【正文】 入片內(nèi)。XTAL1 為振蕩器反相放大器和時(shí)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(shí)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(shí) CC2=（30 10）pF，當(dāng)使用陶瓷諧振器時(shí) CC2=（40?10） pF。C1 和 C2 雖然沒(méi)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(jì)電路板時(shí)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。趙瓊：基于單片機(jī)和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 20 X T A L 2X T A L 1G N D圖 時(shí)鐘電路 單片機(jī)的復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是把 PC 初始化為 0000H 使單片機(jī)從0000H 單元開(kāi)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(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)時(shí)，為了擺脫困境也需要按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)。在振蕩器工作時(shí)將 RST 腳保持至少兩個(gè)機(jī)器周期高電平，12 時(shí)鐘模式為 24 個(gè)振蕩器周期，6 時(shí)鐘模式為 12 振蕩器周期可實(shí)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(shí)間至少為振蕩器啟動(dòng)時(shí)間，通常為幾個(gè)毫秒再加上兩個(gè)機(jī)器周期，復(fù)位后振蕩器以 12 時(shí)鐘模式運(yùn)行，當(dāng)已通過(guò)并行編程器設(shè)置為 6 時(shí)鐘模式時(shí)除外。單片機(jī)在 RESET 為高電平控制下程序計(jì)數(shù)器（PC）和特殊功能寄存器的復(fù)位如表3－2 所示。單片機(jī)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(jī)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 00HACC 00H TCON 00HB 00H TL0 00HPSW 00H TH0 00HSP 07H TL1 00HDPTR 0000H TH1 00HP0—P3 0FFH SCON 00HIP 000000B SBUF 不定IE 0000000 PCON 00000單片機(jī)的復(fù)位電路有上電復(fù)位和手動(dòng)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(guò)按鈕產(chǎn)生高電平復(fù)位信號(hào)稱(chēng)為手動(dòng)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(yùn)行過(guò)程中需要程序從頭開(kāi)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(chēng)為手動(dòng)復(fù)位。 在實(shí)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)位電平要求與安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 21 單片機(jī)的要求一致則可以與之相連。 單片機(jī)復(fù)位后 P0—P3 四個(gè)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(guò) MCS51 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 引腳加上持續(xù)兩個(gè)機(jī)器周期(即 24 個(gè)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(kāi)始工作。單片機(jī)的復(fù)位都是靠外部電路實(shí)現(xiàn)的，手動(dòng)按鍵復(fù)位如圖 34 所示。 在本次設(shè)計(jì)中采用手動(dòng)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(dòng)復(fù)位電路 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(guò)變壓器 T1 變壓為 9V交流電壓 通過(guò) 4 只二極管 1N4004 全橋整流，再經(jīng)過(guò)電容 C 濾波后得到光滑的直流電壓 經(jīng)過(guò)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(guò) 芯片得到 電壓給 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(mén)狗電路在由單片機(jī)構(gòu)成的微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中,由于單片機(jī)的工作常常會(huì)受到來(lái)自外界電磁場(chǎng)的干擾,造成程序的跑飛,而陷入死循環(huán),程序的正常運(yùn)行被打斷,由單片機(jī)控制的系趙瓊：基于單片機(jī)和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 22 統(tǒng)無(wú)法繼續(xù)工作,會(huì)造成整個(gè)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(duì)單片機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的考慮,便產(chǎn)生了一種專(zhuān)門(mén)用于監(jiān)測(cè)單片機(jī)程序運(yùn)行狀態(tài)的芯片,俗稱(chēng)看門(mén)狗?？撮T(mén)狗電路的應(yīng)用，使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作,其工作原理是:看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè) I/O 引腳相連,該 I/O 引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門(mén)狗的這個(gè)引腳上送入高電平(或低電平),這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)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(shí),寫(xiě)看門(mén)狗引腳的程序便不能被執(zhí)行,這個(gè)時(shí)候,看門(mén)狗電路就會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào),便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào),使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位,即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行,這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)的自動(dòng)復(fù)位。本文用 x25045 芯片設(shè)計(jì)了一種新的看門(mén)狗電路，具有體積小、占用 i/o 口線(xiàn)少和編程方便的特點(diǎn)，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(gè)看門(mén)狗定時(shí)器，可通過(guò)軟件預(yù)置系統(tǒng)的監(jiān)控時(shí)間。在看門(mén)狗定時(shí)器預(yù)置的時(shí)間內(nèi)若沒(méi)有總線(xiàn)活動(dòng)，則x25045 將從 reset 輸出一個(gè)高電平信號(hào)，經(jīng)過(guò)微分電路 cr3 輸出一個(gè)正脈沖，使cpu 復(fù)位。圖 電路中，cpu 的復(fù)位信號(hào)共有 3 個(gè)：上電復(fù)位(cr2)，人工復(fù)位(s、rr2)和 watchdog 復(fù)位(cr3)，通過(guò)或門(mén)綜合后加到 reset 端。cr3 的時(shí)間常數(shù)不必太大，有數(shù)百微秒即可，因?yàn)檫@時(shí) cpu 的振蕩器已經(jīng)在工作。 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(mén)狗電路硬件連接圖看門(mén)狗定時(shí)器的預(yù)置時(shí)間是通過(guò) x25045 的狀態(tài)寄存器的相應(yīng)位來(lái)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 wdwd0 和看門(mén)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安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 23 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIPwd1＝0，wd0=0，預(yù)置時(shí)間為 。wd1＝0，wd0=1，預(yù)置時(shí)間為 。wd1＝1，wd0=0，預(yù)置時(shí)間為 。wd1＝1，wd0=1，禁止看門(mén)狗工作?？撮T(mén)狗電路的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)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(shí)最大循環(huán)周期的時(shí)間略長(zhǎng)即可。編程時(shí)，可在軟件的合適地方加一條喂狗指令，使看門(mén)狗的定時(shí)時(shí)間永遠(yuǎn)達(dá)不到預(yù)置時(shí)間，系統(tǒng)就不會(huì)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(wú)法捕捉回程序時(shí)，則看門(mén)狗定時(shí)時(shí)間很快增長(zhǎng)到預(yù)置時(shí)間，迫使系統(tǒng)復(fù)位。 接口硬件電路設(shè)計(jì)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(xiàn) ALE 接單片機(jī)的 ALE 腳，這樣使用傳送指令可以與 D12 接口，對(duì) D12 操作就象對(duì) D12 操作一樣，此時(shí)忽略 A0（命令口和數(shù)據(jù)口地址線(xiàn)）的輸入。因?yàn)闆](méi)有使用 DMA 傳輸方式，所以沒(méi)有用到 DMACK_N、EOT_N 和 DMREQ_N 等 DMA 引腳。INT_N 是 USB 中斷請(qǐng)求腳，發(fā)出 USB 中斷請(qǐng)求；GL_N 是 GooDLink 指示燈，在調(diào)試過(guò)程中非常有用，在通信時(shí)會(huì)不停閃爍。如果一直亮或者一直暗，表示 USB 接口有問(wèn)題，如果 D12 掛起，則 LED 關(guān)閉。 CLKOUT 是 D12 的時(shí)鐘輸出，可以通過(guò)固件編程改變其頻率，在調(diào)試固件時(shí)，可作為參考。 趙瓊：基于單片機(jī)和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 24 A/D 與單片機(jī)接口電路IN7IN0V(+)V() CLKADDAADDBADDCGQ0Q1Q2OEADC0809D7...D074LS373 AT89C51ALE...WR+STARTALE+RDINT1OEEOCD 0. . .D 7 ADC0809與89C51的接口電路、寫(xiě)控制線(xiàn)來(lái)控制轉(zhuǎn)換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動(dòng)和允許輸出。編程時(shí)注意啟動(dòng)AD0809后，EOC在一定時(shí)間才能變成低電平。 PDIUSBDI2 與單片機(jī)接口電路PDIUSBD12與89C51 。89C51的ALE和PD12的ALE 相接，表示采用單獨(dú)地址和數(shù)據(jù)總線(xiàn)配置。其AO腳接高電平用于控制命令或數(shù)據(jù)輸入到PDIUSBD12，也就是編程中 outportcmd()和outportdata()函數(shù)。此外89C51的多位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用總線(xiàn)PO 可直接與PDIUSBD12的數(shù)據(jù)總線(xiàn)相連，CLKOUT時(shí)鐘輸出為89C51提供時(shí)鐘輸入。安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 25 P D I U S B D1 2D +D A L E A L EA T 8 9 C 5 1D A T A 7...D A T A 0C SW R W RI N T I N T 0G N DR DR D P 0 . 7P 0 . 0...P 1 . 6 PDIUSBD12與89C51的連接電路在該數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，用ADC0809采集05V的電壓信號(hào)，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后將數(shù)字量存入預(yù)先設(shè)定的緩沖區(qū)里，利用接口芯片D12將數(shù)據(jù)送至 USB總線(xiàn)上。設(shè)備應(yīng)用程序從緩沖區(qū)里取數(shù)據(jù)顯示，通過(guò)數(shù)值來(lái)說(shuō)明USB接口的采集速率比一般的串行總線(xiàn)速度高。當(dāng)前端的電壓信號(hào)不斷變化的同時(shí)，在PC上可以觀察到數(shù)據(jù)的變化，這就表明利用USB接口在數(shù)字采集系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸是能夠?qū)崿F(xiàn)的，而且能夠很好的實(shí)現(xiàn)。第 4 章 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)序控制 采用延時(shí)等待 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)束方式，分別對(duì) 8 路模擬信號(hào)輪流采樣一次，并依次把結(jié)果存入存儲(chǔ)器。在軟件編程時(shí)，令 =0，A0、AA2 給出被選擇的模擬通道地址和啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換；執(zhí)行一條輸入指令，讀取 A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果。趙瓊：基于單片機(jī)和 USB 接口的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)設(shè)計(jì) 26 指向通道 0 地址啟動(dòng) A / D 轉(zhuǎn)換延時(shí)等待 A / D 轉(zhuǎn)換結(jié)束讀 A / D 轉(zhuǎn)換值 ， 存內(nèi)存指向下一個(gè)通道地址8 個(gè)通道轉(zhuǎn)換 ？繼續(xù)Y E SN O 圖 A/D 轉(zhuǎn)換程序流程圖 固件的開(kāi)發(fā)Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī) C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語(yǔ)言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢(shì)，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全 Windows界面。另外重要的一點(diǎn)，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會(huì)到Keil C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。Keil C51的工具包中， uVision是C51 for Windows的集成開(kāi)發(fā)環(huán)境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C 或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件(.OBJ)。目標(biāo)文件可由LIB51 創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起經(jīng) C51連接定位生成絕對(duì)目標(biāo)文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的Hex 文件，以供調(diào)試器dScope51 或tScope51 使用進(jìn)行源代碼級(jí)調(diào)試，也可由仿真器使用直接對(duì)目標(biāo)板進(jìn)行調(diào)試，也可以直接寫(xiě)入程序存貯器如EPROM中。 安徽工程大學(xué)畢業(yè)論文 27 采用 PDIUSBD12 的固件設(shè)計(jì) 固件編程的主要工作固件是FIREWARE