原创 有关ADuC845/7实验板的介绍--摘自《ADuC845单片机原理、开发方法及应用实例》

2007-10-3 10:34 5398 9 10 分类: MCU/ 嵌入式

第十一章  ADuC845/7/8应用系统实例<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />


       模仿可能是一种更有效、更主要的学习方式。为此,本章介绍几个ADuC应用系统的实例。第一个实例是作者研制的基于ADuC845/7/8的实验板,充分利用ADuC845/7/8不需要任何特殊设备即可在电路调试、下载和烧录程序的特点,方便大家学习单片机,也可以用于新产品的快速开发。第二个实例是ADI公司推出的ADuC系列评估板,为大家设计ADuC845/7/8的应用系统提供一个很好的样板,特别是在电源设计和电路板的工艺(布局)等值得借鉴。第三个实例是蓄电池在线智能监测仪,该实例是ADuC845/7/8在工业测控系统中的极具典型意义的应用,可为类似的应用提供有价值的参考。


11.1  基于ADuC845/7/8的单片机实验板


11-1所示为实验板的电路原理图。


实验板由以下几部份组成。


1.  单片机ADuC845/7/8和其必须的外接电路(器件);


2.  通讯接口电路;


3.  键盘、显示电路;


4.  存储器;


5.  模拟接口电路;


6.  功率驱动电路;


7.  电源电路。


下面逐一介绍上述各部分电路。


11.1.1  单片机ADuC845/7/8和其必须的外接电路


11-2所示为ADuC845/7/8 CPU板原理图。由于其内部含有A/DD/A模块、用于存储程序的大容量存储器、通讯接口等,只需很少的外围元件就能工作。


11-2中,单片机工作必须的晶体振荡器。单片机用晶体振荡器(简称晶振)产生准确、稳定的时钟(频率)以保证单片机内部各个部件协调、同步、稳定地运行。晶振采用32.768kHz


图中的其它小电容用于单片机的电源退耦,即防止电源线上的干扰影响单片机工作。


单独把ADuC845/7/8和晶振、退耦电容设计到CPU板上,目的是为了方便读者学习、实验:ADuC845/7/8采用扁平封装,管脚多且密,不易焊接,如果读者希望自己焊接实验板,只要焊接除CPU板以外的其他实验板上的器件。再一个好处是ADuC845/7/8是大规模的集成电路,容易发生静电击穿等损坏器件的现象,采用单独的CPU板的好处是万一ADuC845/7/8损坏了,仅仅更换CPU板即可,可以减少损失。


之所以把晶振及其电容和退耦电容焊接CPU板上,是这些器件应该尽可能靠近ADuC845/7/8安装才能保证单片机稳定可靠地工作。ADuC845/7/8还需要一些外围器件才能正常工作,但不像晶振等那些器件要求尽可能靠近,所以,这些器件安装在实验板(大板)上。


四只13线的插座把单片机所有输入、输出的口线全部引到实验板上。R14C6构成单片机的上电复位电路,即在实验板刚加上电源时,由于电容C6上的电压不能发生突变,




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11-1  实验板原理图

 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 


 







11-2  ADuC845/7/8的部分必要外围电路原理图

因此在单片机的复位端RESET上出现高电平,经过35倍时间常数(R14×C6)的时间后RESET回落到低电平,相当于在单片机上电时,RESET出现一个高电平,这个电平使得单片机复位。

C6并联的按键S9用于手动复位。在单片机不能正常工作,如不能下载程序,或运行不正常,可以按下S9,使RESET端出现短暂的高电平,使单片机复位。


短接插座H3用选择使单片机处于调试状态还是运行状态。如果在上电复位前用短路块短接,即单片机PSEN接地(DGND),上电后ADuC845/7/8处于下载程序和调试模式。而在上电复位前断开H3,上电后ADuC845/7/8处于运行模式,执行单片机片内的程序。


11.1.2  通讯接口电路


实验板上的串行接口是实验板与PC通信的唯一通道,需调试的程序通过串行接口下载到实验板中,而实验板上程序的运行状态和部分结果也需通过串行接口上传到PC机。


PC机上的串行接口是RS-232RS-232包括了按位进行串行传输的电气和机械方面的规定。RS-232关于电气特性的要求规定,驱动器输出电压相对于信号地线在-5V-15V之间为逻辑1电平,表示传号状态;输出电压相对于信号地线在+5V~+15V之间为逻辑0电平,表示空号状态。在接收端,逻辑1电平为-3V-15V,逻辑0电平为+3V~+15V,即允许发送端到接收端有2V的电压降。这样的RS-232电平和TTL逻辑电路(单片机)产生的电平是不一样的,因此,PC机与单片机之间必须经过一定的电路转换逻辑电平。图11-3给出了实验板上的RS232串行接口逻辑电平转换电路。





11-3  实验板通讯电路原理图

图中采用两只晶体管分别构成两个反相器,实现TTL电平至RS232电平和RS232电平至TTL电平的转换:Q1R15R33构成的反相器把单片机发出的TXD信号反相送至PC机的PCRXT端,而Q2R33R16构成的反相器把PC发出的PCTXD信号反相后送至单片机的RXD端。电路中采用了“窃电”方式产生负电源:在PC机不通信或通信的大部分时间,PCTXD输出-12V的电平(“0”电平),该电平经过D6C11充电,C11得到的-10V左右(由于二极管的压降和PCTXD的信号源内阻的存在)的电压作为Q1的负电源,因而不需要另外加负电源电路就能输出负电平信号。D7的作用是当PCTXD出现较大的负电平信号时,防止Q2be结出现较大的负压而损坏。

11.1.3  键盘、显示电路





11-4  WH8281的接口电路

WH82818/16LED数码管显示及键盘接口专用控制芯片,其接口电路如图11-4所示。





11-5  移位寄存器74HC164

通过外接移位寄存器(典型芯片如74HC164,74LS595等,如图11-5所示),最多可以控制16位数码管显示或128只独立的LEDWH8281的驱动输出极性及输出时序均为软件可控,从而可以和各种外部电路配合,适用于任何尺寸的数码管。DIGO~DIG7为位驱动输出,适合连接共阳式的数码管。虽然DIGO~DIG7接口本身具有一定的驱动能力,但为了保证足够的显示亮度,应该另加以外部驱动电路。外部驱动电路比较简单,只需要8只NPN型三极管即可,三极管接成射极跟随器形式,因此基极无需限流电阻。而数码管的段驱动则由它的串行数据口通过移位寄存器来实现。





11-6  共阳极LED数码管的引脚与连线图

WH8281最多可以连接64个按键,按8×8矩阵排列,矩阵的连接到WH8281的位驱动DIGODIG7,矩阵的“列”连接到第07位显示的段驱动移位寄存器的输出,为了防止对显示部分的影响,键盘矩阵与显示电路之间必须加入二极管和4.7K的隔离电阻。当使用WH8281的键盘功能时,DIGODIG7上应加以100K的下拉电阻,且8根引脚必须都接入下拉电阻,即使所用到的按键比较少时,也不能将其中未连接键盘的引脚上的下拉电阻省略。


WH8281芯片内部具有26个寄存器,包括16个显示寄存器和10个特殊功能寄存器,共用一段连续的地址,其地址范围是00H~19H,其中OOH~OFH为显示寄存器,其余为特殊寄存器,所有的操作均通过对这26个寄存器的访问完成。


WH8281与MCU的接口共需要三根线,只占用很少的I/0口资源和主机时间。它们是数据线DAT,时钟线CLK和按键指示KEY,其中CLK和KEY引脚分别为输入和输出引脚,而DAT脚则为双向口,其内部为OPEN DRAIN(OD)结构,需要外接一个2OKΩ左右的上拉电阻,以使其能可靠地输出高电平。


仿真实验板采用了两块4位一体的共阳极LED数码管(如图11-6所示),这种数码管的各同名段连接在一起共用一个引脚引出,各位(每位数码管的公共端)单独引出。





11-7  LED显示位驱动电路

由于段驱动电流较小,为简单起见,由WH8281的串行数据口经移位寄存器直接驱动(加限流电阻)。而LED数码管的位电流较大,故采用三极管来驱动(如图11-7所示)。位扫描信号由WH8281的并行数据口给出。


相比于静态显示方式(1根口线驱动一个LED),动态扫描方式需要的口线要少得多。如仿真实验板上有8位数码管,每位数码管有8LED,如果采用静态驱动方式,则需要8×864根口线来驱动。而采用动态驱动方式,只需要8(段驱动)+8(位驱动)=16根口线。


动态方式利用了人眼的视觉暂留效应,每位数码管依次显示一个较短的时间,虽然每个瞬时只有一位数码管在显示,但对观察者看来,好像所有的数码管是在同时显示一样。





11-8  阵列式键盘接口电路

虽然动态显示方式节省了口线,但对编程提高了要求。每位数码管显示的时间(或频率)需要在一个合理的范围:显示频率通常在25Hz以上才能保证较好的显示效果。频率低于25Hz时,观察者能够看出数码管在闪烁,频率在25Hz左右,有相当一部分人能够感觉到数码管的闪烁,当频率增加到50Hz时,数码管看上去就十分流畅、舒服了。但显示频率再增加,几乎没有人能够分辨出显示效果的改善。显示频率过高,显示程序耗时大幅度增加,编程困难,显示亮度下降。


利用显示的位扫描,同样可以实现扫描(阵列)式键盘。在LED数码管显示时,每个瞬时WH8281给出位扫描信号只有1根口线为低电平。由串行数据口经移位寄存器而转换成的口线组成“列”,而由并行数据口的8根线组成“行”,在行列的焦点上放置一个按键(如图11-8所示)


11.1.4  存储器


ADuC845/7/8最多可以扩展出<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />16M的外部存储器。P0口分时复用分别作为数据总线和地址总线的低8位地址线:在访问(读或写)外部存储器时,P0口先输出需要访问的存储器低8位地址(A7A0),在ALE(单片机给出的地址锁存信号)作用下,把这8位地址锁存到地址锁存器中(通常采用8位锁存器芯片74HC57374HC373),然后单片机把要写入到外部存储器的数据送到P0口,通过写控制信号把数据写到外部存储器中,或在读控制信号的作用下把外部存储器的数据读到P0口,然后读到单片机的累加器ACC中。这就是P0口的分时复用。在实验板中,采用74HC573作为锁存器锁存P0口给出的低8位地址。





11-9  外部存储器接口电路

ADuC845/7/8P2口也是分时复用的,它分时输出高8位地址(A23A16)和中8位地址(A15A8),先给出高8位地址,也是在ALE信号的作用下使外部地址锁存器锁存高8位地址(与低8位地址在同一时刻和同一ALE脉冲作用下),然后给出中8位地址,这样ADuC845/7/8能够外接16M的外部存储器。与标准80C51相同的是,ADuC845/7/8P2口自己能够锁存中8位地址(相当于80C51的高8位地址A15A8),不同的是80C51地址范围为A15A0,只能外接64k字节的外部存储器,没有A23A16,所以80C51只锁存输出地址A15A8


在实验板中,采用32k字节的随机读写数据存储器(random access memory,RAMHM62256作为外部数据存储器。由于只需要64k字节以内的存储器空间,所以只采用一片74HC573锁存低8位地址,由P2口直接锁存输出中8位地址,与标准的80C51的使用方法一样(如图11-9所示)。


11.1.5  模拟接口电路





2-10  模拟接口电路

       为了方便实验,在实验板上设计了简单的模拟接口电路,如图11-10所示。

    模拟输入信号ADCIN接有R1C1构成的抗混叠(低通)滤波器,该电路的信号输出到ADuC845/7/8P1.0,即模拟/数字转换器的第0通道ADC0。所以,实验时可以将外部信号接入ADCIN的插座。


    运放U1D接成跟随器的形式,它作为ADuC845/7/8的数字/模拟转换器DAC0的缓冲输出。


运放U1A也是接成跟随器的形式,但它作为ADuC845/7/8的参考电源的缓冲输出,可以用于其它外部电路使用。同时,该电路通过R8C9构成的抗混叠滤波器输入到ADuC845/7/8的模拟/数字转换器的第7通道ADC7,用于检验ADuC845/7/8的模拟/数字转换器的工作正常与否。


    4运放LM324中剩余的二个运放的输入端和输出端均已引出,让读者用于其它需要扩展的电路中。


11.1.6  电源电路


仿真实验板电源电路如图11-11所示。220V的交流电适配器输出的9V直流由插座H5输入。经过C9C15的滤波输入到三端稳压器7905。注意:7905-5V输出的稳压集成电路,因而7905的输出端(3端)比接地端(1端)要抵5V。所以在电路中把3端作为地(DGND),而把1端作为DVDD,以保证单片机的工作电压是所需的、稳定的+5V。图中的LED发光管D3主要用作电源的指示。



11-11  仿真实验板的电源电路


 


之所以采用这样不同寻常的电源结构,是为了利用稳压块7905的压降提供一个负电源给运放工作,即7905原本输出的-5V作为地,原来的地就作为+5V,保证单片机的供电为正确的+5V电源,而原来比-5V还低2V未稳压的电源现在作为-2V给运放供电。由于运放具有较高的电源抑制比,虽然-2V没有经过稳压,但对于读者做实验没有什么影响。


仿真实验板的数字电路和模拟电路的电源线采用了各自走线的方法,以减少数字电路和模拟电路之间的相互干扰,特别是数字电路对模拟电路的干扰。如果采用完全独立的两套电源为数字电路和模拟电路分别供电,将显著地增加电路的复杂性和成本。电路中用两个小电阻R5R6,分别将数字电路和模拟电路的电源隔离。实际电路可以将R5R6以导线直接短接来代替。这种方法在不怎么增加电路的复杂性和成本的情况下,显著地降低数字电路和模拟电路之间的相互干扰。


发光二极管(LEDD3用作电源指示,R7是限流电阻。


电源电路中的二极管D1用于极性保护,避免读者不小心在接电源时接反了电源极性而损坏电路。顺便提示:如果在插入电源后实验板的D3不亮,请检查电源的极性是否正确,电压值是否合适(太高了7905发热严重,太低了电路不能正常工作,一般应在7V9V之间)。


11.1.7  初步认识ADuC845/7/8实验板


11-12所示为实验板元器件安装图(PCB板的TOPOVERLAY层)。由图中可以看出,由于采用了ADuC845/7/8,电路板虽然不大,但功能齐全,能够满足一般情况下的绝大多数的新产品开发的要求。如果还需要一些实验板上没有的功能,实验板上的扩展区也可满足多数情况下的扩展需要。

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文章评论1条评论)

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用户394421 2007-10-31 09:24

你好,你有没有这本书的电子版,可否发给我一份,我的邮箱:zhanghan_it@126.com

谢谢。

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