【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 擴(kuò)展，和根據(jù)系統(tǒng)的需要對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的擴(kuò)展。 80C196 對(duì)程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器均可進(jìn)行0000H～ FFFFH 的 64K 字節(jié)地址內(nèi)容的有效尋址。在前面我們已經(jīng)講 過 80C196 外擴(kuò)展存儲(chǔ)器時(shí)， P2 作高位的地址輸出， P0 作低位地址輸出和數(shù)據(jù)線。 一、程序存儲(chǔ)器的擴(kuò)展 由于 80C196 無內(nèi)部 ROM ，故擴(kuò)展的程序存儲(chǔ)器地址為 0000H～ FFFFH，考慮系統(tǒng)的需要，我們將 8031 的程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展為 4K EPROM，采用 2764 作為 ROM芯片。 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 10頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 程序存儲(chǔ)器擴(kuò)展的容量大于 256 字節(jié)，故 EPROM 片內(nèi)地址線除了由 P0 口經(jīng)地址存儲(chǔ)器提供低 8 位地址外，還需要由 P2 口提供若干條地址線，我們選用 8K的 2764 EPROM，故地址線應(yīng)該是 13 條，因?yàn)橄到y(tǒng)中只擴(kuò)展一片 EPROM，所以不用 片選信號(hào)，即 EPROM 的 接地。在程序擴(kuò)展中，我們選用的地址鎖存器是 74LS373 當(dāng)三態(tài)門的 為低電平時(shí)，三態(tài)門處于導(dǎo)通狀態(tài)，允許 Q 端輸出，否則 為高電平，輸出為三態(tài)門斷開，輸出端對(duì)外電路呈高阻態(tài)，所以在這里 為低電平，這時(shí)當(dāng) G 端為高電平時(shí)，鎖存器輸出和輸入的狀態(tài)是相同的，當(dāng) G 由高電平下落為低電平時(shí)，輸入端 1D～ 8D 的數(shù)據(jù)鎖入 1Q～ 8Q 中。 當(dāng) 2764 處于讀方式下 和 均為低電平有效。當(dāng) VPP=+5V 時(shí)， EPROM 處于讀工作方式：這時(shí)由給定地址信號(hào)決定被選中存儲(chǔ)器單元信息。被讀出到數(shù)據(jù)輸出端D0～ D7 上 。維持方式：當(dāng) 為高電平時(shí)， VPP 為 +5V， EPROM 處于低功耗方式，輸出端均為高阻態(tài)，這與 輸入無關(guān)。編程方式：在 VPP 加上 +25V編程電源并在和地端跨接一個(gè) 的電容以干擾電壓的瞬間對(duì) 2764 進(jìn)入編程方式，被編程的 8位數(shù)據(jù)以并行方式送到數(shù)據(jù)輸出斷編程校驗(yàn)。 系統(tǒng)時(shí)鐘的設(shè)計(jì) 時(shí)鐘電路是用來產(chǎn)生 80C196 單片機(jī)工作時(shí)所必須的時(shí)鐘信號(hào)， 80C196 本身就是一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路，為保證工作方式的實(shí)現(xiàn)， 80C196 在唯一的時(shí)鐘信號(hào)的控制下嚴(yán)格的按時(shí)序執(zhí)行指令進(jìn)行工作 ，時(shí)鐘的頻率影響單片機(jī)的速度 和穩(wěn)定性。通常時(shí)鐘由于兩種形式：內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘。 我們系統(tǒng)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式來為系統(tǒng)提供時(shí)鐘信號(hào)。 80C196 內(nèi)部有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反向放大器，該放大器的輸入輸出引腳為 XTAL1 和 XTAL2，它們跨接在晶體振蕩器和用于微調(diào)的電容，便構(gòu)成了一個(gè)自激勵(lì)振蕩器 電路中的 C C2 的選擇在 30PF 左右，但電容太小會(huì)影響振蕩的頻率、穩(wěn)定性和快速性。晶振頻率為在 ～ 12MHZ 之間，頻率越高單片機(jī)的速度就越快，但對(duì)存儲(chǔ)器速度要求就高。為了提高穩(wěn)定性我們采用溫度穩(wěn)定性好的 NPO 電容，采畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 11 頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 用的晶振頻率為 12MHZ。 圖 14 系統(tǒng)時(shí)鐘 二 、 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 如圖 2 所示 , 這種新型的鼠標(biāo)由三個(gè)模塊組成 :( 1)MEMS 加速度計(jì) , 用它來檢測(cè)鼠標(biāo)各方向的運(yùn)動(dòng) 。 ( 2) 微處理器 , 用來處理加速度計(jì)輸出的數(shù)據(jù) , 對(duì)收發(fā)器進(jìn)行控制 。 ( 3) 收發(fā)器 , 對(duì)處理后的信號(hào)進(jìn)行無線傳輸 , 以相應(yīng)的通訊協(xié)議與 PC 機(jī)相連。 圖 2 無線鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu) 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 12頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 硬件構(gòu)成 加速度計(jì) MEMS 加速度計(jì)兩個(gè) MEMS 單軸加速度計(jì) ( 或一個(gè)雙軸加速度計(jì) ) 被放置在水平面上來檢測(cè)鼠標(biāo) X 和 Y 方向的運(yùn)動(dòng)。若在 YZ 平面放置一 個(gè)雙軸加速度計(jì)檢測(cè)鼠標(biāo)的垂直運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)角度就構(gòu)成了三維鼠標(biāo)。本系統(tǒng)中采用 AD 公司的 ADXL203 微加速度計(jì)檢測(cè)運(yùn)動(dòng) , 這是一款電容式加速度計(jì) , 溫度系數(shù)低、靈 敏度高、直流響應(yīng)好。它通過檢測(cè)電容量的變化得到加速度值。 微處理器 本系統(tǒng)中采用了兩種微處理器。在發(fā)射部分中 , 微處理器要對(duì)加速度計(jì)的輸出信號(hào)進(jìn)行濾波放大處理 , 采用 A/D轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào) , 并轉(zhuǎn)化為符合串行鼠標(biāo)規(guī)范的數(shù)據(jù)包 , 輸出給發(fā)射器。其中一個(gè)重要作用是將加速度計(jì)輸出的與檢測(cè)的加速度成比例的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成表征 X、 Y 方向位移的電信號(hào) , 實(shí)現(xiàn)該功能是通過編程對(duì)信號(hào)進(jìn)行二重積分。同時(shí)還需對(duì)發(fā)射器件進(jìn)行控制 , 例如對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行初始設(shè)置 , 設(shè)定工作頻率、發(fā)射功率等參數(shù) 。 進(jìn)入工作狀態(tài)后 , 通過微控制器進(jìn)行收發(fā)模式的控制 , 發(fā)送 /接收數(shù)據(jù)或進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換。因此采用 Atmel 的ATmega16 單片機(jī) , 它是一種高性能、低功耗的 AVR 單片機(jī) , 帶有 16K 字節(jié)的可編程Flash, 1K 字節(jié)的片內(nèi) SRAM, 3 個(gè)定時(shí) /計(jì)數(shù)器 ,2 個(gè)可編程的串行 USART。在接收部分 , 微處理器需要對(duì)收發(fā)器和接口芯片進(jìn)行控制 , 因此采用 Atmel 的 AT80C51。 射頻收發(fā)器 該系統(tǒng)采用射頻技術(shù) (RF) 來實(shí)現(xiàn)短距離無線數(shù)據(jù)通訊。射頻技術(shù)能夠?qū)Χ叹嚯x通訊提供充足的帶寬 , 只要在限定距離內(nèi) ( 一般為 10～ 20 米 ) , 就可以在任何位置使用 , 幾乎不受障礙物的影響。系統(tǒng)選用的收發(fā)芯片是挪威 Nordic 公司推出的nRF2401 單片 無線收發(fā)一體芯片 [4], 24 引腳 , 提供 ShockBurst 模式、直接收發(fā)模式、 DuoCeiver 雙信道收發(fā)模式、片上 CRC 以及地址計(jì)算編碼等功能 , 支持多點(diǎn)間通信 ,最高傳輸速 率超過 1Mbit/s, 功耗小 , 外圍畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 13頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 設(shè)備少 , 是一款理想的系統(tǒng)芯片。 接口設(shè)計(jì) 基于 USB 使用方便、允許外設(shè)熱插拔、速度快、連接靈活等特點(diǎn) , 本系統(tǒng)采用Philips 的 PDIUSBD12 芯片 [6], 該芯片符合 協(xié)議規(guī)范 , 與任何微處理器有高速 ( 2MB/S) 并行接口 , 可通過軟件控制總線連接 SoftConnect,具有多中斷模式。 軟件設(shè)計(jì) USB 部分 根據(jù) USB 協(xié)議 , 傳輸由主機(jī) (Host) 開始 , 單片機(jī) (AT80C51) 作為前臺(tái) , 等待中斷。主機(jī)發(fā)令牌給 USB 芯片 ( PDIUSBD12) , PDIUSBD12 接收后給單片機(jī)發(fā)中斷 ,單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序 ,進(jìn)行相應(yīng)的操作 , 因此 USB 的軟件設(shè)計(jì)分單片機(jī)方面和主機(jī)方面兩部分 [5]。單片機(jī)方面的單片機(jī)控制程序通常由三部分組成 : (1)初始化單片機(jī)和外圍設(shè)計(jì) (如 PDIUSBD12)。(2) 主循環(huán)部分 ,可以進(jìn)行中斷 。 (3)中斷服務(wù)程序。 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 14頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 圖 3 無線鼠標(biāo)發(fā)射部分 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 15頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 圖 4 無線鼠標(biāo)接收部分 主機(jī)方面的設(shè)計(jì)就是 USB 設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序的編制。 USB驅(qū)動(dòng)程序?qū)儆?WDM(Windows Driver Model) ,它對(duì)驅(qū)動(dòng)程序分層重新進(jìn)行定義 , 以便適應(yīng)即插即用系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)程序包括 : (1)DriverEntry 例程 , 用來初始化入口和內(nèi)核調(diào)用 。 (2)IRP處理 , 內(nèi)核通過發(fā)送 I/O 請(qǐng)求來運(yùn)行驅(qū)動(dòng)程序 。 (3) 分發(fā)例程 , 用來“創(chuàng)建”、“讀”、“寫”處理程序 。 (4)硬件資源管理、電源管理等。 USB 驅(qū)動(dòng)是 USB 開發(fā)中最困難的 , 開發(fā)工具可采用 Windows DDK 來實(shí)現(xiàn)。 畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 16頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 控制部分 兩個(gè)單片機(jī)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制。主程序初始化 I/O 口、中斷、寄存器等參數(shù)后 , ATmega16 對(duì)得到的鼠標(biāo)的加速度信號(hào)和按鍵信息進(jìn)行處理 , 在對(duì) nRF2401 的控制字設(shè)置后傳輸數(shù)據(jù) , 等待發(fā)送。 AT80C51 單片機(jī)在檢測(cè)到 nRF2401 接收器的 DR1 信號(hào)有效時(shí) , 讀取接收器的數(shù)據(jù) , 傳送給 USB芯片。 AT80C51 單片機(jī)也對(duì) USB 芯片( PDIUSBD12) 進(jìn)行控制處理。 三、無線鼠標(biāo)的結(jié)構(gòu) 無線收發(fā)模塊 鼠標(biāo)是用來控制屏幕光標(biāo)移動(dòng)的一種裝置，是計(jì)算機(jī)最重要的外部輸入設(shè)備之一。用遙控器控制鼠標(biāo)，是用遙控器的按鍵信號(hào)控制鼠標(biāo)的上下左右移動(dòng)和左右鍵，只需要考慮發(fā)射和接收電路， 不需要考慮接口協(xié)議。本設(shè)計(jì)只考慮左鍵和滾輪的滾動(dòng)方向來控制 PPT 的翻頁(yè)?；痉桨溉鐖D 1所示。 發(fā)射部分 無線發(fā)射編碼模塊主要由 315MHz 無線數(shù)據(jù)發(fā)射和編碼芯片 PT2262 組成 。發(fā)射電路由聲表諧振器穩(wěn)頻，工作頻率為 315MHz，以 AM 方式調(diào)制， 240mm 小拉桿天線發(fā)射信號(hào)。 發(fā)射模塊具有較寬的工作電壓范圍。當(dāng)電壓變化時(shí)發(fā)射頻率基本不變，與發(fā)射模塊配套的接收模塊無需任何調(diào)整就能穩(wěn)定地接收。當(dāng)發(fā)射電壓為 3 V 時(shí)。空曠地傳輸距離約 20～ 50 m。發(fā)射功率較小；當(dāng)電壓 5 V 時(shí)約 100～ 200 m；當(dāng)電壓 9 V時(shí)約 300～ 500 m；當(dāng)發(fā)射電壓為 12 V 時(shí) ,為最佳工作電壓 ,具有較好的發(fā)射效果，此時(shí)發(fā)射電流約 60 mA，空曠地傳輸距離 700～ 800 m,發(fā)射功率約 500 mW；當(dāng)電壓畢業(yè)設(shè)計(jì)正文 第 17頁(yè) 黑龍江大學(xué) 印制 大于 12 V 時(shí)功耗增大，有效發(fā)射功率不再明顯提高。發(fā)射模塊用 ASK 方式調(diào)制，以降低功耗。當(dāng)數(shù)據(jù)信號(hào)停止時(shí)，發(fā)射電流降為零 [2]。 接收部分 無線接收解碼模塊主要由 315 MHz 無線數(shù)據(jù)接收模塊、解碼芯片 PT2272 及繼電器驅(qū)動(dòng)電路組成。 315 MHz 無線數(shù)據(jù)接收模塊有超再生式接收模塊和超外差式接收模塊 兩種。 這里用的是超再生式接收模塊，采用 SMD 貼片工藝制造生產(chǎn)，工作電壓為 5 V，靜態(tài)電流 4 mA，接收靈敏度為 105 dBm。它內(nèi)含放大整形及解碼電路，使用極為方便。天線輸入端有選頻電路，而不依賴 1/4 波長(zhǎng)天線的選頻作用，控制距離較近時(shí)可以剪短甚至去掉外接天線。由于頻率受溫度漂移影響大，采用了帶骨架的銅芯電感將頻率調(diào)整到 315 MHz 后封固。 無線接收模塊沒有接收到空間的 315 MHz 信號(hào)時(shí)，輸出的只是干擾信號(hào)，解碼芯片 PT2272 輸出端 D0~D5 均為低電平。當(dāng)無線接收模塊收到空間的 315 MHz 信號(hào)時(shí) ，經(jīng)放大、變頻、濾波等處理后輸出控制信號(hào)，送到解碼芯片第 14 腳進(jìn)行解碼。只有 PT2272 的地址端的電平狀態(tài)與發(fā)射部分的 PT2262 的地址端一致時(shí)，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)端才有高電平輸出。本方案設(shè)計(jì)的地址為 FF，即全部懸空，也可以另行設(shè)定地址碼，最重要的就是不要相互干擾。輸出時(shí)通過繼電器控制電路的工作狀態(tài)，同時(shí)還有對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管指示。 編解碼電路 PT2262/PT2272 PT2262/PT2272 是一種 CMOS 工藝制造的低功耗低價(jià)位通用編解碼電路，最多可有 12 位 (A0～ A11)三態(tài)地址端 管腳，任意組合可提供 531 441 個(gè)地址碼，最多可有 6 位 (D0～ D5)數(shù)據(jù)端管腳，設(shè)定的地址碼和數(shù)據(jù)碼從 17腳串行輸出，可用于無線遙控