|
- UID
- 824598
|
基于单片机的应用实例剖析
单片机作为嵌入式系统的先头兵，片上系统的先行者，在当今社会得到了广泛的应用。对于中职学生来说，学好单片机这门课是必需的。但是由于中职学生的专业底子较为薄弱，学习起这么课来显得较为吃力。本文通过对基于单片机的无线评分器的讲解，加强学生对于单片机的理解和掌握。
一、系统总体结构
无线式评分器是在总结了现实生活中大量存在的评审和表决活动共性的基础上，运用计算机技术和电子技术以及无线通信技术中相关先进技术开发的智能评分系统。在评分过程中每位参评专家操作一台计算器大小的智能评分器，其核心是一块MCU（微控制器），外围的看门狗电路确保评分器始终正常工作，键盘用于专家输入评分结果，LCD液晶显示终端显示当前的评分内容、专家的评分和操作提示等信息，信号指示灯指示当前评分器的工作状态等。其总体结构框图如下:
二、各模块的功能
1、单片机
单片机是在一片硅片上集成了中央处理器（CPU）、存储器（RAM，ROM）和各种输入输出接口（I/O、定时器、串行口、A/D转换器、D/A转换器等）。这样一块芯片具有一台计算机的功能，可以用于实时控制，并通常作为其他系统的组成部分使用。我们所介绍的无线式评审系统评分器就用单片机作为整个系统的核心芯片，并用它来连接其他各个芯片。MCS-51单片机是美国INTEL公司于1980年推出的产品，与MCS-48单片机相比，它的结构更先进，功能更强，在原来的基础上增加了更多的电路单元和指令,指令数达111条，MCS-51单片机可以算是相当成功的产品，一直到现在，MCS-51系列或其兼容的单片机仍是应用的主流产品。MCS-51系列单片机主要包括8031、8051和8751等通用产品，其主要功能如下：
8位CPU
4kbytes程序存储器(ROM)
128bytes数据存储器(RAM)
32条I/O口线
111条指令，大部分为单字节指令
21个专用寄存器
2个可编程定时/计数器
5个中断源，2个优先级
一个全双工串行通信口
外部数据存储器寻址空间为64kB
外部程序存储器寻址空间为64kB
逻辑操作位寻址功能
双列直插40PinDIP封装
单一+5V电源供电
MCS-51以其典型的结构和完善的总线专用寄存器的集中管理，众多的逻辑位操作功能及面向控制的丰富的指令系统，为以后的其它单片机的发展奠定了基础。近年来C51获得了飞速的发展，在原来的基础上发展了高速I/O口，A/D转换器，PWM(脉宽调制)、WDT等增强功能，并在低电压、微功耗、扩展串行总线(I2C)和控制网络总线(CAN)等功能加以完善。MCS-51指令系统的AT89C51单片机是一个低电压，高性能
CMOS 8位单片机，片内含8kbytes的可反复擦写的只读程序存储器（E-PROM）和256bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，功能强大的AT89C51单片机可提供许多高性价比的系统控制应用领域。
我们所介绍的评分器就采用AT89C51作为微控制器。此芯片有40个引脚，其中各个引脚的功能如下：
（1）VCC:电源电压
（2）GND:地
（3）P0—P3口都是8位并行I/O接口。每个口主要由4个部分构成：端口锁存器，输入缓冲器，输出驱动器和引至芯片外的端口引脚。它们都是双向通道，每一条I/O线都能独立地用作输入或输出，作输入时数据可以缓冲，作输出时数据可以锁存。
P1口的第二功能：
表1 P1口第二功能
表2 P2口第二功能
P1.0 T2(定时/计数器2外部计数脉冲输入),时钟输出P1.1 T2EX(定时/计数器2捕获/重装载触发和方向控制)
引脚功能
P3.0 RXD(串行输入口)
P3.1 TXD(串行输出口)
P3.2 INT0(外中断0)
P3.3 INT1(外中断1)
P3.4 T0(定时/计数器0)
P3.5 T1(定时/计数器1)
P3.6 WR(外部数据存储器写选通)
P3.7 RD(外部数据存储器读选通)
（4）RST:复位输入
（5）EA/VPP:外部访问允许
（6）XTAL1:振荡器反向放大器及内部时钟发生器的输入端
（7）XTAL2:振荡器反向放大器的输出端
要使C51能正常工作，需要满足以下几个要求：
（1）电源。C51的电源需接正5V电压。即VCC=+5V
C51的接地口需接地。即GND接地
（2）晶振电路
C51的时钟可由两种方式产生，一种是内部方式，一种是外部方式。8051片内有一个高增益反向放大器，用于构成振荡器。反相器的输入端为XTAL1，输出端为XTAL2。在XTAL1和XTAL2两端跨接石英晶体及两个电容就构成了稳定的自激振荡器，这种方式称为内部方式。我们讲到的无线式评分器就采用这种方式。
（3）复位电路
复位是使计算机回到初始化状态的一种操作。计算机上电后，从何处开始执行第一条指令，由系统复位后的状态决定。复位也是处理计算机死锁的主要方法。复位电路对整个系统是极为重要的。我们选择了按键电平复位电路。
（4）EA的选择。
C51可以寻址64K的存储器空间。而在其内部只有4K的程序存储器。EA的作用就是能否允许对外部的存储器进行访问。EA为外部访问允许，为低电平有效.当EA为低电平时,单片机访问外部存储器.而我们介绍的评分器需要访问内部存储器,所以我们需要把EA接高电平.即EA=1。
满足了以上四个条件，单片机就可以正常工作了。
2、无线通信模块
因为我们所涉及的无线式评分器需要和外部设备进行数据的接收和发送，所以我们需要无线通信芯片来达到此要求。由于无线通信芯片的种类和数量比较多，无线通信芯片的选择在设计中是至关重要的，正确的选择可以减小开发难度，缩短开发周期，降低成本，更快地将产品推向市场。选择无线通信芯片时应考虑需要以下几点因素：功耗、发射功率、接收灵敏度、收发芯片所需的外围元件数量。
3、键盘模块
无线式评分器需要由一个界面来进行信息的录入，我们选择了键盘电路来达到这一要求。键盘电路有很多种，有的很复杂，需要的技术含量很高。而无线通信评审系统的键盘不需要太复杂。具体要求如下：（1）具有“0”至“9”、“上翻”、“下翻”、“完毕”、“确定”、“删除”、“弃权”等键。（2）若输入数字错误，可按“删除”键修改，按“确定”键数据传送到无线数据采集器。（3）采用4位大液晶显示。（4）电池供电，具有3级电池电量显示。（5）具有数据发送成功指示。（6）室内接收距离：200米，室外接收距离：300米。
4、显示模块
在仪器仪表电路设计中，人机交互界面是必不可少的环节，现阶段仪器仪表中通常使用的是LCD技术，LCD显示技术获得广泛应用的原因是：（1）价格低廉；（2）显示信息清晰醒目；（3）对仪器仪表系统资源占用相对较少；（4）能量消耗相对较小，电源电路简单。利用智能型LCD显示控制器，可以构成较复杂的仪器仪表人机显示界面，相对提高人机界面的友好程度，减少对仪器仪表系统软硬件资源的占用，提高仪器工作的可靠性，因而是仪器仪表系统人机界面的一种良好的构成方案。5、看门狗在控制系统中,由于微机电路本身的特点,它一旦因干扰或电源电压不正常使程序失控,即使干扰消除,电压恢复正常,微机也不会自动恢复正常,必须要人工干涉。而在许多场合系统控制的工作是处于无人职守的状态,这时就需要看门狗电路，它能在异常状态下实现对系统的自动复位。
此评分器通过无线通信芯片来接收和发送数据，由LCD液晶电路来显示数据，由键盘电路来录入信息，并通过一个看门狗电路来对此进行监测。通过这个应用实例，我们就可以加强对单片机硬件的理解和掌握。
|
|
|
