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一种基于USB总线的单片机最小系统设计.pdf

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上传者: 忆宇 2010-12-18 评分 0 0 0 0 0 0 暂无简介 简介 举报

简介:本文档为《一种基于USB总线的单片机最小系统设计pdf》,可适用于IT/计算机领域,主题内容包含年第期(总第期)Email:cmeenet一种基于USB总线的单片机最小系统设计吴叶兰黄伟平北京工商大学北京摘要:为解决高校学生单片机设计训练少、实符等。

年第期(总第期)Email:cmeenet一种基于USB总线的单片机最小系统设计吴叶兰黄伟平北京工商大学北京摘要:为解决高校学生单片机设计训练少、实验设备昂贵的问题设计了一种基于USB总线的单片机最小系统板。介绍了USB总线转接芯片CH的功能特点给出了利用CH及RS电平转换芯片实现USB和RS转换的硬件电路详细介绍了单片机最小系统设计思想和硬件电路设计并给出了应用实例。该最小系统板可应用于单片机教学的各个环节。关键词:单片机最小系统USB总线转接芯片RS收稿日期:作者简介:吴叶兰硕士副教授。单片机原理及其应用课程是一门实用性强、应用面广的综合性专业基础课程是一门理论与实践并重的电子技术基础课程。鉴于该课程综合性、应用性强的特点实验环节在课程中占有极为重要的地位而我校单片机课程的大多数实验都是在试验箱上开设学生如果仅在试验箱上做一些验证性实验是远远不够的是无法真正掌握单片机设计精髓的。为此本文设计了一套支持USB在线下载与调试的单片机最小系统板成本不足三十元将其用于课堂教学、课程设计、毕业设计、电子设计竞赛训练和课外电子实践对学生快速、有效地掌握单片机系统设计技术起到了很好的作用。一、设计思想要学好单片机设计关键是动手实验。目前单片机教学中使用的单片机实验箱虽然功能全但体积大、成本高属于学校的固定资产不适宜提供给学生进行课外实践训练。所以一部分学有余力的学生想在课外深入学习以能获得更大的提高却往往找不到一款合适的、价格低廉的最小系统板。本文设计的单片机最小系统的目标是实现模块化、在线编程、和PC机采用USB通信、成本低。其中利用USB总线实现在线编程是其最大特色。通常的单片机最小系统板大多采用标准RS串行接口与PC机通信实现程序的下载或调试。随着USB通用串行总线的发展USB产品的应用范围不断扩大PC机上各种端口正逐渐被USB端口取代。但目前大多数单片机支持的是RS标准很多单片机的开发软件也是基于RS标准设计的为了使单片机系统能够与只有USB接口的PC机或笔记本电脑通信需要设计一种USBUART转换模块。该转换模块可最大限度的降低单片机系统开发的成本既保留了单片机内部提供的串口资源也不用对PC机的应用开发软件做改动。本文介绍一种基于南京沁恒公司的CH为USBRS转换芯片的单片机最小系统设计。二、单片机最小系统硬件设计最小系统的设计思想是能提供两种运行模式:下载模式和工作模式。当为下载模式时最小系统模块和USBUART转换模块相连无需外接电源由USB串口下载程序当为工作模式时最小系统既可与USBUART串口转换模块相连由它提供工作电源也可单独外接电源最小系统的RS端口可作为单独的串口以提高系统的灵活性。最小系统与USBUART转换模块的连接示意图(如图所示)。图模块连接示意图最小系统硬件设计单片机最小系统包括SST单片机复位电路系统时钟电路标准TTLRS电平转换电路地址、数据及控制电路总线接口(PIN)同时提供V电源输出。其电路设计如图所示。其中SST单片机选用的是具有IAP功能的SSTERD单片机其指令系统及引脚排列与MCS兼容但片内资源和性能指标有很大提升。图最小系统硬件图年第期(总第期)Email:cmeenetUSBUART串口转换设计USBUART串口转换芯片采用的是CH它是由南京沁恒公司提供的一款USB总线转接芯片通过USB总线提供异步串口、打印口、并口以及常用的线和线等同步串行接口。在异步串口方式下CH提供串口发送使能、串口接收就绪等交互式的速率控制信号以及常用的MODEM联络信号用于将普通的串口设备直接升级到USB总线。该芯片的特点是USB固件已被封装到了芯片内部兼容USBV外围元器件只需晶振和电容在应用上CH就和普通的串转并接口芯片一样,用户不用了解具体USB协议以及USB固件编程。USBUART串口转换模块可以将程序下载到单片机上同时通过USB口为单片机和其它模块提供电源该模块被设计成与最小系统板相对独立的模块(如图所示)。图USBUART串口转换模块从图中可以看出该模块提供了USB接口电路包括根信号线:D+D-VCCGND可直接与PC机的USB口相连由PC机的USB口提供电源CH的TXD和RXD信号分别与SPE电平转换芯片的对应引脚相连以实现数据的收发TEN引脚接地保证CH实现数据的发送。为了使CH正常工作,还需要驱动程序的支持,南京沁恒公司提供了相关的驱动程序:chssys,chserinf,chsersys,chservxd并提供了安装程序。当安装完成后PC机就能够自动识别由CH来的串口信息。三、应用举例由于系统设计时是以模块化结构为宗旨在最小系统板上留出了PIN的总线接口所以在进行应用设计时只需保证接口引脚和最小系统板的引脚对应即可可以将设计重点放到应用系统本身的功能上。本文以交通灯为例来说明最小系统的应用。交通灯电路设计本系统设计的交通灯模块要实现双干线路口的交通信号灯的定时变化。设计个发光二级管分别表示东、西、南、北四个方向红、黄、绿灯设计个LED数码管用于显示各状态的剩余时间设计东西方向和南北方向紧急按键各一个以便于紧急情况的处理。要实现上述功能模块用到的单片机资源应包括定时器、两个外中断及多个并口。定时器用来实现正常的计时两个外中断接收按键信号以处理紧急事件P口用来控制个发光二极管由于东西和南北方向的信号灯是相同的故只用了P口的个口线P口和P口的低位分别作为LED数码管的位选和片选信号P口的高位用来作为译码信号送给LED数码管的驱动芯片LS。该应用模块的接口设计如图所示。图交通灯应用模块接口图程序下载SSTE系列单片机提供了SSTEasyIAP在线下载软件。安装成功后打开SSTEasyIAP软件将单片机用USBUART串口转换模块与计算机相连选择CPU型号和串口号打开“检测MCU选项”点击“检测MCU固件版本号及选项”当看到单片机的固件信息时说明已连接成功。点击“OpenFile”选择要下载到单片机的hex或bin文件可在“文件缓冲区”内看到该文件的数据信息点击“下载”注意此时需要冷启动单片机即可将程序下载到单片机。四、结束语本文针对高校学生普遍存在单片机设计训练不足的现状设计了一种基于USB串行下载的单片机最小系统板它采用模块化设计思想能用于各种不同的应用系统。该设计可作为课堂教学、单片机课程设计、毕业设计、课外电子实践和电子竞赛训练等的通用最小系统板学生可基于该最小系统板开发各种目标程序极大减少了单片机系统的开发周期和成本对培养学生应用设计能力和创新意识、提高就业竞争力具有重要意义。参考文献余善恩尚群立RS设备到USB设备的升级及USB设备的开发J计算机工程李芙玲张瑾闫跃升基于CH的USBUART的设计与实现J工矿自动化

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