【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 第 5 頁 共 40 頁 ADuC845 具有串行下載和調(diào)度模式 [5]，可通過 EA 引腳提供引腳競(jìng)爭(zhēng)模式，同時(shí)支持Quick Start 開發(fā)系統(tǒng)和一些較低成本的軟件以及硬件工具。 ADuC845 的內(nèi)部主要通過兩個(gè)多通道都可以達(dá)到 24 位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器、 D/A 轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 8 位的可以編程的微控制器來組成。 在正常工作時(shí)， ADuC845 的電源最大為 mA/ V(core clk= MHz)，而且該器件本身具有掉電和空閑兩種工作狀態(tài)?？捎? 3 V 和 5 V 電壓使其工作。 部分引腳的功能： ~ ：輸入口 模擬量 /數(shù)字量， 。， + 的另一功能是作為第 2 個(gè)外部差分參考輸入的正端。 。 AVDD， AGND ， DVDD，DGND ：分別為模擬正電源電壓和模擬地，以及數(shù)字正電源電壓和數(shù)字地。 REFIN(+) ：外部差分參考輸入 AINCOM/DAC 。 RESET ：復(fù)位輸入。 ~：雙極端口，帶內(nèi)部上拉電阻，第 2 功能和 51 單片機(jī)相同，具體如下 ： , , , , , , , 。 XTAL1 XTAL2 ：接外部晶振。 EA ：外部訪問使能，邏輯輸入。為高時(shí)，該輸入可使設(shè)備從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器 0000HF7FFH 處取出代碼。 ADuC845 沒有外部程序存儲(chǔ)器，為決定代碼執(zhí)行模式， EA 在外部復(fù)位之后被采樣。 PSEN ：程序存儲(chǔ)使能，邏輯輸出。在內(nèi)部程序執(zhí)行時(shí)保持高電平。當(dāng)上電或復(fù)位通過電阻拉至低電平時(shí)，還可用作使能串行下載模式，由 [6,23]可知。 單元模塊電路設(shè)計(jì) 基準(zhǔn)電壓 基準(zhǔn)電壓是當(dāng)代模擬集成電路極其重要的組成部分，它可以給串聯(lián)型穩(wěn)壓電路、 A/D 轉(zhuǎn)化器和 D/A 轉(zhuǎn)化器提供基準(zhǔn)電壓，而且大多數(shù)的傳感器的穩(wěn)壓供電電源或者激勵(lì)源也是使用它。與此同時(shí)，基準(zhǔn)電壓源也能作為標(biāo)準(zhǔn)電池、儀器表頭的刻度標(biāo)準(zhǔn)和精密電流源等。 當(dāng) ADC 使能時(shí)，在 VREF 引腳會(huì)出現(xiàn)基準(zhǔn)電壓，因此，在進(jìn)行系統(tǒng)擴(kuò)展時(shí)，可將該 的基準(zhǔn)電壓當(dāng)作參考電源來使用?；鶞?zhǔn)電壓電路如圖 所示 圖 基 準(zhǔn)電壓電路圖 滑動(dòng)變阻器模擬輸入 ADC 正常工作的模擬輸入范圍為 0~+，而允許輸入的電壓范圍必須是正電壓陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 6 頁 共 40 頁 0~+5V（最大值為 +5V），如果輸入的模擬電壓值超過 +（最大值為 +5V），則 ADC 的采樣結(jié)果就是其最大值（ 0FFFH），但是如果輸入的模擬電壓是負(fù)值，則會(huì)出現(xiàn) ADC 的基準(zhǔn)電壓消失和采樣結(jié)果不正確的結(jié)果，而且如果輸入負(fù)電壓時(shí)間過長(zhǎng)，則有可能會(huì)損壞芯片。所以，在一些實(shí)際應(yīng)用中，如果發(fā)現(xiàn)啟動(dòng) ADC 之后 VREF 端無電壓，則需要立即對(duì)芯片進(jìn)行復(fù)位，并檢查模擬輸入信號(hào)的采樣部分，在保證輸 入的模擬信號(hào)在 0~+ 的范圍之內(nèi)后，才可以重新啟動(dòng) ADC，在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，應(yīng)該確保輸入的模擬電壓為正電平?；瑒?dòng)變阻器模擬輸入電路圖如圖 所示 圖 滑動(dòng)變阻器模擬輸入電路圖 按鍵電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，按鍵主要有兩種形式：直接按鍵和矩陣編碼鍵盤。直接按鍵的每個(gè)鍵都單獨(dú)接到單片機(jī)的一個(gè) I/O 口上，直接按鍵則通過判斷按鍵端口的電位即可識(shí)別按鍵操作，而矩陣鍵盤通過行列交叉按鍵編碼進(jìn)行識(shí)別。如果 所需的按鍵少，可采用直接按鍵，每只按鍵接單片機(jī)的一條 I/O 線，通過對(duì)顯示的查詢，即可識(shí)別各按鍵的狀態(tài)。當(dāng)無按鍵按下時(shí)，各線上均輸入高電平，當(dāng)某按鍵按下時(shí)，與其相連的 I/O 線將得到低電平輸入。按鍵電路如圖 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁 共 40 頁 圖 按鍵電路 LED 顯示電路 在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，通常用 LED 顯示器和 LCD 顯示器作為顯示電路。本課題采用的兩個(gè) LED，高電平選通，低電平點(diǎn)亮，通過兩個(gè) LED 的點(diǎn)亮與否判斷 AD 采集的啟停。 而且 LED 顯示清晰、亮度高、適用電壓低、壽命長(zhǎng)，因此本課題選擇 LED 做顯示電路。 LED顯示電路如圖 所示 圖 LED 顯示電路圖 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁 共 40 頁 USB 協(xié)議轉(zhuǎn)串口協(xié)議 USB 轉(zhuǎn)串口即實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī) USB 接口到通用串口之間的轉(zhuǎn)換，為沒有串口的計(jì)算機(jī)提供通訊通道，而且，使用 USB 轉(zhuǎn)串口設(shè)備等于將傳統(tǒng)的串口設(shè)備變成了即插即用的 USB 設(shè)備。 USB(Universal Serial Bus)全稱是通用串口總線，它是近幾年來應(yīng)用于 PC 領(lǐng)域的新 型接口技術(shù)，它是一種為了解決日益增加的 PC 外設(shè)與有限的主板插槽和端口之間的矛盾制定的一種通用串行接口。 數(shù)據(jù)通信協(xié)議部分是 USB 的核心內(nèi)容，主要包括以差模串行信號(hào)為載體傳送二進(jìn)制代碼來傳輸信號(hào)，數(shù)據(jù)包作為最基本的完整信息單元，包含一系列數(shù)據(jù)信息。 為了細(xì)化 USB 的通信機(jī)制， USB 協(xié)議的開發(fā)者采用了分層的概念，每一層傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)對(duì)其他邏輯層是透明的， USB 設(shè)備和 USB 主機(jī)通信的邏輯結(jié)構(gòu)和每層的邏輯通道，在HOST 端，應(yīng)用軟件不能直接訪問 USB 總線，而必須通過 USB 系統(tǒng)軟件和 USB 主機(jī)控制器來訪問 USB 總線， 在 USB 總線上和 USB 設(shè)備進(jìn)行通訊。 USB 總線屬于一種輪詢式總線，主機(jī)控制器端口初始化所有的數(shù)據(jù)傳輸，每一總線動(dòng)作最多傳送三個(gè)數(shù)據(jù)包，包括令牌、數(shù)據(jù)、聯(lián)絡(luò)。 USB 的數(shù)據(jù)傳送是在主機(jī)軟件和一個(gè) USB 設(shè)備的指定端口之間，這種主機(jī)軟件和 USB設(shè)備的端口間的聯(lián)系稱作通道，總的來說，各通道之間的數(shù)據(jù)流動(dòng)是相互獨(dú)立的，一個(gè)指定的 USB 設(shè)備可有許多通道，其傳輸類型有控制傳輸、批量傳輸、中斷傳輸和同步傳輸。 ADuC845 有三種串行輸入 /輸出接口：通用串行異步接口、串行外設(shè)接口 (SPI)和 I2C 串行接口。 ADuC845 的 UART 串行接口可以同時(shí)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)串口是增強(qiáng)型的：具有接受緩沖，在第一個(gè)字節(jié)從寄存器讀出之前可以從最開始來接收第二個(gè)字節(jié)，若在第二個(gè)字節(jié)接收完成時(shí)，第一個(gè)字節(jié)還沒有讀出時(shí)，其中的一個(gè)字節(jié)就會(huì)丟失。串口具有四種操作模式： 模式 0：串行數(shù)據(jù)可以通過引腳 RxD 來進(jìn)出， TxD 引腳用來輸出時(shí)鐘，每一次發(fā)送或者接收都以 LSB 的最低位作為首位，每次輸出八位，而且波特率總是 MCU 時(shí)鐘頻率的 1/12. 模式 1： TxD 引腳是發(fā)送端， RxD 引腳則是接收端，每次數(shù)據(jù)都是 10 位，一個(gè)起始位（內(nèi)容總是 ’0’）和 8 個(gè)數(shù)據(jù)位以 及一個(gè)停止位（內(nèi)容總是 ’1’），波特率可以改變，是由定時(shí)器 1 的速率來決定的。 模式 2： TxD 引腳是發(fā)送端， RxD 引腳是接收端，每次數(shù)據(jù)都是 11 位， 1 位起始位“ 0”和 8 個(gè)數(shù)據(jù)位，還有一個(gè)可編程第九位數(shù)據(jù)以及 1 個(gè)停止位“ 1”。發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，第九個(gè)數(shù)據(jù)位可以置 0 或置 1，接收時(shí)，第九位數(shù)據(jù)存放在 SCON 的 RB8 位，比特率可以編程為 MCU時(shí)鐘頻率的 1/32 或者 1/64，由 PCON 內(nèi)的 位決定。 模式 3： TxD 引腳是發(fā)送端， RxD 引腳是接收端，每次輸出數(shù)據(jù)都是 11 位， 1 個(gè)起始位“ 0”和 8 個(gè)數(shù)據(jù)位，還有一個(gè)可編程 的第九位數(shù)據(jù)以及 1 個(gè)停止位“ 1”，波特率可以改變而且是由定時(shí)器 1 的溢出率所決定的。 RS232[7]接口適用于數(shù)據(jù)傳輸速率在 0~20Kbps 的通信，采用負(fù)邏輯，規(guī)定 +3V~+15V 任意電壓表示邏輯 0（或信號(hào)有效）， 3V~15V 任意電壓表示邏輯 1（或信號(hào)無效）。 USB 協(xié)議轉(zhuǎn)串口協(xié)議電路圖如圖 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁 共 40 頁 圖 a 圖 b 圖 USB 轉(zhuǎn)串口電路圖 復(fù)位電路 單片機(jī)開始工作的時(shí)候，必須處于一種確定狀態(tài)?？诰€的電平和輸入 /輸出狀態(tài)不確定，可能使外圍設(shè)備錯(cuò)誤操作從而導(dǎo)致嚴(yán)重的事故發(fā)生，因此，在單片機(jī)進(jìn)行工作之前，都必須進(jìn)行一次復(fù)位操作，使單片機(jī)處于一種確定的狀態(tài)。單片機(jī)進(jìn)入復(fù)位過程有三種途徑：上電（開機(jī)）復(fù)位、手動(dòng)復(fù)位和監(jiān)控門路復(fù)位。 上電復(fù)位是指給單片機(jī)系 統(tǒng)加電時(shí)進(jìn)行復(fù)位的操作；手動(dòng)復(fù)位是人為的強(qiáng)行使單片機(jī)進(jìn)行復(fù)位的操作；而為了提高系統(tǒng)的可靠性，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中專門設(shè)計(jì)了一些電路用于監(jiān)控系統(tǒng)的電源和單片機(jī)的狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常，這些電路將強(qiáng)制單片機(jī)復(fù)位。 ADuC845 的內(nèi)部復(fù)位結(jié)構(gòu)如圖 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁 共 40 頁 圖 ADuC845 的內(nèi)部復(fù)位結(jié)構(gòu)圖 復(fù)位引腳通過一個(gè)施密特觸發(fā)器與復(fù)位電路相連，施密特觸發(fā)器用來抑制噪聲。本課題設(shè)計(jì)的復(fù)位電路是按鍵電平復(fù)位，復(fù) 位電路如圖 所示 圖 復(fù)位電路圖 硬件最小系統(tǒng)設(shè)計(jì) ADuC845 是一個(gè)高性能的 24 位數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)，它內(nèi)部集成有兩個(gè)高分辨率的ADC、 10 或 8 通道輸入多路復(fù)用器。 ADuC845 具有串行下載模式，可通過 EA 引腳提供引腳競(jìng)爭(zhēng)模式，同時(shí)支持 Quick Start開發(fā)系統(tǒng)和低成本的軟件和硬件工具。 ADuC845 內(nèi)部主要由兩個(gè)多通道而且都能夠達(dá)到 24 位分辨率的 A/D 轉(zhuǎn)換器、 D/A 轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 8 位的可編程微控制器組成。硬件最小系統(tǒng)電路圖 如圖 所示 施密特觸發(fā)器 復(fù)位電路 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁 共 40 頁 圖 核心處理器電路圖 系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì) 該數(shù)據(jù)采集器的電路設(shè)計(jì)采用三總線結(jié)構(gòu)，分別是數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線。 信號(hào)處理模塊中的 ADuC845 芯片允許 P1 口作為采集器的模擬信號(hào)輸入口， ADuC845芯片允許被采集信號(hào)直接輸入，但有時(shí)為了抵制干擾信號(hào)，在設(shè)計(jì)中可以使被采集到的信號(hào)先通過低通濾波器后再輸入到 ADuC845，本課題設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是直接輸入被采集到的信號(hào)。 信號(hào)處理模塊中的 ADuC845 芯片允許 P2 口既可 以作為采集器的數(shù)字信號(hào) I/O 口，也可以作為外部 32K RAM 的高 7 位地址線接口。總體電路圖見附錄 C 本章小結(jié) 本章開始給出了整個(gè)系統(tǒng)的電路圖，介紹了主芯片 ADuC845 的 ADC、存儲(chǔ)器等，介紹了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的工作原理，分別對(duì)各個(gè)功能模塊的單元電路圖進(jìn)行分析解釋，從微觀上了解各個(gè)系統(tǒng)模塊的具體設(shè)計(jì)和功能，對(duì) ADC 進(jìn)行較為詳細(xì)的介紹，使人能夠更好地對(duì)這個(gè)系統(tǒng)有個(gè)更加深入的理解 . 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁 共 40 頁 4 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn) 系統(tǒng)軟件開發(fā)工具 本課題軟件編程部分所使用的開發(fā)工具是美國(guó) Keil software 公司的 Keil C51。 Keil C51是美國(guó) Keil software 公司出品的 51 系列兼容單片機(jī) C 語言 [8]的軟件開發(fā)系統(tǒng)。 Keil C51 軟件提供了豐富的庫數(shù)據(jù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具。 Keil C51 軟件的集成編寫是在Vision2 編譯環(huán)境下進(jìn)行， Vision2 是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 windows 應(yīng)用程序，它是 C51 的一個(gè)集成軟件開發(fā)平臺(tái)，具有源代碼編輯、項(xiàng)目管理、程序生產(chǎn)器等功能，它的人機(jī)界面友好，操作方便。 Keil 的優(yōu)點(diǎn)： （ 1） Keil C51 生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊， 容易理解，在開發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語言的優(yōu)勢(shì)。 （ 2）與匯編相比， C 語言在功能、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可編程性上有明顯優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)分析 在基本完成系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的功能要求，對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)。本課題的軟件部分設(shè)計(jì)是在單片機(jī)通用集成開發(fā)環(huán)境 Keil C51 uVision3 上進(jìn)行的。系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括主程序部分和子程序部分，主程序部分主要是用來完成系統(tǒng)對(duì)各個(gè)硬件的初始化工作和對(duì)每個(gè)子程序的調(diào)用，子程序部分主要是實(shí)現(xiàn)和單片機(jī)之間的交互以及實(shí)現(xiàn)該部分自身的功能。 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖 所示 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁 共 40 頁