C8051F340單片機(jī)開發(fā)板的設(shè)計(jì)(免費(fèi))

1、1引言1.1單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀11.2單片機(jī)開發(fā)板的使用對(duì)象21.3本課題的研究意義22開發(fā)板總體設(shè)計(jì)方案32.1開發(fā)板系統(tǒng)功能32.2開發(fā)板的性能要求32. 3硬件總體設(shè)計(jì)3 3單片機(jī)基本電路3. 1單片機(jī)介紹63. 1. 1單片機(jī)的性能特點(diǎn)63. 1.2 C8051F34X系列單片機(jī)73.2時(shí)鐘電路93.3復(fù)位電路114開發(fā)板的模塊電路設(shè)計(jì)154. 1顯示電路154. 1. 1 1602液品顯示電路154. 1.2獨(dú)立鍵盤電路174.2 10位AD轉(zhuǎn)換電路184. 3鐵電存儲(chǔ)器讀寫(SMBUS)電路204. 4 UART通訊電路224.5電源電路234.6 USB通訊電路244. 7 16位

2、PWM輸出電路244.8以太網(wǎng)通訊電路255電路PCB的制作281電路原理圖設(shè)計(jì)285. 2 PCB電路板元件布局與走線設(shè)計(jì)285. 3 PCB板整體設(shè)計(jì)295. 4 PCB板具體參數(shù)設(shè)置的依據(jù)306系統(tǒng)測(cè)試316. 1按鍵控制LED部分316.2液品顯示部分326. 3 UART通信部分33結(jié) 論35參考文獻(xiàn)36致謝36附錄一電路板原理圖38附錄二電路板PCB圖39附錄三電路板部分程序40III#1按鍵控制LED程序402 LCD顯示電路42附錄四英文原文49附錄五英文譯文錯(cuò)誤！未定義書簽。#1引言隨著單片機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字控制、電子T程和自動(dòng)化管理等系統(tǒng)性能的 口大改進(jìn)，出現(xiàn)了將單片機(jī)

3、控制技術(shù)、白動(dòng)測(cè)試技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)相結(jié) 合起來的時(shí)機(jī)。在短短幾年的時(shí)間里，電子儀器工業(yè)就經(jīng)歷了-場(chǎng)徹底改變控制技 術(shù)決策的革命。進(jìn)而單片機(jī)控制技術(shù)正沿著智能化、多功能、小型化、普及化等趨 勢(shì)的發(fā)展。此時(shí)用于單片機(jī)開發(fā)的單片機(jī)開發(fā)板應(yīng)運(yùn)而生。1.1單片機(jī)的發(fā)展現(xiàn)狀單片機(jī)屬于第四代微型計(jì)算機(jī)的一個(gè)重要分支。單片機(jī)是把中央處理器CPU (Central Processing Unit),隨機(jī)存取存儲(chǔ)器 RAM (Random Access Memrty),只 讀存儲(chǔ)器ROM (Read Only Memory)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器以及I/O接口電路等主要計(jì)算 部件集成在一塊集成電路芯片上的微型

4、計(jì)算機(jī)。單片機(jī)的應(yīng)用導(dǎo)致了控制領(lǐng)域的一 場(chǎng)革命，是微控制技術(shù)逐步取代傳統(tǒng)的硬件控制。近十幾年來，單片機(jī)在生產(chǎn)過程 控制、自動(dòng)檢測(cè)、數(shù)據(jù)采集與處理、科技計(jì)算、商業(yè)管理和辦公室自動(dòng)化等方面獲 得了廣泛的應(yīng)用。單片機(jī)具有體積小、重量輕、耗能省、價(jià)格低、可靠性高和通用 靈活等優(yōu)點(diǎn)，因此也廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星定向、汽車火花控制、交通自動(dòng)管理和微波爐 等專用控制上。近幾年來，單片機(jī)的發(fā)展更為迅速，己經(jīng)滲透到諸多學(xué)科的領(lǐng)域, 以及人們生活的各個(gè)方面。在嵌入式系統(tǒng)低端的單片機(jī)領(lǐng)域，從8位單片機(jī)誕生至今，已近30年，在百花齊放的單片機(jī)家族中，80C51系列一直扮演著一個(gè)獨(dú)特的角色。S訂abs推岀C8051F更令 業(yè)界

5、人士刮冃相看?；仡櫄v史，在Intel公司推出了MCS-51不久便實(shí)施了最徹底的技 術(shù)開放政策，在眾多電器謝、半導(dǎo)體商的積極參與下，將MCS-51發(fā)展成了眾多型號(hào)系 列的80C51 MCU家族。MCS-51經(jīng)典的體系結(jié)構(gòu)、極好的兼容性和Intel公司的開放政 策不僅使眾多廠家參與發(fā)展，也誘使半導(dǎo)體廠家對(duì)MCS-51實(shí)行為所欲為的改造。由 TMCS-51提供的最佳兼容性，使MCS-51在被肢解式改造后，還能以不變的指令系統(tǒng)、基本單元的兼容性保持著8051內(nèi)核的生命延續(xù)，并在未來SoC發(fā)展中，擔(dān)任8位 CPU內(nèi)核的重任?；仡?0C51系列從MCS-51. 80C51到C8051F的過程刃，我們可以深

6、刻 領(lǐng)會(huì)到單片機(jī)發(fā)展的一些規(guī)律性東西。早期單片機(jī)都是用1個(gè)時(shí)鐘控制片內(nèi)所有時(shí)序。進(jìn)入CMOS時(shí)代后，由于低功耗 設(shè)計(jì)的要求，出現(xiàn)了在一個(gè)主時(shí)鐘下CPU運(yùn)行速度口J選擇在不同的時(shí)鐘頻率下操作; 或設(shè)置成高、低兩個(gè)主時(shí)鐘，按系統(tǒng)操作要求選擇合適的時(shí)鐘速度，或關(guān)閉時(shí)鐘。 WSilabs公司的C8051F則提供了一個(gè)完整而先進(jìn)的時(shí)鐘系統(tǒng)，在這個(gè)系統(tǒng)中，片內(nèi) 設(shè)置有一個(gè)可編程的時(shí)鐘振蕩器（無(wú)需外部器件），可提供2、4、8和16 MHz時(shí)鐘的 編程設(shè)泄。外部振蕩器町選擇4種方式。當(dāng)程序運(yùn)行時(shí)，可實(shí)現(xiàn)內(nèi)外時(shí)鐘的動(dòng)態(tài)切 換。編程選擇的時(shí)鐘輸出CYSCLK除供片內(nèi)使用外，還可從隨意選擇的I/O端口輸出。1.2單

7、片機(jī)開發(fā)板的使用對(duì)象C8051F340單片機(jī)開發(fā)板是適合冃前想要學(xué)習(xí)單片機(jī)技術(shù)的人士，這些人士大 致可以分成三類：一類是在校的電子專業(yè)學(xué)生，為了完成一些科技項(xiàng)H或者是把學(xué)校學(xué)到的知識(shí) 轉(zhuǎn)化成實(shí)際的電子作品，為以后的技術(shù)開發(fā)及工作求職創(chuàng)造更好的條件，這類學(xué)生 需要的就是實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)了。一類是業(yè)余的電子愛好者，想通過自學(xué)單片機(jī)來提高自己的電子技術(shù)水平，以 后能夠運(yùn)用到自己熟悉的領(lǐng)域中有所作為，這類學(xué)員的動(dòng)手能力一般比較好，但是 理論知識(shí)一般欠缺一些。最后一類人就是有一定的理論和較少的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)者。這類時(shí)需要豐富n己的開 發(fā)經(jīng)驗(yàn)，并與現(xiàn)實(shí)生活中實(shí)際用例相接合。1.3本課題的研究意義單片機(jī)控制技術(shù)的高速發(fā)展

8、使人們對(duì)電路控制技術(shù)的開發(fā)有了更高的要求，這 樣一個(gè)配合單片機(jī)學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)工具一一單片機(jī)開發(fā)板的出現(xiàn)，有利于實(shí)現(xiàn)這一冃的, 至此我來開發(fā)這個(gè)產(chǎn)品的C8051F340單片機(jī)開發(fā)板，讓學(xué)者不論是從理論還是實(shí)踐 上，都能得到很好的鍛煉。本作品既幫助單片機(jī)初學(xué)者快速學(xué)會(huì)單片機(jī)技術(shù)，而J1 還可以實(shí)現(xiàn)從校同的理論止向社會(huì)的實(shí)際運(yùn)用，同時(shí)又為有一定基礎(chǔ)的學(xué)者提供二 次開發(fā)的接口。2開發(fā)板總體設(shè)計(jì)方案2. 1開發(fā)板系統(tǒng)功能單片機(jī)開發(fā)板是一個(gè)實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)，能夠?yàn)橄嚓P(guān)的單片機(jī)實(shí)驗(yàn)提供支持。此 開發(fā)板是參考單片機(jī)教材中的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容設(shè)計(jì)的，能夠?qū)崿F(xiàn)一些測(cè)試實(shí)驗(yàn)。本論文包 括硬件系統(tǒng)的詳細(xì)設(shè)計(jì)及C語(yǔ)言程序流程圖的制作。

9、此開發(fā)板設(shè)計(jì)的功能如下：(1) 10位AD轉(zhuǎn)換。(2) 以太網(wǎng)通訊(CP2200)。(3) UART 通訊。(4) USB 通訊。(5) 鐵電存儲(chǔ)器讀寫(SMBUS )o(6) 16位PWM輸出。(7) 四位獨(dú)立鍵盤。(8) SPI 接口驅(qū)動(dòng) 1602ALCDo2. 2開發(fā)板的性能要求基于開發(fā)板的功能定義和各種芯片的性能參數(shù)，總結(jié)系統(tǒng)基本性能要求如下：(1) 各芯片所需的+3. 3V平穩(wěn)電圧。(2) C8051F340單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)為11. 0592MHz。(3) C8051F340單片機(jī)于動(dòng)復(fù)位電路。(4) 顯示器件(1602、12864)。(5) 4位獨(dú)立鍵盤。(6) AD、DA 轉(zhuǎn)換。(

10、7) 與PC機(jī)串行通信。(8) I/O 口擴(kuò)展功能。2. 3硬件總體設(shè)計(jì)本人設(shè)計(jì)的單片機(jī)開發(fā)板是以C8051F340作為主控制芯片，串口通信芯片4MAX3232.網(wǎng)絡(luò)芯片CP2200.液品顯示器、按鍵開關(guān)、AD/DA轉(zhuǎn)換等元器件組成，通過軟硬件結(jié)合實(shí)現(xiàn)鍵盤掃描，液品顯示，與PC機(jī)串行通信,I/O 口擴(kuò)展功能等。一方 面,它能作為學(xué)生實(shí)驗(yàn)的丁具，另一方面，它也是綜合型單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，可擴(kuò) 展許多其它功能?？傮w設(shè)計(jì)硬件方框圖如圖2-1所示。2-1總體設(shè)計(jì)碩件方框圖外圍電路是C8051F340 T作的基礎(chǔ)保障電源電路提供穩(wěn)定的+3. 3V工作電 壓，時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)T作所需的時(shí)鐘信號(hào)，復(fù)

11、位電路使單片機(jī)實(shí)現(xiàn)初始化狀態(tài)復(fù)位。鍵盤電路用于向系統(tǒng)輸入運(yùn)行參數(shù)，控制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。通過鍵盤掃 描等程序設(shè)計(jì)把鍵盤輸入的數(shù)據(jù)在液品顯示器上顯示或把數(shù)據(jù)發(fā)送到PC機(jī)實(shí)現(xiàn)巾 行通信。LCD電路用來顯示鍵盤輸入的數(shù)據(jù)，PC機(jī)發(fā)送到C8051F340的數(shù)據(jù)，其功 能也是靠硬件電路的設(shè)計(jì)和軟件程序的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)的。串行通信電路主要是為了單 片機(jī)與PC機(jī)Z間數(shù)據(jù)傳送而設(shè)計(jì)的，AD轉(zhuǎn)換電路是把數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)相互轉(zhuǎn) 換并輸入、輸出的電路。SMBus I/O接口是一個(gè)雙線的雙向串行總線。SMBus提供 T SDA （串行數(shù)據(jù)）控制、SCL （串行時(shí)鐘）產(chǎn)生和同步、仲裁邏輯以及起始/停止 的控制和產(chǎn)生電路。U

12、ART通訊電路與上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送串行通信電路的功能。 C8051F340中的串行接口能方便地與其它計(jì)算機(jī)或串行傳送信息的外囤設(shè)備實(shí)現(xiàn)雙 機(jī)，多機(jī)通信，此開發(fā)板中釆用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232與9芯D插座連接方式。 C8051F340器件集成了一個(gè)完整的全速/低速USB功能控制器，用于實(shí)現(xiàn)USB外部設(shè) 備（C8051F340不能被用作USB主設(shè)備）。C8051F340中的捕捉/比較模塊有六種工 作方式：邊沿觸發(fā)捕捉、軟件定時(shí)器、高速輸出、頻率輸出、8位PWM和16位PWM, 每個(gè)捕捉/比較模塊的工作方式都可以被獨(dú)立配置，此開發(fā)板采用16位PWM輸出方 式。以太網(wǎng)控制器具有8位并行主機(jī)接口，可以為

13、絕人多數(shù)微控制器或主處理器提 供以太網(wǎng)通信功能。斗3單片機(jī)基本電路3.1單片機(jī)介紹3.1.1單片機(jī)的性能特點(diǎn)單片機(jī)芯片作為控制系統(tǒng)的核心部件，除了具備通用微機(jī)CPU的數(shù)值計(jì)算功 能外，還必須具有靈活、強(qiáng)人的控制功能，以便實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的輸入量、控制系統(tǒng) 的輸出量，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的冃的。由于單片機(jī)主要血向工業(yè)控制，工作環(huán)境比較惡 劣，加高溫、強(qiáng)電磁干擾，甚至合有腐蝕性氣體；在太空小工作的單片機(jī)控制系統(tǒng), 還必須具有抗輻射能力。因而，決定了單片機(jī)CPU與通用微機(jī)CPU具有小同的技術(shù) 特征和發(fā)展方向：(1) 抗干擾性強(qiáng)，工作溫度范圍寬。通用微機(jī)CPU般要求在室溫下T作，抗F 擾能力也較低。(2) 可靠性

14、高。(3) 控制功能往往很強(qiáng)，數(shù)值計(jì)算能力較差。通用微機(jī)CPU具有很強(qiáng)的數(shù)值運(yùn)算 能力控制能力相對(duì)較弱。將通用微機(jī)用于工業(yè)控制時(shí)，一般需要增加一些專 用的接口電路。(4) 指令系統(tǒng)比通用微機(jī)系統(tǒng)簡(jiǎn)單。C8051F340單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)片上系統(tǒng)型MCUo C8051F340單片機(jī)的 主要特性有：(1) 高速、流水線結(jié)構(gòu)的8051兼容的微控制器內(nèi)核(可達(dá)48MIPS) o(2) 全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試接口(片內(nèi))。(3) 通用串行總線(USB)功能控制器，有8個(gè)靈活的端點(diǎn)管道，集成收發(fā)器和1K FIFO RAMo(4) 電源穩(wěn)壓器。(5) 真正10位200ksps的單端/差分ADC,

15、帶模擬多路器。(6) 片內(nèi)電圧基準(zhǔn)和和溫度傳感器。(7) 片內(nèi)電壓比較器(兩個(gè))。(8) 精確校準(zhǔn)的12MHz內(nèi)部振蕩器和4倍時(shí)鐘乘法器。(9) 多達(dá)64KB的片內(nèi)FLASH存儲(chǔ)器。(10) 硬件實(shí)現(xiàn)的SMBus/I2C、增強(qiáng)型UART (最多兩個(gè))和增強(qiáng)型SPI串行接口。(11) 4個(gè)通用的16位定時(shí)器。(12) 具有5個(gè)捕捉/比較模塊和看門狗定時(shí)器功能的町編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列。(13) 片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器和時(shí)鐘丟失檢測(cè)器。仃4)多達(dá)40個(gè)端口 I/O (容許5V輸入)。(15)多達(dá)4352字節(jié)片內(nèi)RAM (256+4KB)。具有片內(nèi)上電復(fù)位、VDD監(jiān)視器、電壓調(diào)整器、看門狗定時(shí)器

16、和時(shí)鐘振蕩器的 C8051F340單片機(jī)是真止能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編 程能力，可用于非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051固件。用戶軟件對(duì)所有外 設(shè)具有完全的控制，可以關(guān)斷任何一個(gè)或所有外設(shè)以節(jié)省功耗。片內(nèi)Silicon Labs 二線(C2)開發(fā)接口允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入式(不占 用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。調(diào)試邏輯支持觀察和修改存儲(chǔ)器和寄存器，支 持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用C2ia行調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù)字外設(shè)都 可全功能運(yùn)行。兩個(gè)C2接口引腳可以與用戶功能共享，使在系統(tǒng)調(diào)試功能不占用封 裝引腳。每種器件都可在-

17、T業(yè)溫度范圍(-45°C85°C)內(nèi)用2. 7V5.25V的電壓工作。 電源電壓人于3. 6V時(shí)，必須使用內(nèi)部穩(wěn)壓器。對(duì)于USB通信，電源電壓最小值為3. OVo 端口1/0和/RST引腳都容許5V的輸入信號(hào)電壓。C8051F340單片機(jī)采用48腳TQFP封裝 或32腳LQFP封裝。3. 1.2 C8051F34X系列單片機(jī)C8051F34X的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及功能：1、模擬外設(shè)(1) 10位ADC；a. 轉(zhuǎn)換速率可達(dá)200ksps；b. 內(nèi)建模擬多路器，單端或差分輸入；c. VREF可在內(nèi)部VREF、外部引腳或VDD中選擇;d. 內(nèi)置溫度傳感器；e. 外部轉(zhuǎn)換啟動(dòng)輸入。(2) 兩

18、個(gè)比較器；(3) 內(nèi)部電壓基準(zhǔn)；(4) 上電復(fù)位/掉電檢測(cè)器。2、USB控制器(1) 符合USB規(guī)范2.0版；(2) 全速(12Mbps)或低速(1. 5Mbps)；(3) 集成時(shí)鐘恢復(fù)電路；無(wú)需外部品體；(4) 支持8個(gè)端點(diǎn)；(5) 1KB USB緩存。3、調(diào)試(1) 電路提供全速、非侵入式的在系統(tǒng)調(diào)試(不需仿真器)；(2) 斷點(diǎn)、單步、觀察/修改存儲(chǔ)器和寄存器；(3) 仿真芯片、冃標(biāo)仿真頭和仿真插座的仿真系統(tǒng)有更優(yōu)越的性能。4、調(diào)整器輸入：2.7V5. 25V用片內(nèi)電壓調(diào)整器時(shí)，支持的電壓范圍為3. 65.25V。5、高速8051微控制器內(nèi)核(1) 70%的指令的執(zhí)行時(shí)間為一個(gè)或兩個(gè)系統(tǒng)時(shí)

19、鐘周期；(2) 48MIPS 和 25MIPS 兩種版本;(3) 擴(kuò)展的中斷系統(tǒng)。6、存儲(chǔ)器(1) 52 或 2304B 數(shù)據(jù) RAM；(2) 32KBFLASH,可在系統(tǒng)編程,扇區(qū)大小為512字節(jié)。7、數(shù)字外設(shè)(1) 40/25個(gè)端口I/O；均耐5V電壓，大灌電流;(2) 硬件增強(qiáng)型SPI、SMBus和1或2個(gè)增強(qiáng)型UART串口；(3) 4個(gè)通用16位計(jì)數(shù)器/定時(shí)器；(4) 16位可編程計(jì)數(shù)器/定時(shí)器陣列(PCA),有5個(gè)捕捉/比較模塊;(5) 外部存儲(chǔ)器接口 (EMIF) o8、時(shí)鐘源(1) 內(nèi)部振蕩器：0.25%的精度，支持所有USB和UART工作方式。(2) 外部振蕩器：晶體、RC、C

20、、或外部時(shí)鐘(1或2引腳方式)；(3) 低頻(80KHz)內(nèi)部振蕩器；(4) 可在運(yùn)行中切換時(shí)鐘源。C8051F34X系列單片機(jī)引腳圖如下圖3-1所示。10圖3-1C8051F340引腳圖C8051Fxxx系列單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與8051兼容 的微控制器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。除了具有標(biāo)準(zhǔn)8052的數(shù)字外設(shè)部件Z 外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中常用的模擬部件和其它數(shù)字外設(shè)及功能部 件。MCU中的外設(shè)或功能部件包括模擬多路選擇器、可編程增益放人器、ADC、DAC、 電壓比較器、電壓基準(zhǔn)、溫度傳感器、SMBus/ I2C、UART、SPI、可編程計(jì)數(shù)器/是

21、時(shí)器陣列(PCA)、定時(shí)器、數(shù)字I/O端口、電源監(jiān)視器、看門狗定時(shí)器(WDT)和時(shí) 鐘振蕩器等。所有器件都有內(nèi)置的FLASH程序存儲(chǔ)器和256字節(jié)的內(nèi)部RAM,有些器件 內(nèi)部還有位于外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器空間的RAM,即XRAM。C8051Fxxx單片機(jī)采用流水線結(jié)構(gòu)，機(jī)器周期由標(biāo)準(zhǔn)的12個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期降為1 個(gè)系統(tǒng)時(shí)鐘周期，處理能力人人提高，峰值性能口I達(dá)25MIPSo C8051Fxxx單片機(jī)是真 正能獨(dú)立工作的片上系統(tǒng)(SOC) o每個(gè)MCU都能有效地管理模擬和數(shù)字外設(shè)，可以 關(guān)閉單個(gè)或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。FLASH存儲(chǔ)器還具有在系統(tǒng)重新編程能力，可用于 非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并允許現(xiàn)場(chǎng)更新8051

22、固件。應(yīng)用程序可以使用M0VC和M0VX指令 對(duì)FLASH進(jìn)行讀或改寫，每次讀或?qū)懸粋€(gè)字節(jié)。這一特性允許將程序存儲(chǔ)器用于非易 失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及在軟件控制下更新程序代碼。片內(nèi)JTAG調(diào)試支持功能允許使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)上的產(chǎn)品MCU進(jìn)行非侵入 式(不占用片內(nèi)資源)、全速、在系統(tǒng)調(diào)試。該調(diào)試系統(tǒng)支持觀察和修改存儲(chǔ)器和 寄存器，支持?jǐn)帱c(diǎn)、單步、運(yùn)行和停機(jī)命令。在使用JTAG調(diào)試時(shí)，所有的模擬和數(shù) 字外設(shè)都可全功能運(yùn)行。每個(gè)MCU都可在工業(yè)溫度范圍(-45°C+85°C)內(nèi)用2. 7V 3. 6V (F018/019為2.8V3. 6V)的電壓工作。端口I/O、/RST和JTAG

23、引腳都容許5V 的輸入信號(hào)電壓。3.2時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)序是指令執(zhí)行中各信號(hào)Z間 的相互關(guān)系。單片機(jī)本身就如同一個(gè)復(fù)雜的同步時(shí)序電路叫為了保證同步T作方 式的實(shí)現(xiàn)，電路應(yīng)在唯一的時(shí)鐘信號(hào)控制下嚴(yán)格地按時(shí)序進(jìn)行工作。C8051F340單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)可編程內(nèi)部高頻振蕩器、一個(gè)可編程內(nèi)部低頻振蕩 器(C8051F340)、一個(gè)外部振蕩器驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)4倍時(shí)鐘乘法器?？梢杂锰厥夤?能寄存器來使能/禁止內(nèi)部振蕩器和調(diào)節(jié)其輸出頻率。系統(tǒng)時(shí)鐘(SYSCLK)可以來自 任何一個(gè)內(nèi)部振蕩器、外部振蕩器電路或4倍時(shí)鐘乘法器二分頻。USB時(shí)鐘(USBCLK)12町以來自內(nèi)部振蕩器

24、、外部振蕩器電路或4倍時(shí)鐘乘法器。C8051F340器件包含一個(gè)可編程內(nèi)部高頻振蕩器，該振蕩器在系統(tǒng)復(fù)位后被默 認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。該振蕩器的周期可以通過OSCICL寄存器編程。OSCICL寄存器已經(jīng)過 工廠校準(zhǔn)，對(duì)應(yīng)12MHz的內(nèi)部振蕩器頻率。注意：系統(tǒng)時(shí)鐘可以從內(nèi)部振蕩器分頻得 到，分頻系數(shù)由寄存器OSCICN中的IFCN位設(shè)定，可為1、2、4或8。復(fù)位后的缺省分 頻系數(shù)為8。C8051F340內(nèi)部有一個(gè)能獨(dú)立工作的時(shí)鐘發(fā)生器，在復(fù)位后被默認(rèn)為系統(tǒng)時(shí)鐘。 如有需要，時(shí)鐘源可以在運(yùn)行時(shí)切換到外部振蕩器，外部振蕩器可以使用品體、陶瓷 諧振器、電容、RC或外部時(shí)鐘源產(chǎn)生系統(tǒng)時(shí)鐘。這種時(shí)鐘切換功能在低功

25、耗系統(tǒng)屮 是非常有用的，它允許從一個(gè)低頻率（節(jié)電）外部品體源運(yùn)行，當(dāng)需要時(shí)再周期性 地切換到高速（可達(dá)16MHz）的內(nèi)部振蕩器。外部振蕩器電路可以驅(qū)動(dòng)外部品體、陶瓷諧振器、電容或RC網(wǎng)絡(luò)。也可以使用 一個(gè)外部CMOS時(shí)鐘提供系統(tǒng)時(shí)鐘。對(duì)于品體和陶瓷諧振器配置，品體/陶瓷諧振器必 須并接到XTAL1和XTAL2引腳，還必須在XTAL1和XTAL2引腳Z間并接一個(gè)10MQ的電 阻。對(duì)于RC、電容或CMOS時(shí)鐘配置，時(shí)鐘源應(yīng)接到XTAL2引腳。必須在OSCXCN寄存器 中選擇外部振蕩器類型，還必須正確選擇頻率控制位XFCN。注意：當(dāng)使用外部振蕩 器電路時(shí)，必須對(duì)所用端口引腳進(jìn)行配置。當(dāng)外部振蕩器電路

26、被配置為品體/諧振器 方式時(shí)，端口引腳P0.2和P0.3分別被用作XTAL1和XTAL2。肖外部振蕩器電路被配置 為RC、電容或CMOS時(shí)鐘方式時(shí)，端口引腳P0. 3被用作XTAL20端口I/O交叉開關(guān)應(yīng)被 配置為跳過被振蕩器片用的引腳。當(dāng)在品體/陶瓷諧振器、電容或RC方式使用外部振 蕩器電路時(shí)，應(yīng)將所用的端口引腳配置為模擬輸入。在CMOS時(shí)鐘方式，應(yīng)將所用的 端口引腳配置為數(shù)字輸入。在C8051F340單片機(jī)內(nèi)部帶有時(shí)鐘電路，因此，只需要在片外通過XTAL1和 XTAL2引腳接入定時(shí)控制組件（品體振蕩器和電容），即可構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩 器。在C8051F340芯片內(nèi)部有一個(gè)高增益反相放大

27、器，而在芯片的外部，XTAL1和 XTAL2 Z間跨接品體振蕩器和微調(diào)電容。C8051F340的時(shí)鐘電路如圖3-2所示。圖3-2 C8051F340的時(shí)鐘電路用品振和電容構(gòu)成諧振電路。電容Cl、C2容量在1540pFZ間，人小與品振頻率和T作電壓有關(guān)。但電容的人小影響振蕩器的穩(wěn)運(yùn)性和起振的快速性，為了提 高精度，本開發(fā)板采用22pF的電容作為微調(diào)電容。在設(shè)計(jì)電路板時(shí)，品振、電容等 均應(yīng)盡可能靠近芯片，以減小分布電容，保證振蕩器振蕩的穩(wěn)定性。3. 3復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是使單片機(jī)從0000H單元開始執(zhí)行程 序。除了進(jìn)入系統(tǒng)的正常初始化以外，當(dāng)由于程序運(yùn)行出錯(cuò)或操作錯(cuò)誤使系

28、統(tǒng)處于 死鎖狀態(tài)時(shí)，為擺脫困境也需按復(fù)位鍵以重新啟動(dòng)oC8051F340芯片內(nèi)部有復(fù)位電路, /RST引腳是復(fù)位信號(hào)的輸入端低電平有效。復(fù)位電路允許很容易地將控制器置于一 個(gè)預(yù)定的缺省狀態(tài)。在進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)時(shí)，將發(fā)生以下過程：(DC1P-51停止程序執(zhí)行；(2) 特殊功能寄存器(SFR)被初始化為所定義的復(fù)位值；(3) 外部端口引腳被置于一個(gè)已知狀態(tài)；(4) 中斷和定時(shí)器被禁止。所有的SFR都被初始化為預(yù)定值。在復(fù)位期間內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容不發(fā)生改 變，復(fù)位前存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)保持不變。但由于堆棧指針SFR被復(fù)位，堆棧實(shí)際上已丟失, 盡管堆棧中的數(shù)據(jù)未發(fā)生變化。端口I/O鎖存器的復(fù)位值為OxFF (全部

29、為邏輯T'),處于漏極開路方式。在 復(fù)位期間和復(fù)位Z后弱上拉被使能。對(duì)于VDD監(jiān)視器和上電復(fù)位，/RST引腳被驅(qū)動(dòng)為 低電平，直到器件退出復(fù)位狀態(tài)。在退出復(fù)位狀態(tài)時(shí)，程序計(jì)數(shù)器(PC)被復(fù)位，MCU使用內(nèi)部振蕩器作為默認(rèn)的 系統(tǒng)時(shí)鐘?？撮T狗定時(shí)器被使能，使用系統(tǒng)時(shí)鐘的12分頻作為其時(shí)鐘源，程序從地址0x0000開始執(zhí)行。C8051F340有多達(dá)9個(gè)復(fù)位源:上電復(fù)位電路(POR)、片內(nèi)VDD監(jiān)視器(半電源電壓低于Vrst時(shí)強(qiáng)制復(fù)位)、USB控制器(USB總線復(fù)位或VBUS狀態(tài)變化)、看門狗定 時(shí)器、時(shí)鐘丟失檢測(cè)器、由比較器0提供的電壓檢測(cè)器、軟件強(qiáng)制復(fù)位、外部復(fù)位輸 入引腳和FLASH讀

30、/寫錯(cuò)誤保護(hù)電路復(fù)位。除了POR、復(fù)位輸入引腳及FLASH操作錯(cuò)誤 這三個(gè)復(fù)位源Z外，其他復(fù)位源都可以被軟件禁止。在一次上電復(fù)位Z后的MCU初始 化期間，WDT可以被永久性使能。上電復(fù)位：在上電期間，器件保持在復(fù)位狀態(tài)，/RST引腳被驅(qū)動(dòng)到低電平，直 到VDD上升到超過電平。從復(fù)位開始到退出復(fù)位狀態(tài)要經(jīng)過一個(gè)上電復(fù)位延時(shí) (TpoRDelay);該延時(shí)通常小于0. 3mso在退出復(fù)位狀態(tài)時(shí),PORSF標(biāo)志(RSTSRC. 1) II被硬件置為邏輯'1'。當(dāng)PORSF標(biāo)志被置位時(shí)，RSTSRC寄存器中的所有其它復(fù)位標(biāo) 志都是不確定的。PORSF被任何其它復(fù)位源清0。由于所有的復(fù)位

31、都導(dǎo)致程序從同一 個(gè)地址(0x0000)開始執(zhí)行，軟件可以通過讀PORSF標(biāo)志來確定是否為上電產(chǎn)生的復(fù) 位。在一次上電復(fù)位后，內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的內(nèi)容應(yīng)被認(rèn)為是不確定的。在上電復(fù) 位后，VDD監(jiān)視器被使能。軟件可以通過向寄存器RSTSRC中的PINRSF位寫'1'來強(qiáng) 制產(chǎn)生一次上電復(fù)位。掉電復(fù)位/VDD監(jiān)視器：當(dāng)發(fā)生掉電或因電源波動(dòng)導(dǎo)致VDD降到Vrst以下時(shí)，電源 監(jiān)視器將/RST引腳驅(qū)動(dòng)為低電平并使C1P-51保持復(fù)位狀態(tài)。當(dāng)VDD又回到高于Vrst的 電平時(shí)，C1P-51將退出復(fù)位狀態(tài)。注意，盡管內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的內(nèi)容可能沒有因掉 電復(fù)位而發(fā)生改變，但無(wú)法確定VDD是否降到

32、了數(shù)據(jù)保持所要求的最低電平以下。如 杲PORSF標(biāo)志的讀出值為1,則內(nèi)部RAM的數(shù)據(jù)可能不再有效。在上電復(fù)位后VDD監(jiān)視 器被禁止，但它的狀態(tài)(使能/禁止)不受任何其它復(fù)位源的影響。例如，在VDD監(jiān) 視器被使能后執(zhí)行一次軟件復(fù)位，復(fù)位后VDD監(jiān)視器仍然為使能狀態(tài)。注意：在選擇 VDD監(jiān)視器作為復(fù)位源Z前，必須使能VDD監(jiān)視器。在VDD監(jiān)視器被使能或穩(wěn)定Z前選 其為復(fù)位源可能導(dǎo)致系統(tǒng)復(fù)位。將VDD監(jiān)視器配置為復(fù)位源的步驟如下：使能VDD監(jiān)視器(VDM0CN. 7-1):(2) 等待VDD監(jiān)視器穩(wěn)定；(3) 選擇VDD監(jiān)視器作為復(fù)位源(RSTSR. 1=1)。外部復(fù)位：外部/RST引腳提供了使用外

33、部電路強(qiáng)制MCU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)的手段。在 /RST引腳上加一個(gè)低電平有效信號(hào)將導(dǎo)致MCU進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。盡管在內(nèi)部有弱上拉, 但最好能提供一個(gè)外部上拉和/或?qū)?RST引腳去耦以防止強(qiáng)噪聲引起復(fù)位。從外部復(fù) 位狀態(tài)退出后，PINRSF標(biāo)志(RSTSRC. 0)被置'1'。時(shí)鐘丟失檢測(cè)器復(fù)位：時(shí)鐘丟失檢測(cè)器(MCD)實(shí)際上是由系統(tǒng)時(shí)鐘觸發(fā)的單穩(wěn) 態(tài)電路。如果系統(tǒng)時(shí)鐘兩個(gè)連續(xù)上升沿的時(shí)間間隔人于100微秒，單穩(wěn)態(tài)電路將超時(shí) 并產(chǎn)生復(fù)位。在發(fā)生時(shí)鐘丟失檢測(cè)器復(fù)位后，MCDRSF標(biāo)志(RSTSRC. 2)的讀出值為 T',表示本次復(fù)位源為MCD；否則該位讀出值為'0'

34、。向MCDRSF位寫'1，將使 能時(shí)鐘丟失檢測(cè)器；寫©將禁止時(shí)鐘丟失檢測(cè)So /RST引腳的狀態(tài)不受該復(fù)位的 影響。比較器0復(fù)位：向CORSEF標(biāo)志(RSTSRC. 5)寫'1'可以將比較器0配置為復(fù)位源。 應(yīng)在寫C0RSEFZ前使能比較器0并等待輸出穩(wěn)定，以防止通電瞬間在輸岀端產(chǎn)生抖 動(dòng)，從而導(dǎo)致不希與的復(fù)位。比較器0復(fù)位為低電平有效:如果同相端輸入電壓(CPO+)13復(fù)位鍵S6,電容C25通過R20放電，當(dāng)電容C25放電結(jié)束后，C8051F340進(jìn)入復(fù)位 狀態(tài)，松手后，電容C25充電，RST端高電位下降，CPU脫離復(fù)位狀態(tài)。R20的作用 在于限制S6按下瞬

35、間電容C25放電電流，避免產(chǎn)生火花，以保護(hù)S6的觸點(diǎn)。4開發(fā)板的模塊電路設(shè)計(jì)4. 1顯示電路4. 1. 1 1602液晶顯示電路顯示器件是開發(fā)板中普遍使用的輸出器件，較常用的是LED數(shù)碼管和LCD液品 顯示器。前者僅能顯示數(shù)據(jù)輸出，而后者能顯示更多，更復(fù)雜的字符，如漢字， 甚至是圖形等。此開發(fā)板采用1602液品顯示器作為輸出顯示器件。1602液品引腳特性：該液品顯示器以其微功耗、體積小、顯示內(nèi)容豐富、超薄 輕巧的諸多優(yōu)點(diǎn)，在各類儀表和低功耗系統(tǒng)屮得到廣泛的應(yīng)用。根據(jù)顯示內(nèi)容可以 分為字符型液品，圖形液品。根據(jù)顯示容量又可以分為單行16字，2行16字，兩 行20字等等。這里介紹常用的字16字X2

36、行的字符型液品模塊的使用方法。這是一 種通用模塊。與數(shù)碼管相比該模塊有如下優(yōu)點(diǎn)：(1) 位數(shù)多，可顯示32位，32個(gè)數(shù)碼管體積相當(dāng)龐人了。(2) 顯示內(nèi)容豐富，可顯示所有數(shù)字和人、小寫字母。(3) 程序簡(jiǎn)單，如果用數(shù)碼管動(dòng)態(tài)顯示，會(huì)占用很多時(shí)間來刷新顯示，而1602 自動(dòng)完成此功能。1602采用標(biāo)準(zhǔn)的16腳接口，其中：第1腳：VSS為地電源。第2腳：VDD接5V正電源。第3腳：V0為液品顯示器對(duì)比度調(diào)整端，接正電源時(shí)對(duì)比度最弱，接地電源時(shí) 對(duì)比度最高，對(duì)比度過高時(shí)會(huì)產(chǎn)生“鬼影”，使用時(shí)可以通過一個(gè)10K 的電位器調(diào)整對(duì)比度。第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時(shí)選擇指令寄存

37、 器。第5腳：RW為讀寫信號(hào)線，高電平時(shí)進(jìn)行讀操作，低電平時(shí)進(jìn)行寫操作。第6腳：E端為使能端，當(dāng)E端由高電平跳變成低電平時(shí)，液品模塊執(zhí)行命令。第714腳：D0D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。第1516腳：空腳(有的用來接背光)。1602液品模塊內(nèi)部的字符發(fā)生存儲(chǔ)器（CGROM）已經(jīng)存儲(chǔ)了不同的點(diǎn)陣字符圖 形，這些字符有，阿拉伯?dāng)?shù)字、英文字母的人小寫、常用的符號(hào)、和日文假名等， 每一個(gè)字符都有一個(gè)固定的代碼，其中數(shù)字與字母同ASCII碼兼容。其內(nèi)部還有自 定義字符（CGRAM）,可用業(yè)存儲(chǔ)自已定義的字符。1602模塊的設(shè)定，讀寫，與光 標(biāo)控制都是通過指令來完成，共有11條指令，如表4-1所示。表4-1 1

38、602液晶模塊的11條指令指令1：清顯示，光標(biāo)復(fù)位到地址00H位置。指令2：光標(biāo)復(fù)位，光標(biāo)返回到地址00H。指令3：光標(biāo)和顯示模式設(shè)置I/D：光標(biāo)移動(dòng)方向，高電平右移，低電平左移，S: 屏幕上所有文字是否左移或者右移。高電平表示有效，低電平則無(wú)效。指令4：顯示開關(guān)控制。D：控制整體顯示的開與關(guān)，高電平表示開顯示，低電平 表示關(guān)顯示C：控制光標(biāo)的開與關(guān)，高電平表示有光標(biāo)，低電平表示無(wú)光 標(biāo)B：控制光標(biāo)是否閃爍，高電平閃爍，低電平不閃爍。指令5：光標(biāo)或顯示移位S/C：高電平時(shí)移動(dòng)顯示的文字，低電平時(shí)移動(dòng)光標(biāo)。R/L, 高向左，低向右。指令6：功能設(shè)置命令DL：高電平時(shí)為4位總線，低電平時(shí)為8位總線

39、N：低電平 時(shí)為單行顯示，高電平時(shí)雙行顯示F:低電平時(shí)顯示5x7的點(diǎn)陣字符，高電 平時(shí)顯示5x10的點(diǎn)陣字符。（有些模塊是DL：高電平時(shí)為8位總線，低 電平時(shí)為4位總線）指令7：字符發(fā)生器RAM地址設(shè)置，地址：字符地址*8+字符行數(shù)。（將一個(gè)字符分 成5*8點(diǎn)陣，一次寫入一行，8行就組成一個(gè)字符）。指令8：置顯示地址，第一行為：00HOFH,第二行為：40H4FH。指令9：讀忙信號(hào)和光標(biāo)地址BF：為忙標(biāo)志位，高電平表示忙，此時(shí)模塊不能接收 命令或者數(shù)據(jù)，如果為低電平表示不忙。指令10：寫數(shù)據(jù)。指令11：讀數(shù)據(jù)。開發(fā)板液品顯示電路如圖4T所示。GNDVDD 三 LCD2GNDVo 3VDDVoU

40、lLCDRS 4LCDR/W 5ECDE6DCDODCDlT5CT52DCD3F LCDDB LCDDB51LCDDB7I15T6RS R/WEDBODBIDB2DB3DB4DB5DB6DB7IU>4-LED-vcc OASIOERCK SC?KSCLRSOH胱QD劭3QHGND74HC595GND14? I4-1液品顯水電路I LCDRS 廠LCDR/W LCDE LCDDB4 5 LCDDB5 LCDDB6 T I.CDDB7 8由按鍵輸入，單片機(jī)控制液品的顯示。4. 1.2獨(dú)立鍵盤電路鍵盤是人與C8051F340單片機(jī)聯(lián)系的重要于段，用于向CPU輸入運(yùn)行參數(shù)，控 制系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)。

41、14ADC0H和ADC0L中保存ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果的咼字節(jié)和低字節(jié)。轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)在寄存器對(duì) ADCOlkADCOL中的存儲(chǔ)方式可以是左對(duì)齊或右對(duì)齊，由ADOLJST位(ADCOCN. 0)的設(shè) 置決定。當(dāng)工作在單端方式時(shí)，轉(zhuǎn)化碼為10位無(wú)符號(hào)整數(shù)，所測(cè)量的輸入范圍為0 VREFX 1023/1024。ADCOH和ADCOL寄存器中未使用的位被設(shè)置為'0'。10位ADC的原 理見圖4-3所示。III ?! ! It lcnvyrrni埃二w -F掙"穴4應(yīng)孝瑋帯咚> 3 w AV；JC I Illi 會(huì) . ># i *I Illi I I IIII I IIII

42、IlliI IlliI I III I IlliI II IIiii mi ii*9 T9 9 * III Illi IIii 邂=70iii F錚IIIIII HiIII99 咲入ii圖4-310位ADC原理框圖10位AD轉(zhuǎn)換電路如下圖4-4所示。RW2 10kI 二_VDDP10P25圖44 10位AI)轉(zhuǎn)換電路204. 3鐵電存儲(chǔ)器讀寫（SMBUS）電路SMBusl/O接口是一個(gè)雙線的雙向巾行總線。SMBus完全符合系統(tǒng)管理總線規(guī)范1.1版，與I2C串行總線兼容。系統(tǒng)控制器對(duì)接口的讀寫操作都是以字節(jié)為單位的， 由SMBus接口自動(dòng)控制數(shù)據(jù)的串行傳輸。在作為主或從器件時(shí)，數(shù)據(jù)傳輸?shù)淖钊怂俾?/p>

43、 可達(dá)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的十分Z（這可能比SMBus的規(guī)定速度要快，取決于所使用的系 統(tǒng)時(shí)鐘）?？梢圆捎醚娱L(zhǎng)低電平時(shí)間的方法協(xié)調(diào)同一總線上不同速度的器件。SMBus 可以工作在主和/或從方式，一個(gè)總線上可以有多個(gè)主器件。SMBus提供了SDA（串行 數(shù)據(jù)）控制、SCL （串行時(shí)鐘）產(chǎn)生和同步、仲裁邏輯以及起始/停止的控制和產(chǎn)生 電路。有三個(gè)與SMBus相關(guān)的特殊功能寄存器：SMBOCF配置SMBus, SMBOCN控制SMBus 的狀態(tài)，SMBODAT為數(shù)據(jù)寄存器，用于發(fā)送和接收SMBus數(shù)據(jù)和從地址。SMBus操作有兩種口J能的數(shù)據(jù)傳輸類型：從主發(fā)送器到所尋址的從接收器（寫） 和從被尋址的從發(fā)送器

44、到主接收器（讀）。這兩種數(shù)據(jù)傳輸都由主器件啟動(dòng)，主器 件還在SCL上提供串行時(shí)鐘。SMBus接口可以工作在主方式或從方式，總線上可以有 多個(gè)主器件。如果兩個(gè)或多個(gè)主器件同時(shí)啟動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，仲裁機(jī)制將保證有一個(gè)主 器件會(huì)贏得總線。注意：沒有必要在一個(gè)系統(tǒng)中指定某個(gè)器件作為主器件，任何一個(gè) 發(fā)送起始條件（START）和從器件地址的器件就成為該次數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹髌骷Ｒ淮蔚?型的SMBus數(shù)據(jù)傳輸包括一個(gè)起始條件（START）、一個(gè)地址字節(jié)（位7-1： 7位從地 址；位0： R/W方向位）、一個(gè)或多個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)和一個(gè)停止條件（STOP）。每個(gè)接收的字節(jié)（由一個(gè)主器件或從器件）都必須用SCL高電平期間的SD

45、A低電平（見圖17. 3） 來確認(rèn)（ACK）。如果接收器件不確認(rèn)，則發(fā)送器件將讀到一個(gè)“非確認(rèn)”（NACK）, 這用SCL高電平期間的SDA高電平表示。方向位（R/W）占據(jù)地址字節(jié)的最低位。方向 位被設(shè)置為邏輯1表示這是一個(gè)“讀”（READ）操作，方向位為邏輯0表示這是一個(gè) “寫”（WRITE）操作。所有的數(shù)據(jù)傳輸都由主器件啟動(dòng)，可以尋址一個(gè)或多個(gè)H 標(biāo)從器件。主器件產(chǎn)生一個(gè)起始條件，然后發(fā)送地址和方向位。如果本次數(shù)據(jù)傳輸 是一個(gè)從主器件到從器件的寫操作，則主器件每發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)后等待來自從器 件的確認(rèn)。如果是一個(gè)讀操作，則由從器件發(fā)送數(shù)據(jù)并等待主器件的確認(rèn)。在數(shù)據(jù) 傳輸結(jié)束時(shí)，主器件產(chǎn)生一

46、個(gè)停止條件，結(jié)束數(shù)據(jù)交換并釋放總線。SMBus原理框圖如下圖4-5所示。SMBus原理框2()SMBus接口的IT作電壓町以在3. OV和5. 0VZ間，總線上不同器件的工作電壓町以 不同。SCL (串行時(shí)鐘)和SDA (串行數(shù)據(jù))線是雙向的，必須通過一個(gè)上拉電阻或 等效電路將它們連到電源電壓。連接在總線上的每個(gè)器件的SCL和SDA都必須是漏極 開路或集電極開路的。因此當(dāng)總線空閑時(shí)，這兩條線都被拉到高電平。總線上的最 大器件數(shù)只受規(guī)定的上升和下降時(shí)間的限制。24LC02是一個(gè)2K位串行CMOSE2PROM,內(nèi)部含有256個(gè)8位字節(jié),CATALYST公司的先 進(jìn)CMOS技術(shù)實(shí)質(zhì)上減少了器件的功耗

47、,24LC02有一個(gè)16字節(jié)頁(yè)寫緩沖器，該器件通過 I2C總線接口進(jìn)行操作有一個(gè)專門的寫保護(hù)功能。24LC02的主要特性有：(1) 與400KHZ12C總線兼容；(2) 1. 8到6. 0伏工作電壓范用；(3) 低功耗CMOS技術(shù);(4) 寫保護(hù)功能當(dāng)WP為高電平時(shí)進(jìn)入寫保護(hù)狀態(tài)；(5) 頁(yè)寫緩沖器；(6) 自圧時(shí)擦寫周期；(7) 1,000, 000編程/擦除周期；(8) nJ"保存數(shù)據(jù)100年：(9) 8腳DIP、SOIC或TSSOP封裝；24LC02的管腳如下圖4-6所示。Ao匚A匚A2匚VSS匸1口 VCC WP_ SCL SDA圖4-6 24LC02管腳圖24LC02的管腳

48、功能如下表4-3所示。表4-：3 241X02的管腳功能管腳名稱功能AO、Al、A2器件地址選擇SDA串行數(shù)據(jù)/地址SCL串行時(shí)鐘WP寫保護(hù)Vcc+1.8V6.0V工作電壓V5S地本電路實(shí)現(xiàn)了掉電存儲(chǔ)器的功能，電路如下圖4-7所示。VDDA0VccA1WPA2SCLVssSDAU324LC01/02/64234VDD GND« T 76"3T2CSCL |,0K,0KI2CSDARJORI IGND圖4-7鐵電存儲(chǔ)器讀寫(SMBUS)電路4.4 UART通訊電路C8051F340中的串行接口能方便地與其它計(jì)算機(jī)或串行傳送信息的外圍設(shè)備實(shí) 現(xiàn)雙機(jī)，多機(jī)通信。此開發(fā)板中僅設(shè)計(jì)與

49、上位機(jī)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳送串行通信電路oRS-232C 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)逹發(fā)送數(shù)據(jù)線TXD和接受數(shù)據(jù)線RXD均采用EIA電平，即傳送數(shù)字“1”時(shí)，傳 輸線上的電平在-3-15VZ間；傳送數(shù)字“0”時(shí)，傳輸線上的電平在+3+15VZ間。 但單片機(jī)串行口采用正邏輯的TTL電平，這樣就存在TTL電平與EIA電平Z間的轉(zhuǎn)換問 題。因此開發(fā)板中采用電平轉(zhuǎn)換芯片MAX232與9芯D插座連接方式。MAX232電平轉(zhuǎn)換芯片實(shí)現(xiàn)電平轉(zhuǎn)換，僅需外加4個(gè)104的電容，即可實(shí)現(xiàn)TTL 電平和RS-232電平的互換何。在電路設(shè)計(jì)時(shí),T1IN>T2IN引腳中的一個(gè)與C8051F340 中的TXD引腳連接，接收CPU發(fā)送給PC機(jī)的數(shù)據(jù)

50、；T10UT、T20UT引腳中的一個(gè)與 撥碼開關(guān)中的PD1引腳連接,發(fā)送T1IN或T2IN引腳接收到的數(shù)據(jù)。R1IN、R2IN引 腳中的一個(gè)與撥碼開關(guān)中的PD2引腳連接，接收上位機(jī)發(fā)送給AT89C51的數(shù)據(jù)； R10UT, R20UT引腳中的一個(gè)與C.8051F340中的RXD引腳連接,發(fā)送R1IN或R2IN引 腳接收到的數(shù)據(jù)。需要注意的是在選擇TXXX, RXXX是要對(duì)應(yīng)，例如選擇T1 IN接收數(shù)據(jù)，則另一端必須由T10UT發(fā)送數(shù)據(jù)。RXXX也如此。否則C8051F340與PC機(jī)將 不能實(shí)現(xiàn)通信功能。與PC機(jī)串行通信電路如下圖4-8所示。1pL10434 IcTo- LIO45TT TX70

51、-12RX9C1 +VCCC1-GNDC2+V+C2vT1INT1OUTT2INT2OUTR1 OUT RIINR2OUT R2IN16MAX32326T4T13JT"152 C9rr)4U4VDDJCll104|.GND6"JO 、OOOOOOO o y10一25P8圖4-8 UART通訊電路4.5電源電路電源(Vcc)是整個(gè)開發(fā)板正常T作的動(dòng)力源泉。電源電圧過人會(huì)大人縮短芯片 的工作壽命，嚴(yán)重的會(huì)燒毀芯片及其它元器件；過小將不能騎動(dòng)實(shí)驗(yàn)板丁作電路。 因此設(shè)定合適的電源電壓值非常重要。此開發(fā)板主要芯片工作電壓均+3. 3V左右,圖4 9電源電路4. 6 USB通訊電路C8

52、051F340器件集成了一個(gè)完整的全速/低速USB功能控制器，用于實(shí)現(xiàn)USB外部 設(shè)備（C8051F340不能被用作USB主設(shè)備）。USB功能控制器（USBO）由串行接口引擎（SIE）、USB收發(fā)器（包括匹配電阻和可配置上拉電阻）、1KBFIF0存儲(chǔ)器和時(shí)鐘恢復(fù)電路（可以不用品體）組成，不需要外部元件。LSB功能控制器和收發(fā)器符合通用 串行總線規(guī)范2.0版。C8051F340共有8個(gè)端點(diǎn)管道?？刂贫它c(diǎn)（端點(diǎn)0）總是作為雙向IN/OUT端點(diǎn)。其 它端點(diǎn)被作為3對(duì)IN/OUT端點(diǎn)管道。USB通訊電路如下圖4-10所示。6GNDD+亠D-V+pl 1GND4GND3D+2D-1VBUS圖4T0 US

53、B通訊電路4. 7 16位PWM輸出電路PCA模塊可以丁作在16位PWM方式。在該方式下，16位捕捉/比較模塊定義PWM信號(hào) 低電平時(shí)間的PCA時(shí)鐘數(shù)。當(dāng)PCA計(jì)數(shù)器與模塊的值匹配時(shí)，CEXn的輸出被置為高電 平；當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，CEXn輸出被置為低電平。為了輸出一個(gè)占空比可變的波形， 新值的寫入應(yīng)與PCA的CCFn匹配中斷同步。通過將PCAOCPMn寄存器中的ECOMn、PWMn 和PWM16n位置T'來使能16位PWM方式。為了得到可變的占空比，應(yīng)允許匹配中斷 （ECCFn=l并liMATn"）,以同步對(duì)捕捉/比較寄存器的寫操作。16位PWM方式的片空 比為：.IIz 6

54、5536- PCAOCPn占空比=65536注意：當(dāng)向PCAO的捕捉/比較寄存器寫入一個(gè)16位數(shù)值時(shí)，應(yīng)先寫低字節(jié)。向 PCAOCPLn的寫入操作將清，0' ECOMn位：向PCAOCPHn寫入時(shí)將置 T ECOMn位。PWM輸出電路如下圖4T1所示。P9AIN11AIN12GNDVREF圖4T1 PWM輸岀電路4. 8以太網(wǎng)通訊電路CP2200是Silabs公司推岀的一款48引腳獨(dú)立以太網(wǎng)控制器。它是集成了 1EEE802. 3以太網(wǎng)媒體訪問控制器(MAC)、10Base-T物理層(PHY)和8KB非易失性 FLASH存儲(chǔ)器的單芯片以太網(wǎng)控制器，它符合IEEE802. 3協(xié)議，支持1

55、0M以太網(wǎng)接 入，而II僅需很少的外部電路連線就可滿足絕大多數(shù)嵌入式以太嗣接口的設(shè)計(jì)要求, 簡(jiǎn)化了嵌入式以太網(wǎng)接口的設(shè)計(jì)，減小了占板空間，降低了系統(tǒng)開發(fā)成本。以太網(wǎng)控制器具有8位并行主機(jī)接口，可以為絕人多數(shù)微控制器或主處理器提供 以太網(wǎng)通信功能。8位并行總線接口支持Intel和Motorola總線方式，可以使用復(fù) 用或非復(fù)用方式尋址。這些功能加上相關(guān)處理器的TCP / 1P協(xié)議棧，使得嵌入式應(yīng) 用系統(tǒng)的以太網(wǎng)接口實(shí)現(xiàn)變得十分簡(jiǎn)易。CP2200的主要功能特性：(1) 符合IEEE802. 3協(xié)議：內(nèi)置10Mbps以太網(wǎng)物理層器件PHY及媒介接入控制 器MAC,可按業(yè)界標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)協(xié)議可靠地收發(fā)信

56、息包數(shù)據(jù)；具有可編程填充 和CRC自動(dòng)生成功能。(2) 可編程過濾功能：特殊的過濾器，町自動(dòng)評(píng)價(jià)、接收或拒收Magic Packet. 單播(Unicast) 多播(Multicast)或廣播(Broadcast)信息包，以減輕主控單 片機(jī)的處理負(fù)荷。(3) 30 Mbp5速率的并行主機(jī)接口：支持Intel和Motorola兩種總線方式。(4) 8 KB Flash存儲(chǔ)器：8192字節(jié)非易失性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間，可對(duì)其進(jìn)行靈活編程 工廠預(yù)編程的唯一48位MAC地址。系統(tǒng)的硬件電路原理如下圖4-12所示。圖 4-12以太網(wǎng)通訊電路其中，要特別注意CP2200控制器與RJ-45的連接電路，因?yàn)檫@些參數(shù)對(duì)通信的 可靠性影響很人。CP2200的外圍電路比較簡(jiǎn)單，主要考慮其復(fù)位引腳、品振輸入、 并行接口和與以太網(wǎng)變壓器的連接。復(fù)位電路CP2200具有上電復(fù)位功能。一旦VDD±升到某個(gè)門限值后，就會(huì)在片 內(nèi)產(chǎn)生上電復(fù)