文旭成 武漢中原電子集團(tuán)有限公司

1 前言

跳頻濾波器在工作時(shí)，需將整個(gè)頻段的最優(yōu)頻點(diǎn)信息存儲(chǔ)于外部FLASH中來(lái)調(diào)用，因此需要將相應(yīng)的控制碼對(duì)應(yīng)其地址寫入外部FLASH，由于產(chǎn)品的需要，需設(shè)計(jì)一款獨(dú)立的外部FLASH讀寫系統(tǒng)，而C8051單片機(jī)是完全集成的混合信號(hào)系統(tǒng)級(jí)芯片 [1]，可實(shí)現(xiàn)對(duì)外部FLASH存儲(chǔ)器的讀寫操作。由于其成本低，操作簡(jiǎn)單，故該系統(tǒng)采用單片機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

2 系統(tǒng)硬件組成及原理

本系統(tǒng)電氣部分主要由電源、單片機(jī)及FLASH三部分組成，PC通過(guò)JTAG口對(duì)單片機(jī)燒寫程序，通過(guò)UART0與單片機(jī)進(jìn)行串口通信，單片機(jī)及FLASH供電由電源部分提供。

2.1 電源電路

單片機(jī)及FLASH需要2.7V～3.6V供電，該系統(tǒng)采用3.3V供電，由于該讀寫系統(tǒng)所在的整個(gè)系統(tǒng)電源為+24V，故將其轉(zhuǎn)換為3.3V，該部分由電源芯片LM2675完成，經(jīng)過(guò)外圍濾波器件濾波后，其可穩(wěn)定輸出3.3V電壓。

2.2 串口通信電路

該系統(tǒng)使用UART0進(jìn)行串口通信，軟件將其配置到P0.0和P0.1。由于單片機(jī)輸入、輸出電平是TTL電平，而PC機(jī)配置的是RS-232標(biāo)準(zhǔn)串行接口，二者的電氣規(guī)范不一致，因此要完成單片機(jī)與PC機(jī)的數(shù)據(jù)通訊，必須對(duì)單片機(jī)輸出的TTL電平進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。常用的TTL與RS-232電平轉(zhuǎn)換芯片為MAX3232, MAX3232是MAXIM公司生產(chǎn)的芯片，使用單一電源電壓VCC（該系統(tǒng)使用+3.3V供電），該芯片與單片機(jī)的接口電路非常簡(jiǎn)單，只需要外接4個(gè)0.1uF的電容，即可實(shí)現(xiàn)TTL與RS-232兩種電平的轉(zhuǎn)換。該芯片將單片機(jī)發(fā)出的TTL電平轉(zhuǎn)化為RS-232電平信號(hào)，收/發(fā)信號(hào)從9芯插座通過(guò)RS-232電纜傳送到PC機(jī)。

2.3 JTAG口配置電路

C8051F021單片機(jī)具有片內(nèi)JTAG邊界掃描和調(diào)試電路，通過(guò)4腳JTAG接口并使用安裝在最終應(yīng)用系統(tǒng)中的產(chǎn)品器件就可以進(jìn)行非侵入式、全速的在系統(tǒng)調(diào)試。JTAG編程口根據(jù)其引腳其定義，直接連接至單片機(jī)對(duì)應(yīng)引腳即可。

2.4 普通I/O口配置電路

本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中FLASH芯片的地址輸入端與單片機(jī)的P2口相連，數(shù)據(jù)輸入/輸出端與單片機(jī)的P0和P3口相連，控制線OE、WE分別與單片機(jī)的P0.6、P0.7相連，其余接口進(jìn)行相應(yīng)的拉高及拉低操作。由于外部接口引腳數(shù)的限制，高位地址無(wú)法獨(dú)立與單片機(jī)管腳相連，根據(jù)該FLASH的編程數(shù)據(jù)的特點(diǎn)，可將A16與A15直接拉低，將A14、A12、A10、A8與A6相連，接入單片機(jī)的同一引腳P2.6，將A13、A11、A9與A7相連，接入單片機(jī)的同一引腳P2.7。該連接方法能夠滿足FLASH初始化過(guò)程中的讀寫要求及寫保護(hù)要求。

3 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 單片機(jī)程序設(shè)計(jì)

由于單片機(jī)多應(yīng)用于實(shí)時(shí)性較強(qiáng)的控制場(chǎng)合，為了盡量少占用CPU的時(shí)間充分發(fā)揮CPU的功能，本系統(tǒng)在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中采用中斷方式與微機(jī)進(jìn)行通信，當(dāng)通信條件滿足時(shí)，就轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序向微機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。單片機(jī)程序的主要部分為串口初始化和發(fā)送及接收程序。串口初始化程序主要規(guī)定雙方的通信設(shè)置，確定具體的數(shù)據(jù)格式和波特率。發(fā)送及接收程序則是完成在PC機(jī)發(fā)送命令后，發(fā)送和接收數(shù)據(jù)的功能。

3.2 上位機(jī)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)利用VB自帶的通信控件MSComm來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信。先在窗體加載程序中實(shí)現(xiàn)串口的初始化，包括選擇和打開串口，設(shè)置串口的波特率和串口工作方式。在通信過(guò)程中，上位機(jī)通過(guò)MSComm控件的自動(dòng)響應(yīng)功能來(lái)接收數(shù)據(jù)，通信結(jié)束后，必須關(guān)閉串口以釋放資源。

4 功能實(shí)現(xiàn)

功能的實(shí)現(xiàn)需進(jìn)行PCB設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)使用的是Cadence 的Allegro 軟件，無(wú)論是對(duì)前端設(shè)計(jì)開發(fā)（原理圖設(shè)計(jì)），還是對(duì)PCB板級(jí)設(shè)計(jì)，PCB布線實(shí)體的架構(gòu)[2]，均可集成于Cadence中實(shí)現(xiàn)。

PCB板裝配完成后，將程序通過(guò)JTAG口燒寫固化到單片機(jī)中，連接好串口及FLASH相關(guān)引腳線后，由上位機(jī)選擇相應(yīng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行下載。在線校驗(yàn)無(wú)誤后，通過(guò)查看實(shí)際濾波器的跳頻狀態(tài)，驗(yàn)證得知寫入數(shù)據(jù)正確，能夠正確控制濾波器進(jìn)行跳頻，符合設(shè)計(jì)要求。

5 總結(jié)

本文闡述了一種基于單片機(jī)的外部FLASH讀寫系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。從原理圖設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、PCB版圖設(shè)計(jì)到實(shí)物功能驗(yàn)證，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于單片機(jī)的外部FLASH的讀寫功能，設(shè)計(jì)結(jié)果經(jīng)實(shí)際產(chǎn)品驗(yàn)證，滿足跳頻濾波器中數(shù)據(jù)讀寫的功能要求。

[1]童長(zhǎng)飛.C8051F系列單片機(jī)開發(fā)與C語(yǔ)言編程[M].北京.北京航空航天大學(xué)出版社.2005;

[2]周潤(rùn)景,劉夢(mèng)男,蘇良昱.Cadence高速電路板設(shè)計(jì)與仿真：原理圖與PCB設(shè)計(jì)（第4版）[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.7.