【正文】 成本。 存儲器管理單元（ MMU）和集成 RAM：在以 12MB/S 的速率傳輸并與微控制器并口相連時， MMU和集成 RAM 作為 USB 之間速度差異和緩沖區(qū)。這就允許微控制器以其自己的速率對 USB 信息包進行讀寫。 并行和 DMA 接口： 一個普通的并行接口定義成易于使用，快速而且可以主流的微控制器直接連接的接口。對一個微控制器而言， PDIUSBD12 看起來就像一個帶 ８位數(shù)據(jù)總線和一個地址（占用 ２ 個位置）的存儲器件， PDIUSBD12 支持多路復用和非復用的地址和數(shù)據(jù)總線；支持主端點與本地共享 RAM 之間直接讀取的 DMA 傳輸；還支持單周期和突發(fā)模式的 DMA 傳輸。 DMA 傳輸：直接存儲器尋址 （ DMA） 允許在主端點和本地共享存儲器間實現(xiàn)數(shù)據(jù)塊的有效傳輸。使用 DMA 控制器， PDIUSBD12 的主端點和本地共享存儲器間的數(shù)據(jù)傳輸可自主進行，而不需要 本地 CPU 的干預。要處理任何 DMA 傳輸，本地 CPU從主機接收必要的 SETUP 信息，并對 DMA 控制器進行正確的編程。典型的，對 DMA趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設計 18 控制器的傳輸模式，字節(jié)計數(shù)寄存器和地址計數(shù)器進行正確的編程。在該模式下，PDIUSBD12 發(fā)出請求時開始傳輸，當字節(jié)計數(shù)器減少為零時終止。在 DMA 控制器編程之后，本地 CPU在初始化傳輸時，將 PDIUSBD12 中的 DMA 使能位置位。 PDIUSBD12 可編程為單周期 DMA 或突發(fā)模式 DMA。在單周期 DMA 中， DMREQ在每單個應答后直到被 DMACK_N 重新激活之前保持無效。在突發(fā)模式 DMA 中，DMREQ 器件中突發(fā)編程時一直保持有效。該過程持續(xù)到 PDIUSBD12 通過 EOT_N 接收到一個 DMA 終止信息，這時產(chǎn)生一個中斷指示本地 CPU， DMA 操作已經(jīng)完成。 x25045 是美國 xicor 公司的生產(chǎn)的標準化 8 腳集成電路，它將 eeprom、看門狗定時器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個芯片之內(nèi)，大大簡化了硬件設計，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對印制電路板的空間要求，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機外圍芯片。 x25045 引腳如圖 所示。 1234x 2 5 0 4 58765V C C R E S E TS C K S IC SS OW PV S S 圖 x25045引腳圖 其引腳功能如下 ： cs：片選擇輸入； so：串行輸出，數(shù)據(jù)由此引腳逐位輸出； si：串行輸入，數(shù)據(jù)或命令由此引腳逐位寫入 x25045； sck：串行時鐘輸入，其上升沿將數(shù)據(jù)或命令寫入，下降沿將數(shù)據(jù)輸出； wp：寫保護輸入。當它低電平時，寫操作被禁止； vss：地； vcc：電源電壓； reset：復位輸出。 x25045 在讀寫操作之前，需要先向它發(fā)出指令，指令名及指令格式如 下表 所示。 表 x25045指令及其含義 指令名 指令格式 操作 WREN 00000110 設置寫使能鎖存器（允許寫操作） WRDI 00000100 復位寫使能鎖存器（禁止寫操作） 安徽工程大學畢業(yè)論文 19 RDSR 00000101 讀狀態(tài)寄存器 WRSR 00000001 寫狀態(tài)寄存器 READ 0000A8011 把開始于所選地址的存儲器中的數(shù)據(jù)讀出 WRITE 0000A8010 把數(shù)據(jù)寫入開始于所選地址的存儲器 單片機最小系統(tǒng) 單片機的時鐘電路 時鐘電路 [6]用于產(chǎn)生單片機工作所需的時鐘信號 ， 單片機本身就如同一個復雜的同步時序電路 ， 為了保證同步工作電路應在唯一的時鐘信號控制下嚴格的按規(guī)定時序工作。 單片機內(nèi)含振蕩器電路但晶體振蕩器和電容在片外由引腳 XTAL1和 XTAL2接入片內(nèi)。 XTAL1 為振蕩器反相放大器和時鐘發(fā)生電路的輸入 ， XTAL2 為反相放大器的輸出。 當使用片內(nèi)振蕩器時片外振蕩源和電容與 XTAL1 和 XTAL2 的接法如圖 所示。當使用晶體諧振器時 C C2=（ 30? 10） pF， 當使用陶瓷諧振器時 C C2=（ 40? 10）pF。 C1 和 C2 雖然沒有嚴格的要求但電容的大小影響振蕩器電路的穩(wěn)定性和快速性通常選在 20pF 到 30pF。在設計電路板時晶振和電容等應盡可能的靠近芯片以減小分布電容 ，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。 X T A L 2X T A L 1G N D 圖 時鐘電路 單片機的復位電路 復位是單片機的初始化操作 ， 其主要功能是把 PC初始化為 0000H使單片機從 0000H單元開始執(zhí)行程序。除了進入系統(tǒng)的正常初始化之外 ， 當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時 ， 為了擺脫困境也需要按復位鍵 以重新啟動。 在振蕩器工作時將 RST 腳保持至少兩個機器周期高電平 ， 12 時鐘模式為 24 個振蕩器周期 ， 6 時鐘模式為 12 振蕩器周期可實現(xiàn)復位 ， 為了保證上電復位的可靠 RST 保持高電平的時間至少為振蕩器啟動時間 ， 通常為幾個毫秒再加上兩個機器周期 ， 復位后振蕩器以 12 時鐘模式運行 ， 當已通過并行編程器設置為 6 時鐘模式時除外。 單片機在 RESET 為高電平控制下程序計數(shù)器（ PC）和特殊功能寄存器的復位如表趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設計 20 3－ 2 所示。單片機的復位并不影響芯片內(nèi)部 RAM 狀態(tài)只要 RESET 引腳保持高電平單片機將循環(huán)復位。在復位有效期間內(nèi) ALE﹑ PSEN 將輸出高電平。 表 復位后寄存器狀態(tài) [7] 寄存器 復位狀態(tài) 寄存器 復位狀態(tài) PC 0000H TMOD 00H ACC 00H TCON 00H B 00H TL0 00H PSW 00H TH0 00H SP 07H TL1 00H DPTR 0000H TH1 00H P0—P3 0FFH SCON 00H IP 000000B SBUF 不定 IE 0000000 PCON 00000 單片機的復位電路有上電復位和手動按鈕復位兩種形式 ， RST/VPD 端的高電平直接由上電瞬間產(chǎn)生高電平則為上電復位；若通過按鈕產(chǎn)生高電平復位信號稱為手動按鈕復位。圖 34 為兼有上電復位與按鈕復位的電路。圖中上電瞬間 RST 端的電位與 Vcc相同隨著電容充電電流的減小 ， +5V立即加到了 RST/VPD 端該高電平使 8051 復位。 若運行過程中需要程序從頭開始執(zhí)行這只需按圖 34 中的按鈕即可。按下按鈕則直接把 +5V加到了 RST/VPD 端從而復位這稱為手動復位。 在實際應用系統(tǒng)中有些外圍芯片也需要復位 ， 如果這些復位端的復位電平要求與單片機的要求一致則可以與之相連。 單片機 復位后 P0—P3 四個并行接口全為高電平其它寄存器全部清零只有 SBUF 寄存器狀態(tài)不確定。 通過 MCS51單片機的復位引腳 RST引腳加上持續(xù)兩個機器周期 (即 24個振蕩周期 )的高電平即可使器件復位 ， 只要 RST 一直保持高電平那么 CPU 就一直處于復位狀態(tài)。當 RST 由高變低后復位結(jié)束 ， CPU 從初始狀態(tài)開始工作。單片機的復位都是靠外部電路實現(xiàn)的 ， 手動按鍵復位如圖 34 所示。 在本次設計中采用手動復位。 VC CVC CR S TR 1 1 K2 2 181。R S TG N DA T 8 9 C 5 1R 2 2 0 0 ?? 圖 手動復位電路 安徽工程大學畢業(yè)論文 21 電源電路 系統(tǒng) 電源部分電氣原理圖如圖 所示。市電 220V 經(jīng)過變壓器 T1 變壓為 9V交流電壓 通過 4 只二極管 1N4004 全橋整流 ， 再經(jīng)過電容 C 濾波后得到光滑的直流電壓 經(jīng)過三端穩(wěn)壓 7805 穩(wěn)壓后得到穩(wěn)定的 +5V電壓給各器件供電 。 5V電壓再通過 芯片得到 PDIUSBD12 供電。 2 2 0 V ~2 2 0 V ~9 VT 11234D 1 ~ D 4I N 4 0 0 7 * 4R 13 . 9 K ?L E D 1+C 11 0 0 0 181。 F2 5 VC 20 . 0 1 181。I N + 5 VG N D127 8 0 5C 30 . 0 1 181。 F3C 42 2 0 181。 F1 6 V++ 5 VC 51 0 181。 FI NO U TG N DL M 1 1 1 7 3 . 3+ 3 . 3 VC 61 0 181。 F 圖 電源電路 看門狗電路 在由 單片機 構(gòu)成的微型計算機系統(tǒng)中 ,由于單片機的工作常常會受到來自外界電磁場的干擾 ,造成程序的跑飛 ,而陷入死循環(huán) ,程序的正常運行被打斷 ,由單片機控制的系統(tǒng)無法繼續(xù)工作 ,會造成整個系統(tǒng)的陷入停滯狀態(tài) ,發(fā)生不可預料的后果 ,所以出于對單片機運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測的考慮 ,便產(chǎn)生了一種專門用于監(jiān)測單片機程序運行狀態(tài)的芯片 ,俗稱 看門狗 。 看門狗電路的應用，使單片機可以在無人狀態(tài)下實現(xiàn)連續(xù)工作 ,其工作原理是 :看門狗芯片和單片機的一個 I/O引腳相連 ,該 I/O 引腳通過程序控制它定時地往看門狗的這個引腳上送入高電平 (或低電平 ),這一程序語句是分散地放在單片機其他控制語句中間的，一旦單片機由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段 進入死循環(huán)狀態(tài)時 ,寫看門狗引腳的程序便不能被執(zhí)行 ,這個時候 ,看門狗電路就會由于得不到單片機送來的信號 ,便在它和單片機復位引腳相連的引腳上送出一個復位信號 ,使單片機發(fā)生復位 ,即程序從程序存儲器的起始位置開始執(zhí)行 ,這樣便實現(xiàn)了單片機的自動復位。 本文用 x25045 芯片設計了一種新的看門狗電路，具有體積小、占用 i/o 口線少和編程方便的特點，可廣泛應用于儀器儀表和各種工控系統(tǒng)中。 x25045 硬件連接圖如圖 所示。 x25045 芯片內(nèi)包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預置的時間內(nèi)若沒有總線活動，則x25045 將從 reset 輸出一個高電平信號，經(jīng)過微分電路 c r3 輸出一個正脈沖，使 cpu復位。圖 電路中， cpu 的復位信號共有 3 個：上電復位 (c r2)，人工復位 (s、r r2)和 watchdog 復位 (c r3)，通過或門綜合后加到 reset 端。 c r3 的時間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因為這時 cpu 的振蕩器已經(jīng)在工作。 趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設計 22 P 1 . 3P 1 . 2P 1 . 18 9 C 5 1P 1 . 0R E S E T≥ 17 4 L S 3 2C SS OW PVS SV C CR E S E TS C KS I1X 2 5 0 4 52345678VC CC 2 0 . 1 181。 FSR 11 K ?+C 12 2 181。 FR 21 0 K ?R 31 0 K ? 圖 2 x25045看門狗電路硬件連接圖 看門狗定時器的預置時間是通過 x25045 的狀態(tài)寄存器的相應位來設定的。如表 2所示， x25045 狀態(tài)寄存器共有 6 位有含義，其中 wd wd0 和看門狗電路有關(guān)，其余位和 eeprom 的工作設置有關(guān)。 表 x25045狀態(tài)寄存器 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIP wd1＝ 0， wd0=0，預置時間為 。 wd1＝ 0， wd0=1，預置時間為 。 wd1＝ 1， wd0=0，預置時間為 。 wd1＝ 1， wd0=1，禁止看門狗工作。 看門狗電路的定時時間長短可由具體應用程序的循環(huán)周期決定，通常比系統(tǒng)正常工作時最大循環(huán)周期的時間略長即可。編程時，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門狗的定時時間永遠達不到預置時間，系統(tǒng)就不會復位而正常工作。當系統(tǒng)跑飛，用軟件陷阱等別的方法無法捕捉回程序時，則看門狗定時時間很快增長到預置時間，迫使系統(tǒng)復位。 接口硬件電路設計 由 D12 接口組成的通信電路原理如圖 所示。多路地址 /數(shù)據(jù)總線 ALE 接單片機的 ALE 腳，這樣使用傳送指令可以與 D12 接口，對 D12 操作就象對 D12 操作一樣，此時忽略 A0（命令口和數(shù)據(jù)口地址線）的輸入。因為沒有使用 DMA 傳輸方式，所以沒有用到 DMACK_N、 EOT_N 和 DMREQ_N 等 DMA 引腳。 INT_N 是 USB 中斷請求安徽工程大學畢業(yè)論文 23 腳，發(fā)出 USB 中斷請求； GL_N 是 GooDLink 指示燈，在調(diào)試過程中非常有用，在通信時會不停閃爍。如果一直亮或者一直暗，表示 USB 接口有問題，如果 D12 掛起，則 LED關(guān)閉。 CL