，內(nèi)部電阻的誤差 (25%)大于 USB 規(guī)格的 5% .但用于連接的 VSE 電壓規(guī)格仍然有足夠的余量。 TMtSoftConnec 是 Philips 半導(dǎo)體一項(xiàng)尚未獲批準(zhǔn)的專(zhuān)利技術(shù)。 TMGoodLink ： TMGoodLink 技術(shù)可提供良好的 USB 連接指示。在枚舉中 LED 指示根據(jù)通信的狀況間歇閃爍。當(dāng) PDIUSBD12 成功地枚舉和配置后 LED 指示將一直點(diǎn)亮 ，隨后與PDIUSBD12 之間成功的傳輸（帶應(yīng)答）將關(guān)閉 LED，處于掛起狀態(tài)時(shí)， LED 將會(huì)關(guān)閉。 該特性為 USB 器件 ,集線器和 USB 通信狀態(tài)提供了用戶友好的指示。作為一個(gè)診斷工具，它對(duì)隔離故障的設(shè)備是很有用的。該特性降低了現(xiàn)場(chǎng)支持和熱線的成本。 存儲(chǔ)器管理單元（ MMU） 和集成（ RAM）： 以 12M/s 的速率傳輸并與微控制器并口相連時(shí)， MMU 和集成 RAM 作為 USB 之間速度差異的緩沖區(qū)。這就允許微控制器以自己的速率對(duì) USB 信息包進(jìn)行讀寫(xiě)。 并行和 DMA 接口： 一個(gè)普通的并行接口定義成易于 使用，快速而且可以與主流的微控制器直接接口。對(duì)一個(gè)微控制器而言， PDIUSBD12 看起來(lái)就象一個(gè)帶 8 位數(shù)據(jù)總線和一個(gè)地址位，占用 2 個(gè)位置的存儲(chǔ)器件。 PDIUSBD12 支持多路復(fù)用和非復(fù)用的地址和數(shù)據(jù)總線，還支持主端點(diǎn)與本地共享 RAM 之間直接讀取 的 DMA 傳輸。支持單周期和突發(fā)模式的 DMA傳輸。 USB 接口芯片引腳配置 PDIUSBD12 芯片采用 TSSOP28 塑料極小型封裝，一共 28 個(gè)引腳，本體寬度為。 三江學(xué) 院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 圖 下面對(duì)其引腳和命令字作具體說(shuō)明。 表 PDIUSBD12芯片引腳說(shuō)明 管腳 符號(hào) 類(lèi)型 描述 1 DATA0 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 0 2 DATA1 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 1 3 DATA2 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 2 4 DATA3 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 3 5 GND P 地 6 DATA4 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 4 7 DATA5 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 5 8 DATA6 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 6 9 DATA7 IO2 雙向數(shù)據(jù)位 7 10 ALE I 在多路地址 /數(shù)據(jù)總線中，下降沿關(guān)閉地址信息鎖存。將其固定為低電平用 于單地址 /數(shù)據(jù)總線配置 11 CS_N I 片選（低有效） 12 SUSPEND I,OD4 器件處于掛起狀態(tài) 13 CLKOUT O2 可編程時(shí)鐘輸出 14 INT_N OD4 中斷（低有效） 三江學(xué) 院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 15 RD_N I 讀選通（低有效） 16 WR_N I 寫(xiě)選通（低有效） 17 DMREQ O4 DMA 請(qǐng)求 18 DMACK_N I DMA 應(yīng)答（低有效） 19 EOT_N I DMA 傳輸結(jié)束（低有效）。 EOT_N 僅當(dāng)DMACK_N 和 RD_N 或 WR_N 一起激活才有效 20 RESET_N I 復(fù)位（低有效且不同步）。片內(nèi)上電復(fù)位電路，該管腳可固定接 VCC 21 GL_N OD8 GoodLinkLED 指示器（低有效） 22 XTAL1 I 晶振連接端 1（ 6MHz） 23 XTAL2 O 晶振連接端 2（ 6MHz）。如果采用外部時(shí)鐘信號(hào)取代晶振，可連接 XTAL1,XTAL2 應(yīng)當(dāng)懸空 24 VCC P 電源電壓（ ） ,要使器件工作在 ，對(duì) VCC 和腳都 提供 25 D+ A USB D數(shù)據(jù)線 26 D A USB D+數(shù)據(jù)線 27 P 調(diào)整輸出。要使器件工作在 ，對(duì) VCC和腳 都提供 28 A0 I 地址位。 A0=1 選擇命令指令， A0=0 選擇數(shù)據(jù)。該位在多路地址 /數(shù)據(jù)總線配置時(shí)應(yīng)接高電平 隨著科技的發(fā)展，芯片集成度越來(lái)越高，封裝也變得越來(lái)越小， PDIUSBD12 芯片不是采用標(biāo)準(zhǔn) DIP 直插的引腳，因而需要有一個(gè) SOP 轉(zhuǎn) DIP 的轉(zhuǎn)接板，這樣方便采用電路板設(shè)計(jì)硬件電路，同時(shí)也方便程序下載完成后系統(tǒng)的調(diào)試。即使有了轉(zhuǎn)接板，采用貼片封裝的 PDIUSBD12 芯片也需要手工焊接在轉(zhuǎn)接板上，這一點(diǎn)需要特別注意，不能長(zhǎng)時(shí)間焊接，以免芯片過(guò)熱以致?lián)p壞。 PDIUSBD12 與一般需要提供時(shí)鐘信號(hào)的芯片不同，該芯片需要標(biāo)準(zhǔn)的 6MHz 的時(shí)鐘信號(hào)，因而采用晶振的時(shí)候需要特別注意，不能隨意選擇，這一點(diǎn)與 51 系列 單片機(jī)能有選擇的采用晶振的情況不同。 芯片內(nèi)部有各個(gè)寄存器，根據(jù)寄存器相關(guān)命令編寫(xiě) C 語(yǔ)言程序（可以采用由局部到整體的方法），這樣對(duì) USB 傳輸協(xié)議的認(rèn)識(shí)更清楚，程序流程也容易理解，脈絡(luò)清晰。在程序中， Main 函數(shù)作為程序設(shè)備 Reset 時(shí)的程序入口，調(diào)用了一些 初始化設(shè)備的函數(shù)，比如各種寄存器如中斷寄存器，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器等，初始化 D12 芯片并完成連接等工作，然后程序進(jìn)入循環(huán)等待階段，等待著中斷的發(fā)生。 三江學(xué) 院 2020屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 14 由于沒(méi)有采用 PCB 制板，手工焊接要十分注意電源干擾的問(wèn)題，電源和地之間要加上濾波電容。 USB 接口芯片與單片機(jī)之間的引線要盡量短，本設(shè)計(jì)采用并行傳輸，數(shù)據(jù)傳輸占用了 8 個(gè) IO 口 ，個(gè)引腳連線要盡量平行，避免交叉，以免信號(hào)線相互干擾，造成數(shù)據(jù)傳輸不爭(zhēng)取或者 USB 總線不能正常復(fù)位。 PDIUSBD12芯片的 GoodLinkLED指示器短接普通發(fā)光二極管時(shí)，要注意連接限流電阻， 不能超過(guò)該芯片的輸入電流額定值，否則可能造成芯片工作不正常，并且與電腦或者其他 USB Host 芯片不能正常建立連接。 對(duì)該芯片的各個(gè)管腳和具體功能建立了一定認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，就能順利完成各部分硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件功能調(diào)試。 USB 接口芯片硬件設(shè)計(jì) 圖 PDIUSBD12 接口原理圖 USB 接口芯片端點(diǎn)描述 PDIUSBD12 的端點(diǎn)適用于不同類(lèi)型的設(shè)備 ,例如圖像 打印機(jī) 海量存儲(chǔ)