cygnal f020单片机及其应用

cygnal f020单片机及其应用 " " " " T/2& 6@" I/& ! 第 6@ 卷第 ! 期" " " " " " " " " " " " " 湖北民族学院学报(自然科学版)" " " " " " " " " 677A 年 @ 月" " " " " " " " " U/-,1?2 /0 V-W)$ C13+$+-+) 0/, I?+$/1?2$+$)3(I?+-,?2 *.$)1.) XY$+$/1)" " " " " " " " " K?,& 677A >4%1?2 #767 单片机及其应用 李" 冰!，杨公训!，王" 磊6 (!& 中国矿业大学 机电与信息工程学院，北京 !777:@; 6& 中国科学院 声学研究所，北京 !777:7) 摘要:介绍了 >4%1?2 公司的 >:7A!#767 单片机，详细论述了以 >:7A!#767 单片机为核心控制器的高可靠性陆 地远程控制系统的设计方案，该方案具有系统集成度高、硬件简单、工作可靠的特点，能被移植到其它嵌入式系统 中，具有很好的应用前景& 关键词:*/>;>4%1?2 #767 单片机;*BC 总线;#2?3(D/5 中图分类号:’B@E:& 6 文献标识码:F 文章编号:!77: 9 :86@(677A)7! 9 77AE 9 78 在嵌入式系统低端的单片机领域，:7>A! 系列一直扮演着一个重要角色，近年来，由于 :7>A! 的速度低 (每一条指令至少需要 !6 个时钟周期)，功耗高( 几毫安到几十毫安)，功能少( 不能直接处理模拟信号)等 等，:7>A! 系列单片机似乎已经走道了尽头，然而当前 >GHIFJ 公司推出的 >:7A!# 系列单片机又将 :7>A! 兼容单片机推上了 : 位机的先进行列，使 :7>A! 系列从 K>L 时代进入到了 */>( *43+)5 /1 >($M)时代& */> 是随着半导体生产技术的不断发展而产生的新概念，它是集成度越来越高和对嵌入式控制技术可靠性越来 越高的产物, !,& */> 是指片上系统或系统级芯片，*/> 的完整定义为:在同一个芯片上集成了控制部件( 微处 理器，存储器)和执行部件( C N O 接口，微型开关，微机械)，能够自成体系，独立工作的芯片, 6,& 因此，>:7A!# 系列单片机功能强大，能够作为嵌入式系统的主控制器& 本文研究的 #767 就是该系列中的一款单片机，同 >:7A!# 系列的其它单片机相比，它的集成度更高& >:7A!#767 单片机内集成了两个多通道 FP> 子系统(每个子系统包括一个可编程增益放大器和一个模拟多 路选择器)、两个电压输出 PF>、两个电压比较器、电压基准、*KQ-3 N C6> 总线接口、LFD’、*BC 总线接口、A 个通用的 !E 位定时器、一个具有 A 个捕捉 N 比较模块的可编程计数器 N 定时器阵列( B>F)、内部振荡器、: 个 : 位通用数字 C N O 端口、E8RQ #2?3( 程序存储器和 8@A6Q 数据 DFK，同时还具有片内电源监测、片内看门狗 定时器时钟源，因而是一种高速、高性能单片机, @,& 正是因为 #767 单片机具有集程度高，功耗低(供电电压为 6& ; S @& @T，典型工作电流为 !65F，并具有多 种节电休眠和停机模式)，处理能力强(采用流水线结构，机器周期由MATCH_ word word文档格式规范word作业纸小票打印word模板word简历模板免费word简历 _1714128434092_0的 !6 个系统时钟周期降为 ! 个系 统时钟周期，峰值性能可达 6A KCB*)的特点, 8,，使其很适合应用于需要高可靠性，低功耗的控制系统中& 本 文介绍的就是一个以 >:7A!#767 单片机为核心控制器的高可靠性陆地远程控制系统的设计方案，并着重论 述单片机应用系统的设计& !" 高可靠性陆地远程控制系统的组成 高可靠性陆地远程控制系统( 如图 ! 所示)由一台 B> 机，一套单片 机应用系统，以及连接 B> 机和单片机的光纤构成& 工作机理:通过 D*6@6 串口上的光电转换头，B> 机发送的指令变成了不受电场干扰的光信号， 图 !" 控制系统组成图 经过光纤传输后，在单片机应用系统的光电转换头上，光信号又被转换为 #$%& !" ’() *+,-.+-,) /0 ./1+,/2 343+)5 相应的电信号指令，单片机根据指令进行相应的处理& 该系统能够实现数 收稿日期:6778 9 7: 9 6;< 作者简介:李万方数据 )，男(土家族)，硕士，主要从事嵌入式系统和计算机控制和仿真方面的研究& 冰(!=;: 9 第 E 期# # # # # # # # # # # # # # # 李# 冰等:28&746 $C"C 单片机及其应用# # # # # # # # # # # # # # # # # @P 据的采集，数据的远程传输，以及远程控制等功能! "# 单片机应用系统的硬件设计方案 硬件系统的组成见图 "! 电源子系统:$C"C 单片机应用系统是模拟和数字电路的混 合系统，因此需要模拟电源和数字电源，以及模拟地和数字地! 单片机应用系统采用电池供电，电池提供的是 @ 伏直流电压， $C"C 单片机的供电电压是 :! : 伏，因此使用一片 A2 G A2 变换 器将 @ 伏电压变为 :! : 伏，同时采用去偶电路，分别产生模拟电 源 :! : 伏和数字电源 :! : 伏! 应用系统的印刷电路板( <2B)采 图 "# 单片机应用系统结构图 用四层板的设计，分为表层和底层，中间两层为电源层和地层! $%&! "# ’() *+,-.+-,) /0 123 4556%.4+%/7 *8*+)9 电源层被剖开，分为模拟电源和数字电源部分! 地层也被剖分开，分为模拟地和数字地，模拟地和数字地之间 用 C 欧姆的电阻相连，C 欧姆电阻实际上是一个铁氧化体线圈，使模拟地和数字地的电位相等既共地，同时 也滤除了数字地对模拟地部分可能带来的高频干扰! 光电转换子系统:首先利用一块电平转换电路将输入和输出单片机的信号转换为满足 H;":" 传输 协议 离婚协议模板下载合伙人协议 下载渠道分销协议免费下载敬业协议下载授课协议下载 的电信号，然后利用光电转换模块完成 H;":" 电平到光信号的转换，使电信号能通过长距离的光纤进行传 ! 光纤传输是宽带传输并且抗干扰能力强! 输 复位电路:采用常用的 H2 电路来完成，该电路的实质是利用了电容的冲放电效应! I’?J 电路是为了实现 $C"C 单片机的在系统调试功能，以往的单片机应用系统调试时需要首先加挂仿 真器，程序在仿真器上调试成功后需要通过烧录器固化到程序存储器中，$C"C 单片机的在系统调试功能使 单片机和仿真器合二为一，既单片机本身就是仿真器，这样就大大简化了开发过程，从而缩短了开发周期! 数据采集子系统:$C"C 单片机的片上外部数据存储器只有 >K，不能满足在高采样率和长时间采样条件下 的数据存储要求，本系统要求采样时间至少为 EC *，采样频率 "CK，采样精度 E" 位，因此一次采样产生的数据量 至少是 EC/"CK/" L >CCK( BM’N)! 采用通过 $C"C 单片机的 ;<= 口外扩存储容量为 E1 的 $64*(H/9 来解决数 据存储器容量不足的问题! :# 单片机应用系统的软件设计流 (E)制定单片机和上位机之间的通讯协 议! (")确定软件的功能方框图，根据方框图 编写相应的主循环程序和子程序模块! ># 软硬件设计的过程 机输出 G 从机输入数据线 1O;= 和低电平有 >! E# 2DC@E$C"C 单片机和 ?’>@ABCDE 芯片的 效的从机选择线 ;;! 它可以使 123( 微处理 硬件接口方案 器)与具有 ;<= 总线接口功能的各种外围设 ;<=( ;),%46 <),%5(),46 =7+),04.)———串 行 备进行通信以交换信息! 利用 ;<= 接口简单， 外设接口)总线系统是一种同步串行外设接 工作可靠的优点，在 $C"C 单片机应用系统上 口(见图 :)，该总线使用 > 条线:串行时钟线 扩展了 E 万方数据为 E1 的 $64*(H/9，作为数 ( ;2K)、主机输入 G 从机输出数据线 1=;O、主 图 :# ;<= 串性总线结构图 $%&! :# ’() *+,-.+-,) /0 ;<= *),.46 5),%5(),%46 %7+),04.) 图 ># ?’>@ABCDE 芯片的功能方框图 $%&! ># ’() 0-7.+%/7 F%4&,49 /0 ?’>@ABCDE .(%5 片容量 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 湖北民族学院学报(自然科学版)4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 4 第 0C 卷 ’+ 据存储器来使用，芯片的型号为 !"#$% 公司生产的 !"&’()*+,(见图 &),- .+*’,/*0* 单片机作为 123 总线 , .+*’,/*0* 单片机内集成了很多的数字部 件，它通过优先权交叉开关译码器，按优先权顺 序将 端 口 * B C 的 引 脚 分 配 给 数 字 外 设 ( D!E"，123，定时器等)- 端口引脚的分配顺序 从 2*- * 开始，可以一直分配到 2C- F- 在本应用 系统中要用到 D!E"* 通用串口，123 串口( 利 图 ’4 /*0* 单片机和 !"&’()*+, 芯片的连接示意图 用 D!E"* 串口和 2. 机相连，利用 123 串口和 /56- ’4 "78 59:8;<=>8 ?8:@889 /*0* =9A !"&’()*+, 外围 !"&’()*+, 芯片的相连)- D!E"* 串口需 要占用 0 个通用引脚，123 串口需要占用 & 个通用引脚，因为通用串口 D!E"* 的优先级别比 123 串口高，所 以将 2*- * 和 2*- , 引脚分配给 D!E"*，2*- 0 B 2*- 引脚分配给’ 123- 另外，!"&’()*+,芯片还需要通用端口 引脚作为 123 总线上从器件的片选信号，在这里用到 2,- , 引脚- 以下是写入到单片机中的有关端口初始化 语句, G,- H)E* I *J*G;K K 使能 D!E"* 和 123，既将端口 2*- * B 2*- ’ 分配给 D!E"* 和 123 H)E0 I *J&*;K K 使交叉开关引脚分配有效- &- 04 .+*’,/*0* 单片机访问 !"&’()*+, 芯片的方法:以对主存储器的读操作为例，其它操作类似) 根据 !"&’()*+,/L=M7ENO 芯片使用 手册 华为质量管理手册 下载焊接手册下载团建手册下载团建手册下载ld手册下载 上的说明，一个正确的指令开始于片选信号 .1 的下降沿，接着 通过 13 线输入 + 位(一个字节)正确的操作码，然后输入主存储器或缓存的地址码，在上述操作过程中 .1 片 选信号必须保持为低电平- 读 /L=M7ENO 存储器操作首先需要通过 13 线输入 *J’0(一个字节)的指令码，接着 输入 0& 位( C 个 字 节)的 地 址 码，最 后 输 入 C0 位( & 个 字 节)的 无 关 码，这 些 无 关 码 是 为 了 初 始 化 !"&’()*+,/L=M7ENO 芯片的读操作- 在这个 C0 位的无关码之后，1.P 线上的额外脉冲将使串行数据通过 1Q 线输出，在以上过程中，片选信号 .1 线必须始终保持为低电平，并且第一个额外脉冲使数据从指定地址单 元输出，第二个额外脉冲使数据从指定地址的下一个单元输出，其它依此类推- , 图 G4 !"&’()*+, 芯片主存储器读操作时序示意图 /56- G4 "78 O=59 O8ON;R S=68 ;8=A N< !"&’()*+, >75S 以下是单片机初始化 123 接口的汇编代码子程序, +,- 123T395:: 4 4 4 ONU 123*./V，W*>F74 4 4 4 K K 在 1.P 时钟周期的第二个边沿采样数据 K K 1.P 在空闲的时候处于高电平 K K 数据的长度为 + 位 ONU 123*.PE，W*,7 K K 设置 1.P 的时钟周期为系统时钟的 & 分频 ONU 123*.X，W*C7 K K 设置单片机工作在主方式，并且使能 123 ;8: 以下是单片机读 123 /L=M7ENO 中一个字节的汇编程序代码段: >L; .1 ONU 123*(!"，W’07 K K C 个时钟周期 K K 使片选信号为低电平 Y? "H)1Z，[ K K 0 个时钟周期 上的主器件，!"&’()*+,芯片作为从器件(见图 ’)’,- K K 通过 13 线输入读指令代码 万ONU 123*(!"，W+*7 K K 等待上述字节的 + 位通过 123 总线全部传到 !"&’()*+, 芯 K K 片 K K C K & 个时钟周期 K K 通过 13 线输入要读取字节的首地址，总共 C 个字节 ( !"&’()*+, 芯片主存储器读操作的时序示意图(见图 G)F,: 方数据 第 7 期^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 李^ 冰等:9HIBED C1>1 单片机及其应用^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ 6T ! ! " 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. (/0123%，4115 ! ! " 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. (/0123%，4115 ! ! " 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. (/0123%，4115 ! ! 通过 (0 线输入 + 个字节的无关码，使 3%+62’178 芯片完成 ! ! 读操作，" 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! 操作的初始化 ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. (/0123%，4115 ! ! " 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. (/0123%，4115 ! ! " 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. (/0123%，4115 ! ! " 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. (/0123%，4115 ! ! 本条指令相当于给 (9: 线上加入了额外的脉冲 ! ! " 个时钟周期 #$ %&’()，* ! ! " ! + 个时钟周期 ,-. 399，(/0123% ! ! 在上面的指令执行完以后，要读取的数据已经出现在 ! ! 单片机的 (/0123% 寄存器中了 ! ! " 个时钟周期 ;<=$ 9( ! ! 使片选信号为高电平 ! ! > 个时钟周期 以上读程序代码段, 8,所要用到的时间为 +1? @6 个时钟周期，以外接 >6 A 晶体振荡器为例，7 个时钟周 期是 +1 B;，因此上述读 (/0 CDE;5F-, 子程序所用时间为 7? G" ,;，由此可见，9HIBED C1>1 单片机能够通过 (/0 总线快速访问 3%+62’187CDE;5F-,? 参考文献: ,7,探矽工作室? 嵌入式系统开发圣经, A,? 北京:中国青年出版社，>11"? ,>,曾繁泰，王强，盛娜，等? J23 工程的理论与实践 K (-9 系统芯片的设计, A,? 北京:电子工业出版社，>11"? ,",潘琢金，施国君? 98176C&&& 高速 (L9 单片机原理及应用, A,? 北京:北京航空航天大学出版社，>11>? ,+,李刚，林凌? 与 8167 兼容的高性能，高速单片机 K 98167CMMM, A,? 北京:北京航空航天大学出版社，>11>? ,6,3=,11>? ,G,9HIBED 0B=1 单片机数据手册, A,? 沈阳:沈阳新华龙公司，>11>? ,@,9HIBED 0B=11>? ,8,马忠梅，籍顺心，张凯，等? 单片机的 9 语言应用程序设计, A,? 北京:北京航空航天大学出版社，7TTT? !"#$%& ’1>1 ()$#&* K +,)- .)+/0+01-23*/ %$4 536 7--&)+%3)0$ U0 ’PBI7，)3VW W-BI K &RB7，X3VW U

(7? 9-DD? 0B;=P=R=< -Y 3S-R;=PS;，95PB<;< 3SEQ<,H -Y (SP1 ;PBID< K S5PO ,PSN-S-,OR=1 (PBID< K S5PO ,PSN-S-,OR=