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1、第八章 片上系统及在系统可 编程技术,8.1 C8051F系列全集成混合信号片上系统 8.2 PSD3xxx系列51片上系统 8.3 高精度数据采集系统ADuC8xx 8.4 廉价实用的的P89LPC900系列 在系统可编程技术,SOC片上系统的概念,类似于单片机，只是集成了一些更多的功能模块，它本质上仍是一个完整的单片机，有处理器，有各种接口 所有的开发都是基于已经存在的系统架构，应用者要做的就是开发软件程序和加外部设备。 SOC的一大特点就是仿真工具不只支持对软件程序的编译调试，同时也支持对硬件架构的编译调试，如果不满意硬件架构设计可以通过程序直接更改。MCU的硬件架构是固定的,几种常用系
2、列的片上系统简介,C8051F系列 高速高精度模数转换 丰富的外设接口:SPI、I2C等 高速度 边界扫描技术进行系统调试及现场编程,8.1 C8051F系列全集成混合信号片上系统,高速高精度模数转换 丰富的外设接口:SPI、I2C等 丰富的存储器 边界扫描技术进行系统调试及现场编程 高速度,特点,8.1 C8051F系列全集成混合信号片上系统,1)高速高精度模数转换 8路A/D转换器（10b或12b，转换速率100kHz,模拟输入通道带有程控放大器); 8路A/D转换器（10b或12b，转换速率500kHz,模拟输入通道带有程控放大器); 2路12b分辨率的D/A转换器； 2路模拟比较器,2
3、)丰富的外设接口,SPI、I2C、双异步串行口、5个16b计数器/定时器、5个16b通用定时器等 所有外设I/O端口可以被重定向为特殊I/O端口或第二功能,3)丰富的存储器,64KB现场可编程FLASH程序存储器 4KB用MOVX指令访问的片内数据存储器 256B用MOV指令访问的片内数据存储器 128B可擦除FLASH存储器等,4)边界扫描技术进行系统调试及现场编程,效率高，在真实系统上仿真 可以直接修改存储器和寄存器、设置断点、设置监视点、单步执行程序、连续执行程序或暂停等。 查错时，所有模拟和数字外设都可正常工作。,5）高速度,70%的指令仅用12个时钟周期执行,C8501F02x开发工
4、具包,图8.2 C8501F02x开发环境,开发工具包提供了 完整的开发所需的 硬件和软件套件,2、uPSD3XXX系列51片上系统,极大的存储空间 片内PLD（可编程逻辑器件） 支持USB 快速开发工具 速度及模拟信号处理上略显不足,特点,1）极大的FLASH存储空间,FLASH存储空间（256KB或128KB+32KB) 片内XRAM存储空间（uPSD3254达32KB，掉电时可由电池独立供电),2）片内PLD（可编程逻辑器件）,由片内带16个输出宏单元和20个输入宏单元的构成 无需分立的连接逻辑、移位寄存器、计数器、外设片选、键盘接口、延时发生器、时钟分频器、译码器和乘法器等,3）支持U
5、SB,其片上系统USB模块可直接通过特殊功能寄存器完成低速的USB通信。,4）快速开发工具,Windows界面的开发软件， 许多可编程功能可直接通过图形化编程解决，而无需使用硬件描述语言进行编程。,5）速度及模拟信号处理上略显不足,3、高精度数据采集系统ADuC8XX,24位的高分辨率-A/D转换器 带输入缓冲器和程控放大器（最大128倍） 模拟输入通道数多大10个 2路恒流源输出 片上带64KB程序存储器、4KB数据存储器、2KB静态存储器 片上带温度传感器、看门狗、电源监视器等 通过串口进行现场程序下载 单脚仿真器,1)ADuC845/847/848基本性能,生产厂家ADI公司,应用,片上
6、系统的设计目标是高精度数据采集产品,2)ADuC845/847/848基本系统配置,单周期8052MCU内核 10路AIN-MUX多路转换开关 恒流源混合器 主转换器 辅助转换器 电源监视 单脚仿真器,BUF,单周期8052MCU内核,AIN-MUX,辅助转换器,BUF,ADuC845内部结构,ADuC845基本连接,3）ADuC824基本系统配置,41脚PSEN用于现场 程序下载配置； 3脚传感器提供恒流源； 外部参考电压由R1提供； R2保证AIN2在正常工作电压范围内； 满摆特性要求AIN1和AIN2AGND+100mV； ADM810用于系统复位及电源监视 ADM202为RS232C收
7、发器,4、廉价实用的P89LPC900系列,功能强大、性能优越、速度快、价格低，在许多方面处于领先地位 3.3V工作电压，功耗低 未自称片上系统 具有快速51系列MCU内核,生产厂家Philips公司,LPC90x，适用于功能单一的场合 LPC92x，适用于工业简单应用场合 LPC93x，适用按键检测场合，特别适合仪器控制 LPC94x，为双片系统（封装一片LPC938和一片LCD控制器PCF8576D，适用与段式LCD屏接口 LPC95x，提供较多I/O接口，增加了JTAG接口以方便仿真调试,不同型号应用场合,5、在系统（现场）可编程技术,使用串行口编程 使用SPI接口编程 需要专门的转换器
8、，通过并行口、串行口或USB接口与计算机相连 使用边界扫描技术编程需要专门的转换器 只有功能足够强，结构足够复杂的器件才支持JTAG技术 使用USB接口编程,在系统可编程技术应用背景： 产品升级中，软件升级占很大比重，现场再编 程非常重要。,主要采用技术：,1）使用串行口编程,必须以全双工方式连接串行口， 使用RS-232C在线编程时，需注意晶振频率的选择,2）使用SPI接口编程,需要增加通信口转换器，通过并行口或串行口或USB转换成SPI接口； 通常需专用编程电缆（下载线）； 建议使用带插口的IDC-10插座 插座引脚按图8.21排列,3）使用边界扫描技术编程,只有功能足够强，结构足够复杂的
9、器件才支持JTAG技术，由JTAG支持在线调试或仿真 JTAG接口使用USB- JTAG转换器实现,ARM7以上系列单片机都嵌入JTAG作为其基本功能,能地跟踪高速的ARM系列32b单片系统的程序执行,4）使用USB接口编程,AT89C5130/AT89C5131可使用USB接口进行现场编程； 多数器件并不具备USB接口，所以USB接口进行现场编程得期间很少,6.实例：ADuC845/847/848 用户板设计,快速升级系统的有效途径是对厂家提供的评估板研究来熟悉新系统,1） ADuC845/847/848评估户板,ADI公司在网上公布了技术资料，可通过这些资料进行研究 简单的电源；使用低噪声
10、精密基准电压源作为A/D的参考电压 模拟部分线路板不使用部分应使用模拟地信号覆铜 数字部分线路板不使用部分应使用数字地信号覆铜 重要器件电源部分应加退偶电容,4线,评估板原理图,数字电源,模拟电源,2）开发软件,WSD(Windows Serial Downloader串行下载器）-将目标程序经串行口下载到目标机上，即现场编程，常用于对原有软件的升级 WASP(Windows Analog Ssoftware Program)用于对ADuC系列数据采集系统、用户目标板的性能评估 Aspire-功能强大的51系列单片机集成开发环境，可进行源程序编辑、汇编、下载、调试等操作，需由单脚仿真器（第三方
11、开发）配合。否则，仅支持汇编语言开发，不支持C语言开发。,开发系统提供几种软件（ADI),3）通过串行口调试程序,目标板与PC机的串口通信联络正常，通过PSEN复位目标板或重新上电 进行软件仿真调试,4）程序下载,通过Aspire程序下载目标代码到目标机 若串口符合下载条件，使用WSD下载目标代码更方便,5）单脚仿真器,仅适用ADuC的EA脚进行程序仿真调试的装置。当需要调试串行通信软件时，如果ADuC的串口已用于仿真调试，则串行通信软件将无法调试，使用单脚仿真器可解决这一问题,单脚仿真器与PC机连接时，占用PC记得一个串行口 可由目标板供电，也可单独供电,6）用户板设计要点,复位电路 调试模
12、式 使用单脚仿真器调试 串行口及通过串口调试 振荡电路 功耗及节电模式,7、使用ADuC845/847的高分辨率数字电子称,（1）电源电路 4路电源2路用于模拟（12V,5V)，2路用于数字电路(5V,5V),系统由电源电路、供桥电流、基准电压源、数据采集系统和键盘显示电路组成,（2）供桥电路 采用单运放的非对称供桥，基准电压由LM336-5或ADR425/435提供,（3）传感器与系统连接 要向ADuC845提供参考电压，以保证满量程测试。 参考电压由供桥电压分压经低噪声放大器电压跟随器提供 ，其值应略大于放大后信号的最大值,（4）键盘、显示部分单独做一块板 显示采用7219，按键接通用I/O口,（5）与上位机通信 RS232C和RS485两种接口,
