【正文】 是以凌陽16位單片機(jī)SPCE061A為核心的精簡開發(fā)－仿真－實(shí)驗(yàn)板，簡稱61板，其硬件框圖如圖21所示。關(guān)于61板的硬件框圖說明如表21所示。PLL鎖相環(huán)外部電路*PowerPower電源指示燈*SleepSleep睡眠指示燈K4復(fù)位按鍵RESET復(fù)位電路S5EZ_PEOBE和PROBE切換的3pin單排針PROBE在線調(diào)試器串行5pinEZ_PROBE下載線的5pin接口J32pin喇叭插針MIC麥克風(fēng)輸入電路DAC一路音頻輸出電路VRTA/D轉(zhuǎn)換外部參考電壓輸入接口OSC32768晶振電路K1K3擴(kuò)展的按鍵：接IOA0IOA2R/C其它外圍電阻電容SPCE061A61板核心：16位微處理器PORTA/B32個I/O口61板的核心是凌陽16位單片機(jī)SPCE061A，封裝形式為PLCC84，具有豐富的功能引腳。其中輸入/輸出(I/O)接口、音頻輸入/輸出接口等在實(shí)驗(yàn)設(shè)計中經(jīng)常用到。輸入/輸出(I/O)接口。在引腳分布圖(可參考61板說明書，這里不重點(diǎn)說明)中，對應(yīng)的SPCE061A引腳為：A口，41～4554～60；B口，5～81～768～64。圖22 SPCE061A的接口音頻輸入/輸出接口。線調(diào)試器PROBE和EZ_PROBE接口。這樣，就不需要再用仿真器和編程器了。電源接口。所以，在板子上具有兩種工作電壓：。61板的供電電源系統(tǒng)采用用戶多種選擇方式：。另外也可以直接外接5V的直流穩(wěn)壓源供電。需要注意的是由于SPY0029A最大輸出電流為50mA，所以如果需要外接一些模組時要先考慮負(fù)載能力。復(fù)位是對61板內(nèi)部的硬件初始化，61板本身具有上電復(fù)位功能，即通電就自動復(fù)位，另外，還具有外部復(fù)位電路，即在引腳6上外加一個低電平就可令其復(fù)位。 MMA7260QT三軸加速度傳感器MMA7260QT3軸小量程加速傳感器是檢測物件運(yùn)動和方向的傳感器，它根據(jù)物件運(yùn)動和方向改變輸出信號的電壓值。如果沿著某一個方向活動，或者受到重力作用，輸出電壓就會根據(jù)其運(yùn)動方向以及設(shè)定的傳感器靈敏度而改變其輸出電壓。本次設(shè)計中加速度傳感器模塊的各接口分布如圖23所示。各個接口的定義如下：引腳Z表示z軸方向電壓輸出；引腳Y表示y軸方向電壓輸出；引腳X表示x軸方向電壓輸出；SS2表示傳感器靈敏度選擇信號；，同時可以接到單片機(jī)AD參考電壓端；5V引腳表示電源輸入；GND引腳表示接地；SL引腳表示傳感器休眠與否選擇，如果不接，默認(rèn)為工作狀態(tài)[6]。根據(jù)在引腳S1和引腳S2上的邏輯輸入，裝置的內(nèi)部增益將會發(fā)生變化，2g，4g或6g四種不同的靈敏度下進(jìn)行工作。一些產(chǎn)品在應(yīng)用過程中為了達(dá)到最佳工作性能，需要不同的靈敏度。在產(chǎn)品工作的過程中，可以在任意時候改變加速度的靈敏度。表22 加速度選擇引腳說明S1S2加速度選擇范圍靈敏度00800 mV/g012g600 mV/g104g300 mV/g116g200 mV/g 系統(tǒng)電路的連接圖24 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖選擇好了設(shè)計中所用原器件，了解了其大致性能，下面我們將討論整個系統(tǒng)外部電路的連接。必要的時候可添加外擴(kuò)存儲器模塊。整個系統(tǒng)中數(shù)據(jù)傳送的路徑結(jié)構(gòu)如圖24所示。確保輸入輸出端口以及AD轉(zhuǎn)換等功能正常后，即可進(jìn)行系統(tǒng)電路連接。而對于加速度傳感器模塊來說，本設(shè)計基本功能的實(shí)現(xiàn)只需要X軸、Y軸、Z軸、電源、接地五個引腳。把插線的另一端與加速度傳感器的上述五個引腳相連接。整個系統(tǒng)的外部電路連接如圖25表示。對其硬件的了解與設(shè)置直接關(guān)系到系統(tǒng)性能的實(shí)現(xiàn)。 輸入/輸出控制單元設(shè)計輸入/輸出接口(也可簡稱為I/O端口)是單片機(jī)與外設(shè)交換信息的通道。本次設(shè)計中傳感器的信號正是由輸入端口傳入內(nèi)部電路。SPCE061A的輸入/輸出接口包含了多種控制單元，其結(jié)構(gòu)如圖26所示。這兩個端口的每一位都可通過編程單獨(dú)定義成輸入或輸出口。本次設(shè)計中選用A口作為輸入口[7]。每3個對應(yīng)的控制向量組合在一起，形成一個控制字，用來定義相對應(yīng)I/O端口位的輸入輸出狀態(tài)和方式。這為系統(tǒng)的硬件設(shè)計帶來了很大的方便。I/O端口的組合控制設(shè)置如表23所示：表23 I/O端口的控制向量組合DirectionAttributionData功能是否喚醒功能描述000下拉是帶下拉電阻的輸入引腳001上拉是帶上拉電阻的輸入引腳010懸浮是懸浮式輸入引腳011懸浮否懸浮式輸入引腳100高電平輸出（帶數(shù)據(jù)反相器）否帶數(shù)據(jù)反相器的高電平輸出101低電平輸出（帶數(shù)據(jù)反相器）否帶數(shù)據(jù)反相器的低電平輸出110低電平輸出否帶數(shù)據(jù)寄存器的低電平輸出111高電平輸出否帶數(shù)據(jù)寄存器的高電平輸出其中，當(dāng)Direction、Attribution和Data的設(shè)定值為011時，懸浮輸入作為ADC IOA[0～6]的輸入。P_IOA_Data(讀/寫)(7000H)。當(dāng)A口處于輸入狀態(tài)時，讀出是讀A口引腳電平狀態(tài)；寫入是將數(shù)據(jù)寫入A端口的數(shù)據(jù)寄存器。P_IOA_Buffer(讀/寫)(7001H)。當(dāng)A口處于輸入狀態(tài)時，寫入是將A端口的數(shù)據(jù)向量寫入A端口的數(shù)據(jù)寄存器；讀出則是從A端口數(shù)據(jù)寄存器內(nèi)讀其數(shù)值。對輸出而言，P_IOA_Data與P_IOA_Buffer是一樣的。假設(shè)IOA[0]作為輸出，并去接LED陽極(LED陰極接地)。 在某些需要較大驅(qū)動能力的LED而言，LED會亮，但I(xiàn)OA[0]會被拉到一個很低的值。讀回的意義是是方便做其它的IO運(yùn)算。A端口的方向向量單元，用于用來設(shè)置A口是輸入還是輸出，該方向控制向量寄存器可以寫入或從該寄存器內(nèi)讀出方向控制向量。P_IOA_Attrib(讀/寫)(7003H)。方向向量_Dir、屬性向量_Attrib和數(shù)據(jù)向量_Data分別代表三個控制口。表31具體表示了如何通過對I/O口的_Dir、_Attrib以及_Data進(jìn)行編程，來設(shè)定端口位的輸入/輸出狀態(tài)和方式。_Attrib位決定了在端口位的輸入狀態(tài)下是為懸浮式輸入還是非懸浮式輸入：即0為帶上拉或下拉電阻式輸入，而1則為懸浮式輸入。_Data位在端口位的輸入狀態(tài)下被寫入時，與_Attrib字節(jié)合在一起形成輸入方式的控制字00、011，以決定輸入端口是帶喚醒功能的上拉電阻式、下拉電阻式或懸浮式以及不帶喚醒功能的懸浮式輸入。本次設(shè)計中，以A口中0～6的任意3個引腳作為輸入引腳，以傳入外部加速度傳感器中X、Y、Z三個方向上的數(shù)據(jù)。方向向量_Dir、屬性向量_Attrib和數(shù)據(jù)向量_Data的設(shè)定值為011。其余7個通道(Line_In)和IOA[0～6]引腳共享，可以將輸入的模擬信號(如電壓信號)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。無效的A/D模擬信號(超過VDD+)將影響轉(zhuǎn)換電路的工作范圍，從而降低ADC的性能。ADC的最大輸入電壓由P_ADC_Ctrl(寫)(7015H)的第7和第8位的值決定。第8位V2VREFB決定了2V電壓源是否起作用。此反饋回路把ADC的最高參考電壓設(shè)置為2V。在ADC內(nèi)，由DAC0和逐次逼近寄存器SAR組成逐次逼近式模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(SAR ADC)。系統(tǒng)的默認(rèn)值為ADE=0(關(guān)閉ADC)。通過設(shè)置P_ADC_MUX_Ctrl(寫)(702BH)的第0～2位，可以為A/D轉(zhuǎn)換選擇輸入通道。工作時，如果MIC_In通道和Line_In通道都處于直接工作模式，程序會檢查P_ADC_Ctrl的第15位。當(dāng)MIC_In通道處于定時器鎖存狀態(tài)時，它可以優(yōu)先存取ADC。用戶可通過讀取P_ADC(讀)(7014H)單元，取得從MIC_In通道輸入的模擬信號轉(zhuǎn)換結(jié)果。選擇MIC_In通道后，可通過設(shè)置P_DAC_Ctrl(寫)(702AH)的第3和4位，選擇A/D轉(zhuǎn)換的觸發(fā)事件。然而，在選擇Line_In通道后，只有在讀取P_ADC_LINE IN_Data(讀)(702CH)單元的內(nèi)容后，才執(zhí)行A/D轉(zhuǎn)換，且不能使用定時器鎖存數(shù)據(jù)。注意，供電復(fù)位后不論ADC是否被啟用，VMIC信號都預(yù)設(shè)為ON。即，VMIC的狀態(tài)和ADC的狀態(tài)無關(guān)。硬件ADC的最高速率限定為(Fosc/32/16)Hz，如果速率超過此值，當(dāng)從P_ADC(讀)(7014H)/P_ADC_LINEIN_Data(讀)(702CH)單元讀出數(shù)據(jù)時會發(fā)生錯誤。最大輸出電流可為2mA或是默認(rèn)的值3mA。在ADC自動方式被啟用后，會產(chǎn)生出一個啟動信號，即RDY=0。逐次逼近式控制首先將SAR中數(shù)據(jù)的最高有效位設(shè)為1，而其它位全設(shè)為0，即1000000000B。如果VinVDAC0，則保持原先設(shè)置為1的位(最高有效位)仍為1；否則，該位會被清為0。這個逐次逼近的過程一直會延續(xù)到10位中的所有位都被測試之后，A/D轉(zhuǎn)換的結(jié)果便會保存在SAR內(nèi)。此時，用戶通過讀取P_ADC (7014H)或P_ADC_MUX_Data(702CH)單元可以獲得10位的A/D轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)。若未讀取P_ADC(7014H)或P_ADC_MUX_Data(702CH)單元中的數(shù)據(jù)，RDY仍會保持為1，并且不會啟動下一次的A/D轉(zhuǎn)換。從LIN_IN[1～7]輸入的模擬信號直接被送入緩沖器P_ADC_MUX_Data(702CH)；從MIC_IN輸入的模擬信號則要經(jīng)過緩沖器和放大器。P_ADC(讀/寫)(7014H)。逐次逼近式的ADC由一個10位DAC(DAC0)、一個10位寄存器DAR0、一個逐次逼近寄存器SAR和一個比較器COMP組成。若P_DAC_Ctrl單元第4位被設(shè)為00，那么在轉(zhuǎn)換過程里讀出本單元(7014H)亦會觸發(fā)A/D轉(zhuǎn)換重新開始。P_ADC_Ctrl單元(如表25和表26所示)為ADC的控制口。表25為電壓控制部分，26為數(shù)模轉(zhuǎn)換部分表25 P_ADC_Ctrl單元(電壓控制部分)b8b7b6b2控制功能描述0打開2V電壓輸出，其可作外部AD參考電壓輸入1關(guān)閉2V電壓輸出（預(yù)設(shè)）0不使用外部參考電壓，AD參考電壓為Vdd（預(yù)設(shè)）1啟用外部參考電壓引腳，從VEXTREF腳輸入外部參考電壓0DAC電流=3mA VDD=3V（預(yù)設(shè)）1DAC電流=2mA VDD=3V0取消AGC自動增益控制（預(yù)設(shè)）1啟用AGC自動增益控制表26 P_ADC_Ctrl單元(數(shù)模轉(zhuǎn)換部分)b15b1b0控制功能描述010 位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換未完成110 位模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換完成，輸出 10位數(shù)值0MIC模式被使能，Vmic = AVdd1MIC模式被關(guān)閉0關(guān)閉模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換功能1啟用模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換功能P_ADC_MUX_Ctrl(讀/寫)(702BH)ADC多通道控制是通過控制單元(如表27所示)來實(shí)現(xiàn)的。P_ADC_MUX_Data單元用于讀出LINE_IN[1～7]10位ADC轉(zhuǎn)換的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如表29所示：表29 LINE_IN的10位ADC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)分布b15b14b13b12b11b10b9b8b7b6D9D8D7D6D5D4D3D2D1D0下面介紹LINE_IN模式的ADC操作。如果把這七個引腳當(dāng)作Line_In通道，用戶必須首先把相對應(yīng)的IOA引腳設(shè)置為“輸入”。所以，IOA[0～6]最好被設(shè)置成懸浮的輸入端口，用于Line_In通道輸入。VEXTREF＝0時，最大電壓可達(dá)AVDD，即來自Line_In通道的模擬信號電壓范圍從0V到AVdd。VEXTREF可取的值的范圍從0V到AVdd。也就是說，輸入的信號的信噪比SNR越低。由于SPCE061A共擁有8個A/D轉(zhuǎn)換通道，但只有一個ADC，所以用戶必須在切換通道之前通過查看P_ADC_MUX_Ctrl(讀)或P_ADC_Ctrl(讀)單元的第15位RDY的值，以確認(rèn)ADC為閑置狀態(tài)。如果RDY不為1，即表示ADC正忙，這時對P_ADC_MUX_Ctrl(讀/寫)(702BH)單元的第0～2位進(jìn)行任何操作都無效。而Line_In通道的A/D轉(zhuǎn)換只能通過讀取P_ADC_LINEI _Data(讀)(702CH)單元的數(shù)據(jù)來觸發(fā)。當(dāng)有同時來自MIC_In和Line_In通道的A/D轉(zhuǎn)換時，Line_In通道的A/D轉(zhuǎn)換會被MIC_In通道的A/D需求打斷。當(dāng)MIC_In通道處于定時器鎖存狀態(tài)，而且MIC_In通道完成第一次的A/D轉(zhuǎn)換以后，查看P_ADC_MUX_Ctrl(讀/寫)(702BH)單元的值是非常必要的。當(dāng)RDY變?yōu)?時，表示ADC完成工作，如果Ctrl單元的第14位FailB的值為1，表示轉(zhuǎn)換成功，可以從P_ADC_LINEIN_Data得到轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果FailB的值為0，表示Line_In通道的A/D轉(zhuǎn)換被MIC_In通道的A/D操作打斷，這時P_ADC_LINEIN_Data(讀)(702CH)單元的內(nèi)容是一個錯誤值。DAC的輸出范圍從0x0000到0xFFFF。DAC1和DAC2的輸出數(shù)據(jù)應(yīng)寫入P_DAC1(寫)(7017)和P_DAC2(寫)(7016)單元。所以如不需要用它們，盡量將P_DAC_Ctrl單元的第1位設(shè)為1，關(guān)閉DAC輸出[10]。否則會由于電壓的突變引起揚(yáng)聲器產(chǎn)生雜音。它的應(yīng)用場合包括：被喚醒/上電復(fù)位后首次使用DAC時，上電復(fù)位功能被關(guān)閉/進(jìn)入睡眠狀態(tài)之前。在DAC方式下，該單元帶有10位的緩沖寄存器DAR2。P_DAC2(讀)：從DAR2內(nèi)讀出10位數(shù)據(jù)。DAC1是10位的D/A轉(zhuǎn)換單元。P_DAC1(寫)：通過此單元