基于單片機和usb接口的數據采集系統設計-資料下載頁

　　

【正文】 入片內。XTAL1 為振蕩器反相放大器和時鐘發生電路的輸入，XTAL2 為反相放大器的輸出。當使用片內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 CC2=（30 10）pF，當使用陶瓷諧振器時 CC2=（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定性。趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數據采集器系統設計 20 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 單元開始執行程序。除了進入系統的正常初始化之外，當由于程序運行出錯或操作錯誤使系統處于死鎖狀態時，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器（PC）和特殊功能寄存器的復位如表3－2 所示。單片機的復位并不影響芯片內部 RAM 狀態只要 RESET 引腳保持高電平單片機將循環復位。在復位有效期間內 ALE﹑PSEN 將輸出高電平。表 復位后寄存器狀態 [7]寄存器 復位狀態 寄存器 復位狀態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生高電平則為上電復位；若通過按鈕產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安徽工程大學畢業論文 21 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 寄存器狀態不確定。通過 MCS51 單片機的復位引腳 RST 引腳加上持續兩個機器周期(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。當 RST 由高變低后復位結束，CPU 從初始狀態開始工作。單片機的復位都是靠外部電路實現的，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 電源電路系統電源部分電氣原理圖如圖 所示。市電 220V 經過變壓器 T1 變壓為 9V交流電壓 通過 4 只二極管 1N4004 全橋整流，再經過電容 C 濾波后得到光滑的直流電壓 經過三端穩壓 7805 穩壓后得到穩定的+5V 電壓給各器件供電。 5V 電壓再通過 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 看門狗電路在由單片機構成的微型計算機系統中,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,程序的正常運行被打斷,由單片機控制的系趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數據采集器系統設計 22 統無法繼續工作,會造成整個系統的陷入停滯狀態,發生不可預料的后果,所以出于對單片機運行狀態進行實時監測的考慮,便產生了一種專門用于監測單片機程序運行狀態的芯片,俗稱看門狗。看門狗電路的應用，使單片機可以在無人狀態下實現連續工作,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 進入死循環狀態時,寫看門狗引腳的程序便不能被執行,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,使單片機發生復位,即程序從程序存儲器的起始位置開始執行,這樣便實現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中。 x25045 硬件連接圖如圖 所示。x25045 芯片內包含有一個看門狗定時器，可通過軟件預置系統的監控時間。在看門狗定時器預置的時間內若沒有總線活動，則x25045 將從 reset 輸出一個高電平信號，經過微分電路 cr3 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(cr2)，人工復位(s、rr2)和 watchdog 復位(cr3)，通過或門綜合后加到 reset 端。cr3 的時間常數不必太大，有數百微秒即可，因為這時 cpu 的振蕩器已經在工作。 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 的狀態寄存器的相應位來設定的。如表 2所示，x25045 狀態寄存器共有 6 位有含義，其中 wdwd0 和看門狗電路有關，其余位和 eeprom 的工作設置有關。表 x25045 狀態寄存器D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0安徽工程大學畢業論文 23 X X WD1 WD0 BL1 BL0 WEL WIPwd1＝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?？撮T狗電路的定時時間長短可由具體應用程序的循環周期決定，通常比系統正常工作時最大循環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，系統就不會復位而正常工作。當系統跑飛，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 /數據總線 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（命令口和數據口地址線）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 中斷請求腳，發出 USB 中斷請求；GL_N 是 GooDLink 指示燈，在調試過程中非常有用，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 關閉。 CLKOUT 是 D12 的時鐘輸出，可以通過固件編程改變其頻率，在調試固件時，可作為參考。 趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數據采集器系統設計 24 A/D 與單片機接口電路IN7IN0V(+)V() CLKADDAADDBADDCGQ0Q1Q2OEADC0809D7...D074LS373 AT89C51ALE...WR+STARTALE+RDINT1OEEOCD 0. . .D 7 ADC0809與89C51的接口電路、寫控制線來控制轉換器的模擬輸入通道地址鎖存、啟動和允許輸出。編程時注意啟動AD0809后，EOC在一定時間才能變成低電平。 PDIUSBDI2 與單片機接口電路PDIUSBD12與89C51 。89C51的ALE和PD12的ALE 相接，表示采用單獨地址和數據總線配置。其AO腳接高電平用于控制命令或數據輸入到PDIUSBD12，也就是編程中 outportcmd()和outportdata()函數。此外89C51的多位地址/數據復用總線PO 可直接與PDIUSBD12的數據總線相連，CLKOUT時鐘輸出為89C51提供時鐘輸入。安徽工程大學畢業論文 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的連接電路在該數據采集系統中，用ADC0809采集05V的電壓信號，經A/D轉換后將數字量存入預先設定的緩沖區里，利用接口芯片D12將數據送至 USB總線上。設備應用程序從緩沖區里取數據顯示，通過數值來說明USB接口的采集速率比一般的串行總線速度高。當前端的電壓信號不斷變化的同時，在PC上可以觀察到數據的變化，這就表明利用USB接口在數字采集系統中進行數據傳輸是能夠實現的，而且能夠很好的實現。第 4 章 數據采集系統軟件設計 A/D 轉換時序控制 采用延時等待 A/D 轉換結束方式，分別對 8 路模擬信號輪流采樣一次，并依次把結果存入存儲器。在軟件編程時，令 =0，A0、AA2 給出被選擇的模擬通道地址和啟動 A/D 轉換；執行一條輸入指令，讀取 A/D 轉換結果。趙瓊：基于單片機和 USB 接口的數據采集器系統設計 26 指向通道 0 地址啟動 A / D 轉換延時等待 A / D 轉換結束讀 A / D 轉換值 ， 存內存指向下一個通道地址8 個通道轉換 ？繼續Y E SN O 圖 A/D 轉換程序流程圖 固件的開發Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機 C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數和功能強大的集成開發調試工具，全 Windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。Keil C51的工具包中， uVision是C51 for Windows的集成開發環境(IDE)，可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用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文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51 創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經 C51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex 文件，以供調試器dScope51 或tScope51 使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。 安徽工程大學畢業論文 27 采用 PDIUSBD12 的固件設計 固件編程的主要工作固件是FIREWARE