【文章內(nèi)容簡介】 時器和 E2PROM 組合在單個芯片之內(nèi)。因其體積小、占用 I/O 口少等優(yōu)點已被廣泛 應(yīng)用于工業(yè)控制、儀器儀表等領(lǐng)域，是一種理想的單片機外圍芯片 。 其引腳及描述如下： ：芯片選擇輸入； Vss：地； SCK：串行時鐘輸入； Vcc：電源電壓； ：寫保護輸入； RESET：復位輸出。 SI：串行輸入； SO：串行輸出； 它 采用 CMOS 工藝的 512 字節(jié)串行 E2PROM， 可以直接與微控制器的 I/O 口串行相接。它的每個字節(jié)可擦寫 10 萬次以上，內(nèi)部數(shù)據(jù)可保存 100 年以上，具有低功耗、長壽命、可編程鎖定等功能。使用 3 線總線串行外設(shè)接口 SPI，就可對芯片進行讀寫操作。利用編程器與計算機相連，來實現(xiàn)對 E2PROM 進行讀寫。 如果在看門狗定時器預置的超時時間內(nèi)沒有總線的活動，那么 X25045 將提供復位信號輸出。 X25045 內(nèi)部有一 個“寫使能”鎖存器，在執(zhí)行寫操作之前該鎖存器必須被置位，在寫周期完成之后，該鎖存器自動復位。它還有畢業(yè)論文 12 一個狀態(tài)寄存器，用來提供 X25045 狀態(tài)信息以及設(shè)置塊保護和看門狗的超時功能。 X25045 模塊的接法如下圖： 圖 本系統(tǒng) X25045 接法 X25045 是高電平復位，復位端與單片機的 RESET 相接，并接電阻加 VCC 拉高電平，也是為了讓復位更有保障。 它內(nèi)有一個位指令寄存器，該寄存器可以通過 SI 來訪問。數(shù)據(jù)在 SCK 的上升沿由時鐘同步輸入，在整個工作期內(nèi)， 必須是低電平且 必須是高電平。特別提出的是，看門狗定時器對單片機提供了獨立的保護系統(tǒng)，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，只要其計時達到其編程的超時極限，或者當電源電壓降到最低轉(zhuǎn)換點以下時， RESET 引腳就會立即輸出高電平復位信號 。該芯片在系統(tǒng)上電或掉電時， RESET 引腳也會立即輸出高電平復位信號，從而避免了因系統(tǒng)故障、電源開斷、瞬時電壓不穩(wěn)等的影響。 “ 看門狗 ” 電路的功能就是對 CPU 進行實時檢測，當 CPU 落入死循環(huán)之后，能及時發(fā)現(xiàn)并使整個系統(tǒng)復位。在軟件編程中，設(shè)置約 1秒訪問一次看門狗芯片，當程序跑飛或大于 1． 4秒 (設(shè)置的超時時間 )沒有訪問看門狗芯片， X5045 將輸出復位脈沖，直至程序正常運行。 16C550 串口擴展模塊 本系統(tǒng)選用 16C550 異步通信單元實現(xiàn)與電表的通訊。 TL16C550B 是 TL16C450 異步通信單元 （ ACE）的功能升級產(chǎn)品，它對外圍器件或調(diào)制解器接收的數(shù)據(jù)實行串行至并行的轉(zhuǎn)換，對 CPU 接收的數(shù)據(jù)實行并行至串行的轉(zhuǎn)換。在 ACE 工作任何時候 CPU 均可讀和報告ACE 的狀態(tài)。這些狀態(tài)信息包括：正在進行的傳輸工作狀態(tài)，工作類型以及遇到的任何錯誤條件。 TL16C550B 包括可編程的片內(nèi)波特率產(chǎn)生器，它能用 1至（ 2161）的除數(shù)對基準時鐘分頻并產(chǎn)生驅(qū)動內(nèi)部發(fā)送器邏輯的 16X 時鐘。它還包括一些措施以便將這種 16X時鐘用于驅(qū)動接收器邏輯。在 ACE 中也包括完善的調(diào)制解調(diào)器控制能力和處理中斷系統(tǒng)。它可被置于一種方式（ FIFO）中，接收和發(fā)送方式時，內(nèi)部 FIFOs 可存儲 16 個字節(jié)，為了使系統(tǒng)畢業(yè)論文 13 開銷最小并且系統(tǒng)效率最高，所有邏輯均在片內(nèi)。它有標準的異步通信位（起始，停止及奇偶校驗）加至串行數(shù)據(jù)流或從串行數(shù)據(jù)流刪除；有完整的狀態(tài)報告能力；有線中斷產(chǎn)生和檢測；有獨立的接收器時鐘輸入；有獨立控制的發(fā)送，接收，線狀態(tài)以及數(shù)據(jù)設(shè)置中斷；有完全優(yōu)先級中斷控制。 其中斷控制功能如下表： 表 16C550 中斷控制表 ACE 具有片內(nèi)中斷產(chǎn)生和確定優(yōu)先級的能力（表中已說明），能靈活與常用微處理器相接口。當中斷產(chǎn)生時， IIR 指示中斷掛起 并在其三個最低有效位（位 0， 1 和 2）指示中斷類型。該寄存器的內(nèi)容歸納于上表中。 下圖是基本的 16C550B 的配置： MR 主機復位高電平有效，與單片機 RESET 復位腳相連，中斷 INTRPT 也是高電平有效即通知 CPU，原理圖中接了一電阻接地加反相器再接與W78E516B 的 INTO 作用是確保拉低電平后經(jīng)反相后為高電平，由于本系統(tǒng)的 TTL 電路中高低電平并非絕對的 0 或 1 而是介于一定范圍的，低： ~，高： ~5V；所以此處的電阻接地拉低電平是必要的，保障了系統(tǒng)的可靠性。關(guān)于原理圖中的 550 地址片選，因為 在 16C550 說明中 CS0， CS1， 2為 110 時選擇 ACE，而本系統(tǒng)把 2與單片機 AD13 相連，所以片選為 1101 1111 1111 1111，即 0XDFFF。 XIN 和 XOUT 使內(nèi)部晶振工作原理與單片機相仿所以直接 XTAL1 和 XTAL2 即可。 /RD1/WR1 讀寫口均由單片機讀寫口引入。此處的 550 的接收發(fā)送 SIN 和 SOUT 都送入 232 的 TI1 和 RO1，由它中轉(zhuǎn)。 畢業(yè)論文 14 圖 16550 硬件電路實現(xiàn) 由于 電表數(shù)據(jù)采集后由 485 總線傳至 232 進行電平轉(zhuǎn)換，由 232 轉(zhuǎn)化成 TTL 電平，再傳至 16C550 中。 RS232 來實現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換。 電平標準如下：邏輯 “0” 的電平范圍為 5V15V，邏輯 “1” 的電平 范圍為 5V15V。這里選用的 MAX232A 是 MAXIM 公司的 RS232 電平轉(zhuǎn)換芯片 。 當 PC 機的 TXDPC 輸出到 R1IN 時候，首先由 MAX232A 轉(zhuǎn)換成 TTL 電平由 R1OUT 輸出，經(jīng)過 6N137 光電隔離后輸入 DI 腳，從而轉(zhuǎn)換為 RS485 電平由 Z、 Y 輸出。 以下是 MAX232A 的典型電路連接： 圖 MAX232A 典型連接 在電表通訊規(guī)約里采用 TTL 負邏輯， 1： ~； 0： ~5V（本系統(tǒng)），具體的電表通訊規(guī)約將在下章介紹。 畢業(yè)論文 15 GSM 模塊 本系統(tǒng)選用 蜂窩通信引擎 TC35I， 是 Siemens 推出的新一代 GSM 無線 通信模塊。它設(shè)計小巧、功耗很低，可以為很多通信應(yīng)用提供經(jīng)濟高效的解決方案。 可以快速安全可靠地實現(xiàn)系統(tǒng)方案中的數(shù)據(jù)、語音傳輸、短消息服務(wù) (Short Message Service)和傳真。 適用 于遠程信息處理和通信等工業(yè)領(lǐng)域。 TC35I 的數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合 ITUT RS232 接口標準。它有固定的參數(shù)： 8 位數(shù)據(jù)位和 1 位停止位，無校驗位，波特率在 300bps~115kbps 之間可選，硬件握手信號用 RTS0/CTS0，軟件流量控制用XON/XOFF， CMOS 電平，支持標準的 AT 命令集。 模塊的工作電壓為 － ，可以工作在 900MHz和 1800MHz兩個頻段，所在頻段功耗分別為 2W（ 900M）和 1W（ 1800M）。常用工作模式有省電模式、 IDLE、 TALK 等模式。 軟件流量控制用 XON/XOFF， CMOS電平，支持標準的 AT 命令集。這里選用 GSM 模塊 TC35i，給出其和 PC 機的通信電路 , 在PC 和應(yīng)用 系統(tǒng) 之間以此 Modem和 GSM 網(wǎng)絡(luò)為紐帶，實現(xiàn)遠地數(shù)據(jù)的傳輸。 圖 本系統(tǒng) GSM 模塊的連接圖 TC35I 通過標準串口與單片機連接 ，它有 40 個引腳，通過一個 ZIF(Zero Insertion Force，零阻力插座 )連接器引出。這 4 些 引腳可以劃分為 5類，即電源、數(shù)據(jù)輸入 /輸出、SIM 卡、音頻接口和控制。 畢業(yè)論文 16 通過獨特的 40 引腳的 ZIF 連接器，實現(xiàn)電源連接、指令、數(shù)據(jù)、語音信號、及控制信號的雙向傳輸。通過 ZIF連接器及 50Ω天線連接器，可分別連接 SIM卡支架和天線。 TC35模塊主要由 GSM 基帶處理器、 GSM 射頻模塊、供電模塊 (ASIC)、閃存、 ZIF 連接器、天線接口六部分組成。作為 TC35 的核心，基帶處理器主要處理 GSM 終端內(nèi)的語音、 數(shù)據(jù)信號，并涵蓋了蜂窩射頻設(shè)備中的所有的模擬和數(shù)字功能。在不需要額外硬件電路的前提下，可支持 FR、 HR 和 EFR 語音信道編碼?；鶐幚砥骷闪艘粋€與 ISO 78163 IC Card 標準兼容的 SIM 接口。為了適合外部的 SIM 接口，該接口連接到主接口 (ZIF 連接器 )。 第 1~14 腳為電源部分： 1~5 為電源電壓輸入端 Vbatt+， 6~10 為電源地 GND， 112 為充電引腳， 13 為對外輸出電壓 (共外電路使用 )， 14 為 ACCUTEMP 接負溫度系數(shù)的熱敏電阻。 24~29 為 SIM 卡引腳，分別為 CCIN、 CCRST、 CCIO、 CCCLK、 CCVCC 和CCGND。 33~40 為語音接口，用來接電話手柄。 1 31 和 32 腳為控制部分： 15 為點火線 IGT(Ignition)， 當 TC35i 通電后必須給 IGT 一個大于 100ms 低電平，模塊才啟動；30 為 RTC backup， 31 為 Power down， 32 為 SYNC。 16~23 為數(shù)據(jù)輸入 /輸出，分別為 DSR0、RING0、 RxD0、 TxD0、 CTS0、 RTS0、 DTR0 和 DCD0。 TC35 的數(shù)據(jù)輸入 /輸出接口實際上是一個串行異步收發(fā)器，符合 ITUT RS232 接口標準 。它有固定的參數(shù)： 8 位數(shù)據(jù)位和1 位停止位，無校驗位，波特率在 300bps~115kbps 之間可選，硬件握手信號用 RTS0/CTS0。在 為 SIM 卡預留 5 個引腳的基礎(chǔ)上， TC35 在 ZIF 連接器上為 SIM 卡接口預留了 6 個引腳，所添加的 CCIN 引腳用來檢測 SIM 卡支架中是否插有 SIM 卡。當插入 SIM卡，該引腳置為高電平，系統(tǒng)方可進入正常工作狀態(tài)。但是目前移動運營商所提供的 SIM卡均無 CCIN 引腳，所以在設(shè)計電路時將引腳 CCIN 與 CCVCC 相連。 在設(shè)計中為 SIM 卡布線時，發(fā)現(xiàn)了一個值得引起注意問題： 如果將 SIM 卡的第六腳 CCGND 直接與印刷電路板的 GND 相連，不作任何信號的隔離保護，則通話時音量很小。考慮到設(shè)計中的電磁兼容和靜電保護等因素，為了達到最佳的通話效果，采用在 SIM 支架下，即印刷電路板的頂層敷設(shè)一層銅隔離網(wǎng)，該層敷銅與 SIM 卡的 CCGND 引腳相連， CCGND 和電路板的 GND之間通過兩個并聯(lián)的電容和電感耦合。此舉為 SIM 卡構(gòu)成了一個隔離地，屏蔽了其他信號線對 SIM 卡的干擾。 啟動電路由開漏極三極管和上電復位電路組成。模塊上電 10ms 后 (電池電壓須大于 3V)，為使之正常工作，必須在 15 腳 ()加時長 至少為 100ms 的低電平信號，且該信號下降沿時間小于 1ms。啟動后， 15 腳的信號應(yīng)保持高電平 。 畢業(yè)論文 17 電源模塊 本系統(tǒng)想把電源內(nèi)置在 PCB 板上，所以設(shè)計中也這種考慮了電源模塊，對其穩(wěn)定性和濾波都作了分析。先經(jīng) 7805DCDC（直流到直流）把 12V 電壓轉(zhuǎn)換為 5V 電壓供給單片機等芯片，經(jīng) LM2576 穩(wěn)壓后 12V 轉(zhuǎn)換成 再傳給 П型濾波電路，用來供給 TC35I。 圖 本系統(tǒng)的電源模塊圖 過高的電壓除造成測量誤差外，還可能會損壞芯片。所以該系統(tǒng)選用 7805 集成穩(wěn)壓器。 該芯片是 1A 輸出 DCDC 系列器件， 是一個三端穩(wěn)壓集成器件 。它是由輸出腳 Vo,輸入腳 Vi 和接地腳 GND 組成 ,它的穩(wěn)壓值為 +5V,輸入端接電容可以進一步的濾波 ,輸出端也接電容可以改善負載的瞬間影響 ,此電路的穩(wěn)定性也比較好 ,只是采用的電容必須要漏電流要小的鉭電容 ,若采用電解電容 ,則電容量要比其它的數(shù)值要增加 10 倍 。 內(nèi)部 7805 穩(wěn)壓杜絕了電源不干凈造成的燒板現(xiàn)象。 由于 7805 發(fā)熱量較大，如果散熱條件不好，是容易燒壞的。模塊的電源輸入端是直接連到內(nèi)部的芯片電源引腳上，供給模塊的電源應(yīng)該使用標準的 5V 穩(wěn)壓電源。 本系統(tǒng)還 采用 LM2576，由它加周邊電容電阻產(chǎn)生 電壓再經(jīng) П 型電路濾波然后把 電壓來供給 TC35I。該芯片 內(nèi)部包含 52kHz 振蕩器、 基準穩(wěn)壓電路、熱關(guān)斷電路、電流限制電路、放大器、比較器及內(nèi)部穩(wěn)壓電路等。 采用此 開關(guān)穩(wěn)壓電源可大大減少散熱片體積和 PCB 板的面積，甚至在大多數(shù)情況下不需要加裝散熱片，從而減少了對 MCU工作環(huán)境的有害影響 ；另外采用此 開關(guān)穩(wěn)壓電源作為 MCU 電源的另一個優(yōu)勢是：開關(guān)管的高頻通斷特性以及串聯(lián)濾波電感的使用對來自于電源的高頻干擾具有較強的抑制作用。 不僅可以提高穩(wěn)壓電源的工作效率，減少能源損 耗，減少對 MCU 的熱損害，而且可減少外部畢業(yè)論文 18 交流電壓大幅波動對 MCU 的干擾，同時可降低經(jīng)電源竄入的高頻干擾，這對保障 MCU 的安全和可靠運行能起到事半功倍的作用。 此外，由于開關(guān)穩(wěn)壓電源 “ 熱損失 ” 的減少，設(shè)計時還可提高穩(wěn)壓電源的輸入電壓，這有助于提高交流電壓抗跌落干擾的能力。 LM2576 具有可靠的工作性能、較高的工作效率和較強的輸出電流驅(qū)動能力，從而為 MCU 的穩(wěn)定、可靠工作提供了強有力的保證。 軟件的實現(xiàn) 軟件設(shè)計思想也是按模塊結(jié)構(gòu)，分單片機主模塊； 16C5