第四章控制系統(tǒng)硬件模塊化設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn)

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1、第四章控制系統(tǒng)硬件模塊化設(shè)計(jì)研究與實(shí)現(xiàn)4.1微處理器的選擇由于機(jī)械手控制系統(tǒng)屮沒(méi)有大量的信號(hào)需要處理，同時(shí)又要滿足控制要求，決定釆用美國(guó)SiliconLabs公司的C8051F型單片機(jī)，具體型號(hào)為C8051F020。從嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的角度來(lái)看，單片機(jī)的技術(shù)發(fā)展經(jīng)歷了SCM（SingleChipMicrocomputer,單片微型計(jì)算機(jī)），MCU（MicrocontrollerUnit，微控制器）以及SoC（SystemonChip,片上系統(tǒng)）三個(gè)階段。該單片機(jī)C8051F020為高度集成的混合信號(hào)SoC系統(tǒng)級(jí)芯片，具有與8051

2、單片機(jī)兼容的高速、流水線CIP-51微處理器內(nèi)核，與MCS-51指令集完全兼容。64K字節(jié)可在線編程的FLASH存儲(chǔ)器,可尋址64K字節(jié)地址空間的外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口等資源。除了具有標(biāo)準(zhǔn)8051的數(shù)字外設(shè)部件外，片內(nèi)還集成了數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中的常用的模擬部件及其他一些數(shù)字外設(shè)部件

3、151。C8051F020單片機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)如閣4.1所示。aJTAQ?*a?n?i:aVTOB1vt?B■LVOO■r於。3rTLoa、og1，av*B!AV,B■一acnoa—iaonoaTCXTVSTOXTAtlXTAU8O51內(nèi)核<-?0-0-SF

4、R9A64K**5FLASH256**5RAM>義幵關(guān)TP0Orv?P2DfyP3Orv??°cc，flwP1CAIS，cH7AIS1??a-5~*?P3C■^■>0”，4K乎，RAM71VR2F1VWCFa*VK?D0-CAC*9*c*cca*v*e*c*r?oAiM：?AiM：2*r?3AiNC4MFCSArcoANerOOB-C^O"o-cpi?a-cpi-aA??--Pd^0P5*??[PfitflABIP7暇

5、P5OR7P4ORV3P6DRVP-0RVP4C?“?H瓢戰(zhàn)□-?SOM時(shí)?AtfWCAfiB

6、GZCP770?圖4.1C8051F020單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖Fig.4.1C8051F020SCMinternalstructurediagramC8051F020的封裝為100腳TQ型式。其屮電源10根，分為數(shù)字電源和模擬電源。JIAG接口引腳為6根。C8051F020單片機(jī)是混合信號(hào)型的單片機(jī)所以引腳分為數(shù)字子系統(tǒng)引腳（64根）和模擬子系統(tǒng)（18根）。I/O端U有復(fù)用方式和非復(fù)用方式兩種方式。C8051F020單片機(jī)引腳如圖4.2所示。82oz52XCOlciwireo7K$TOCTDI7D0X5TCF1-Ol-CP&.C3^

7、AGXDAV*VttFACXDAV*WDwoVXZKAD?OADO:.UNO：AD0O3AXX04AD?*ADCO.■UNO-l、lvixiOS2V1XrzndAISINlvrz-$dafvOSdW(lznaa§izi92苣mV?zcionrw660§>Old達(dá)01SV-la.MV/11MIVrzssrlMWrz/HSC-5V>z22>liri59￡i=HV9$d2vr￡s<^.S215V宏ssvi--KKAl?mA?P^6.U:WPf*ADOD^F^OADIDinAD：o:rr2ADJO3FT3,O*D4P-.4AD：O5P

8、^JAwomAD'O*rrrVK>DGXDwoMlPO-2WJW4AXXM5^XWT.00?P30AD1O1WIAD2P2W2ADiOiWJT45!55-ivIVZd/KKSV02253C?SHS0￡?n卜I種卜附I種I種I種I種卜附圖4.2C8051F020引腳結(jié)構(gòu)圖Fig.4.2TheC8051F020pinstructurepicture在C8051F系列單片機(jī)中采用交叉開(kāi)關(guān)網(wǎng)絡(luò)以硬件方式實(shí)現(xiàn)I/O端口的靈括配置。在這種通過(guò)交叉開(kāi)關(guān)配置的I/O端口的系統(tǒng)中，單片機(jī)外部為通用I/O口，內(nèi)有輸入/輸出的電路單元通過(guò)相應(yīng)的配置寄存

9、器控制的交叉開(kāi)關(guān)配置到所選擇的端U上。對(duì)C8051F020引腳功能的熟悉是設(shè)計(jì)外圍硬件電路和繪制電路原理圖的基礎(chǔ)。只有深刻的理解這100個(gè)引腳每個(gè)引腳的功能，復(fù)用方式，才能合理分配使用每個(gè)引腳，在與外圍硬件電路的設(shè)計(jì)中達(dá)到C8051F020效能的最大化。4.2模塊化控制系統(tǒng)硬件總體設(shè)計(jì)方法4.2.1單片機(jī)外圍硬件電路設(shè)計(jì)基本原則C8051F020SOC型單片機(jī)具有集成度高，功能強(qiáng)大的特點(diǎn)。過(guò)去設(shè)計(jì)單片機(jī)系統(tǒng)往往采取的是搭積木式擴(kuò)展的方式。根據(jù)需要將外設(shè)(如A/D，D/A,RAM等)進(jìn)行片外擴(kuò)展，體積規(guī)模較大，與之相配合的供電，時(shí)鐘

10、信號(hào)，抗干擾一系列問(wèn)題也要考慮，系統(tǒng)的復(fù)雜程度越大故障點(diǎn)就越多。而片上系統(tǒng)具奮高度集成性，我們要做的只是根據(jù)自己的設(shè)計(jì)要求進(jìn)行設(shè)置。因此，應(yīng)用SoC系統(tǒng)可靠性會(huì)提高不少［16］。盡管如此，SoC設(shè)計(jì)與應(yīng)用仍然有一些共性的問(wèn)題和設(shè)計(jì)原則需要處理，處理