【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(jìn)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(fù)用和非復(fù)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(jìn)行，而不需要 本地 CPU 的干預(yù)。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(jìn)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(shè)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(jìn)行正確的編程。在該模式下，PDIUSBD12 發(fā)出請求時開始傳輸，當(dāng)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(yīng)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(biāo)準(zhǔn)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(shè)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(hù)輸入。當(dāng)它低電平時，寫操作被禁止； vss：地； vcc：電源電壓； reset：復(fù)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(shè)置寫使能鎖存器（允許寫操作） WRDI 00000100 復(fù)位寫使能鎖存器（禁止寫操作） 安徽工程大學(xué)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(fù)雜的同步時序電路 ， 為了保證同步工作電路應(yīng)在唯一的時鐘信號控制下嚴(yán)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(dāng)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(dāng)使用晶體諧振器時 C C2=（ 30? 10） pF， 當(dāng)使用陶瓷諧振器時 C C2=（ 40? 10）pF。 C1 和 C2 雖然沒有嚴(yán)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(shè)計電路板時晶振和電容等應(yīng)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(fù)位電路 復(fù)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(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化之外 ， 當(dāng)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(fù)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(fù)位 ， 為了保證上電復(fù)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(fù)位后振蕩器以 12 時鐘模式運行 ， 當(dāng)已通過并行編程器設(shè)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(fù)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(shè)計 20 3－ 2 所示。單片機的復(fù)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(fù)位。在復(fù)位有效期間內(nèi) ALE﹑ PSEN 將輸出高電平。 表 復(fù)位后寄存器狀態(tài) [7] 寄存器 復(fù)位狀態(tài) 寄存器 復(fù)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(fù)位電路有上電復(fù)位和手動按鈕復(fù)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(fù)位；若通過按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號稱為手動按鈕復(fù)位。圖 34 為兼有上電復(fù)位與按鈕復(fù)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(fù)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(fù)位這稱為手動復(fù)位。 在實際應(yīng)用系統(tǒng)中有些外圍芯片也需要復(fù)位 ， 如果這些復(fù)位端的復(fù)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(fù)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(fù)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(fù)位 ， 只要 RST 一直保持高電平那么 CPU 就一直處于復(fù)位狀態(tài)。當(dāng) RST 由高變低后復(fù)位結(jié)束 ， CPU 從初始狀態(tài)開始工作。單片機的復(fù)位都是靠外部電路實現(xiàn)的 ， 手動按鍵復(fù)位如圖 34 所示。 在本次設(shè)計中采用手動復(fù)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(fù)位電路 安徽工程大學(xué)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(yù)料的后果 ,所以出于對單片機運行狀態(tài)進(jìn)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(yīng)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(jìn)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(fù)位引腳相連的引腳上送出一個復(fù)位信號 ,使單片機發(fā)生復(fù)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(fù)位。 本文用 x25045 芯片設(shè)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(yīng)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(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時間。在看門狗定時器預(yù)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(fù)位。圖 電路中， cpu 的復(fù)位信號共有 3 個：上電復(fù)位 (c r2)，人工復(fù)位 (s、r r2)和 watchdog 復(fù)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(shè)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(yù)置時間是通過 x25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來設(shè)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(shè)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(yù)置時間為 。 wd1＝ 0， wd0=1，預(yù)置時間為 。 wd1＝ 1， wd0=0，預(yù)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(yīng)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(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時間，系統(tǒng)就不會復(fù)位而正常工作。當(dāng)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(yù)置時間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 接口硬件電路設(shè)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(xué)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