【文章內(nèi)容簡介】 料：高速、流水線結(jié)構(gòu)的 8051 兼容的 CIP． 51 內(nèi)核 (可達(dá) 25MIPS)； 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口 (片內(nèi) )； 真正 12 位 (C805lF020/1)ADC，帶 PGA和模擬多路開關(guān) ； 具有可編程數(shù)據(jù)更新方式 64K字節(jié)可在系統(tǒng)編程的 FLASH存儲器 ； 4352(4096+256)字節(jié)的片內(nèi) RAM； 可尋址 64K 字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲器接口 ； 硬件實現(xiàn)的 SPI、SMBus/ CI2 和兩個 UART 串行接口 ； 5 個通用的 16位定時器 ； 具有 5個捕扭比較模塊的可編程計數(shù)器 /定時器陣列 。 該 MCU 都可在工業(yè)溫度范圍 (45℃ +85℃ )內(nèi)用 2． 7V3． 6V 的電壓工作 。 端口 I/O、RST 和 JTAG 引腳都容許 5V 的輸入信號電壓 。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 9 復(fù)位電路設(shè)計 任何微機(jī)都是通過可靠復(fù)位之 后才開始有序執(zhí)行應(yīng)用程序的 ]11[ 。單片機(jī)復(fù)位電路的結(jié)構(gòu)并不復(fù)雜，且參考電路的形式較多。 圖 RC 復(fù)位電路。 圖 RC復(fù)位電路 該 電路為低電平復(fù)位， SWPB 為手動復(fù)位開關(guān)， 2C 可避免高頻諧波對電路的干擾。從理論上說， 51 系列單片機(jī)復(fù)位引腳只要外加兩個機(jī)器周期的有效信號即可復(fù)位，即只要保證 t=RC2M(M 為機(jī)器周期 )便可 ]11[ 。但在實際設(shè)計中，通常 2C 取值為 10μ F以上， 2R 通常取值 10k 左右。實踐發(fā)現(xiàn)， 如果取值太小，則會導(dǎo)致 RST信號驅(qū)動能力變差而無法使系統(tǒng)可靠復(fù)位。 該電路還存在電源毛刺和電源緩慢下降 (電壓不足 )等問題，而且調(diào)整 RC 常數(shù)改變延時會令驅(qū)動能力變差，所以在設(shè)計復(fù)位電路時，既要保證整個應(yīng)用系統(tǒng)的可靠復(fù)位，又要考慮復(fù)位電路應(yīng)具有較好的抗干擾能力。所以我們可以在復(fù)位電路增加續(xù)流二極管 1D ，如 圖 性能，起到了重要作用。 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 10 改善后的復(fù)位電路 AD 轉(zhuǎn)換 由于 C805IF020的 ADC0子系統(tǒng)包括一個 9通道的可編程模擬多路選擇器 (AMUX0)，一個可編程增益放大器 (PGA0)和一個 100ksps、 12位分辨率的逐次逼近寄存器型 ADC，ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器 (見圖 ) ]16[ 。 AMUX0、 PGA0、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方式及窗口檢測器都可用軟件控制特殊功能寄存器來控制。ADC0 所使用的電壓基準(zhǔn)按“ (C805IF020)”或“ 電壓基準(zhǔn)”選樣。在本設(shè)計中， VREF 采用 AD8304 內(nèi)部輸出的 VREF，伏值為 。 圖 ADC0內(nèi)部原理框圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 11 與 PROME2 通信的總線接口 SMbus0 I/O接 12是一個雙線的雙向串行總線， SMbus0完全符合系統(tǒng)管理總線規(guī)范 11 版，與 2I C串行總線兼容 ]12[ 。 系統(tǒng)控制器對總線的讀寫操作都是以字節(jié) 為單位的，由 SMbus 接口自動控制數(shù)據(jù)的串行傳輸 ]12[ 。 SMbus0 可以工作在主 /從方式， SMBus0 提供了 SDA(串行數(shù)據(jù) )控制、SCL(串行時鐘 )產(chǎn)牛和同步、仲裁邏輯以及起始 /停止的控制和產(chǎn)生電路。有三個與之相關(guān)的特殊功能寄存器：配置寄存器 SMBOCF、控制寄存器 SMBOCN 及用于發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)寄存器 SMBODAT。 圖 SMbus 配置。 SMbus0 接口的工作電壓可以在 3． 0V和 5． 0V 之間，總線上不同器件的工作電壓可以不同。 SCL(串行時鐘 )和 SDA(串行數(shù)據(jù) )線是雙向的，必須通過 一個上拉電阻或類似電路 連到電源電壓。連接在總線上的每個器件的 SCL 和 SDA 都必須是漏極開路或集電極開路的，當(dāng)總線空閑時，這兩條線都被拉到高平。 圖 SMbus0接口電路 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 12 圖 SMbus配置 顯示電路設(shè)計方案 LCD 數(shù)碼顯示器的控制電路也較簡單，并且市面上的 LCD 數(shù)碼顯示器基本上都帶驅(qū)動電路。點陣式液晶的電極數(shù)目較多，顯示控制和驅(qū)動較為復(fù)雜，我們可以選用市面上的標(biāo)準(zhǔn)化點陣式 LCD 模塊。這些模塊是 在一塊雙面印刷線路板上，它的一面用導(dǎo)電橡膠將電路與液晶顯示器件連接，另一面裝配所需要的驅(qū)動器和控制器。因此本文選用液晶屏采用三星公司控制 ICKS0818 方案 ，可由程序控制輸出漢字或其它字符 。本次選用 Lcm12864。 主要由行 /列驅(qū)動器及 128*64 全點陣液晶顯示器組成，可完成圖像顯示也可以顯示 8*4個（ 16*16 點陣）漢字，其工作溫度 20~+70 攝氏度。 圖 LCD邏輯電路圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 13 3 外圍電路設(shè)計 電源部分 交流電 220V 經(jīng)變壓、整流、濾波后得到直流電 5V，然后通過 DC． DC變換電路將直流電變?yōu)樗枰?5V， 5V除了給恒壓控制回路和限流控制回路供電外，還經(jīng)過 DCDC變換器得到 ， ]13[ 。 整流電路的任務(wù)是將交流電變換成直流電，這里采用的是橋式整流電路。濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，在此選用的是由電容、電感組合而成的復(fù)式濾波電路。由于電抗元件在電路中有儲能作用，故電容、電感具有平波作用 ]14[ 。 圖 電源電路圖 CI2 總線部分 CI2 總線是由 philips 公司提出的串行通信接口標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)近年來在微電子通信控制領(lǐng)域被廣泛采用。 CI2 總線是一種同步通信方式，采用兩線式串行總線，一條為串行數(shù)據(jù)線 (SDA)，另一條為串行時鐘線 (SCL)。 一個標(biāo)準(zhǔn)的 CI2 總線通訊過程由四個部分組成：申請總線、建立通訊途徑、數(shù)據(jù)傳輸過程和釋放總線 。 總線空閑時，兩四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 14 條線均為高電平，不需加任何附加 電路就可以實現(xiàn)多個器件的總線互連，但要求連接到總線上的器件輸出端必須是集電極開路或漏極開路。 CI2 總線控制時序 CI2 總線上數(shù)據(jù)通訊能否井然有序，主要取決于總線上的時序是否符合 CI2 總線的要求。 CI2 總線對時序的要求十分嚴(yán)格，只要時序合理，傳輸誤碼率極低。 數(shù)據(jù)傳輸時序如圖 。 CI2 總線控制時序圖 CI2 總線的硬件接口電路 在本次設(shè)計中主器件為單片微控制器，每一個 CI2 總線上的從器件都有唯一的地址，主從器件開始通訊前，主器件先下發(fā)從器件的地址，得到從器件的確認(rèn)應(yīng)答后再開始發(fā)送或接收有效數(shù)據(jù)；不是本器件的地址，將不響應(yīng)數(shù)據(jù)線上的任何信息，這樣就可以按要求有選擇地實現(xiàn)通訊。 CI2 總線的通訊數(shù)據(jù)格式 CI2 總線在硬件基礎(chǔ)上，總線上數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ嵏袷桨凑罩髌骷邮蘸椭髌骷l(fā)送數(shù)據(jù)兩種情況，如表 ： 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 15 表 讀操作時序 表 讀操作時序 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 16 24C系列串行 PROME2 與 MCU 接口電路設(shè)計 圖 與 51單片機(jī)連接的硬件設(shè)計電路 24C 系列串行 PROME2 和 CI2 總線兼 容 ，可以工作在 100KHz 和 400KHz 兩種模式下。由于許多微處理器沒有提供專門的 12C 總線接口部件，因此要實現(xiàn)與 24C系列串行 E2PROM 的連接必須采用軟件模擬方式，彌補(bǔ)硬件的不足，以完成 CI2 總線的規(guī)程．任何一種單片機(jī)均可通過軟件模擬，實現(xiàn)與 24C系列串行 PROME2 的連接。 圖 ， MCU 為主控器件， AT24C64 為從器件，定義P1． 6腳位數(shù)據(jù)總線 (SDA)， 腳為時鐘信號線 (SCL)。 按鍵設(shè)計部分 鍵盤是光功率計的控制部件，它主要完成以下任務(wù)：一是功能選擇，用以根據(jù)工作要求選擇程序的流向；二是初始置數(shù)，用以預(yù)置所測光的波長；三是儀器復(fù)位，由一專門的復(fù)位鍵完成。鍵盤控制具有實時性，在本次設(shè)計中主要是要滿足去抖動的要求，因此，我們在編制鍵盤服務(wù)子程序時，采用了掃描與中斷相結(jié)合的工作方式。由于本系統(tǒng)所要用到的鍵盤數(shù)量較少，采用獨(dú)立式按鍵方式設(shè)計鍵盤，系統(tǒng)并且通過中斷方式來獲取鍵盤的狀態(tài)。 在此部分的設(shè)計中對按鍵處理的重要環(huán)節(jié)是去抖動，即除按下和 彈 起瞬間的抖動 ，而消除抖動后面臨的更大問題就是 解決按鍵的響應(yīng)問題，包括按鍵的一次響應(yīng)，下面從兩個方面來進(jìn)行相應(yīng)的討論。 按鍵 去抖 動 常用的按鍵由于機(jī)械觸點的彈性作用，一個按鍵開關(guān)在閉合時或斷開時不會馬上穩(wěn)定下來，因而在閉合和斷開的瞬間都伴隨著一連串的抖動，如圖 ： 抖動時間的長短由按鍵的機(jī)械特性來決定，一般為 5~10 ms，在本次設(shè)計中去抖四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 17 動的方法是采用延遲，具體方法就是在有按鍵按下時，利用軟件延時 10ms 或稍長的時間 (根據(jù)具體鍵的機(jī)械特性來確定 )后再次檢測按鍵是否按下，實際上是避開了按鍵按下時的抖動時間。實踐證明，不對按鍵釋 放的抖動進(jìn)行處理，也能滿足設(shè)計的要求。 圖 去抖波形圖 按鍵號的確認(rèn) 在判斷出有鍵閉合的情況下，要根據(jù)讀取的當(dāng)前鍵值識別出閉合鍵的鍵號。鍵值是指該鍵閉合時產(chǎn)生的二進(jìn)制代碼， 鍵號指鍵盤 上各鍵的順序編號。而按鍵的識別、鍵值的確定等，都靠軟件來完成。其工作過程如下： ● 識別有無鍵閉合； ● 判別閉合 鍵所在 的列； ● 判別閉合 鍵所在 的行； ● CPU 根據(jù)查得的按鍵特征編碼轉(zhuǎn)入與其對應(yīng)的功能程序，以完成該鍵的操作功能。 本系統(tǒng)共有 6個鍵 ， K2 為復(fù)位鍵，功能是為系統(tǒng)復(fù)位；鍵 K3 為中心波長設(shè)定鍵，用來對測量波長進(jìn)行設(shè)置；鍵 K4 為單位切換鍵，用于選擇功率電平的測量單位 dbm,或單位 W(包括 mW， ? W， nW),鍵 K5為測量零漂鍵；鍵 K6 為測量鍵，對光功率進(jìn)行測量啟動。系統(tǒng)具體的鍵盤接口電路如圖 ： 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 18 圖 鍵盤接口電路 上位機(jī)通訊電路 USB 是通用串行總線 (Universal Serial Bus)的英文縮寫。 USB 總線接口作為外設(shè)的通用接口，硬件的結(jié)構(gòu)相對簡單，外圍設(shè)備接口設(shè)計容易。 USB 口把 當(dāng)前 PC固有的串口、并口、 PS2(鍵盤鼠標(biāo)接口 )，甚至是 SCSI 等連接外部設(shè)備的總線接口統(tǒng)一為單一的 USB 總線接口。因此在工業(yè)自動化領(lǐng)域開發(fā) USB 接口應(yīng)用技術(shù)具有資源共享的特殊意義。 本文采用 PHILIPS 公司的 PDIUSBDl2 芯片將 USB 接口傳輸技術(shù)應(yīng)用到智能記錄儀中，實現(xiàn)了對記錄數(shù)據(jù)的安全傳輸，具有速度快、干擾小、安全性好等特點。 PDIUSBDl2 是一款性價比很高的 USB 器件，它通常用作微控制器系統(tǒng)中實現(xiàn)與微控制器進(jìn)行通信的高速通用并行接 口 。它完全符合 USB ]16[ 。 PDIUSBDl2通過總線方式與單片機(jī)的接 口 電路，接 口 電路設(shè)計如圖 ： 四川師范大學(xué)成都學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計 19 圖 USB電路設(shè)計圖 顯示器 及其接口電路 圖 LCD接口設(shè)計圖 LCMl2864LCD內(nèi)置 2片 ks0108液晶顯示驅(qū)動器，可顯示 64K的點陣圖形，能與 MCU直接接口：具有 64K的內(nèi)部存儲器。 它的優(yōu)點是工作電壓低、功耗低，其缺點是顯示的清晰度和對比度低，響應(yīng)速度較慢。 LCD模塊接口有數(shù)據(jù)總線、數(shù)據(jù)和指令讀寫線，如果數(shù)據(jù)總線直接和 MCU相連，讀寫線