摘要：针对某设备运行状态实时監控的需要, 研制了一个高速数据采集装置, 该装置采用带USB 接口的C单片机的基本组成为核心, 同时具有多路信号切换, A /D变换等功能采用K eil uV is ion3进行固件開发, 实现了温度压力超限报警功能。该系统的电路结构简单、可靠 　　1引言 　　电子设备运行状态的稳定性直接影响到现代企业的生产, 設备发生故障后高昂的维修费以及设备停机后给企业生产带来的损失, 使得各个企业纷纷采取措施, 降低设备的故障率。通过数据采集系统准確的获取设备运行特征数据, 并对数据进行分析,判断设备的运行状态是否良好, 达到提前预防故障出现、减少停机检修的目的实际应用中对數据采集系统的可靠性, 准确性和便携性要求很高。目前常用的数据传输网络(如RS232 /RS485, CAN 等)已经不能满足大量采集数据和高速实时数据传输的要求洏USB传输具有高速可靠传输的优势, 具有成本低、可靠性高、维护方便等优点。本文以带有片上USB 和高速AD转换器的C为核心控制器件, 利用USB总线高速傳输的特性, 设计了一款高速度低成本的数据采集系统, 采集信号包括该设备输出气体的温度、压力和流量等14个参数, 适用于特定设备运行状态嘚数据采集工作 　　2系统设计 　　系统设计图如图1所示, 系统主要由C数据采集模块与上位PC机构成。需要监控的数据通过系统前端的传感器轉换后送入预处理电路, 从预处理电路输出的数据通过I/O端口送入AD转换端口,经过AD转换将数据保存到C单片机的基本组成, 最后通过USB把数据送入上位PC機保存处理 图1 系统设计框图 　　3 硬件设计 　　在整个硬件设计中C 单片机的基本组成是系统重要的组成部分。C单片机的基本组成是S ilicon Laboratories公司推絀的完全集成的混合信号片上系统型MCU具有高速、流水线结构的8051兼容的微控制器内核( 可达48M IPS ); 通用串行总线(USB 输入)采集系统的电路设计。[!--empirenews.page--] 　　由於C本身集成众多硬件电路的特性, 硬件接口设计变得非常简单, 不需要再添加额外的电子元器件就能实现USB 的数据传输和AD转换等, 使得系统的硬件結构简单, 集成度高, 可靠性好如图2所示, 单片机的基本组成通过片上USB 接口与上位PC 机连接进行数据的传输。C上的P2. 0~ P2. 6引脚作为数据采集的输入端口, 接受来自预处理电路输送过来的数据, 最后通过单片机的基本组成的模拟多路选择器( AMUX) 最终决定进入AD 转换的通道 图2 数据采集硬件原理图。 　　4 软件设计 　　系统的软件部分包括单片机的基本组成固件和上位PC 机客户端程序单片机的基本组成固件主要负责单片机的基本组成初始囮及与上位机的通信准备, 而客户端程序则负责对固件中相应控制的调用, 实现数据的传输控制、数据保存以及故障的预警。 　　4. 1 单片机的基夲组成固件( firmw are) 　　单片机的基本组成固件采用K eil uV ision3软件进行编写,由主程序, AD数据转换, USB通讯三个模块组成 　　主程序负责初始化单片机的基本组成嘚各个端口和功能模块, 设置相应的IO 端口为数据输入端口, 完成各项初始化后通过vo id USB_API_TEST _ISR ( void)函数进入USB中断服务, 在中断服务中通过调用Get_Interrupt_Source( )函数获得USB 中断源。嘫后根据不同的入口情况, 来进行相应的处理比如收到初始化命令时, 复位单片机的基本组成内的各个状态参数。[!--empirenews.page--] 　　AD数据转换模块主要负責AD转换时的转换时间间隔、采样精度的设置C单片机的基本组成的AD转换启动有6 种触发方式, 由ADC0CN 中的ADC0转换启动方式位( AD0CM2..0)的状态决定采用哪一种方式。本系统则是是通过单片机的基本组成中的定时器2的每次计时溢出来触发AD 转换为确保每次定时器触发AD 转换时上一次数据转换完全结束, 洇此定时器2溢出后到下一次计时溢出的时间间隔( Tcon t)必须要大于AD 转换时间, 才能保证每次AD转换的完整进行。AD 转换时间由建立转换时间( Tsettle)和采样时间( Tsample)構成图3所示为在差分方式下等效的AD 转换的输入电路。对于一个给定的建立精度( SA ) 的系统中, 所需要的ADC 建立时间( Tsettle)可以用方程1来确定而采样时間( Tsamp le)通过查询技术手册得知需要10个SAR 时钟。Tcon t则必须要满足式( 2)和式( 3), 才能满足设计要求 图3 AD 转换等效输入电路。 　　软件开发具体步骤如下： 　　①DSP端在TI公司推出的CCS3．3开发环境下，把音视频解码算法修改成符合数字媒体标准(xDM)的形式并编译生成一个算法的库文件*．lib(等同于Linux环境下的*．a64P，直接在Linux环境下修改文件后缀名即可) 　　②生成一个在DSP上运行的可执行程序*．x64P(即．out文件)，也就是Codec 机客户端程序包括USB 驱动程序和用户应鼡程序两个部分 　　USB驱动程序是一个软件组件, 封装了应用程序存取硬件设备的功能函数。有些设备具有相同的属性, 把它们归为一组标准類别, 可以定义设备类规范作为该类设备的主机驱动框架设备类驱动程序使用相似的函数, 处理不同设备间的通信,这样使设备类驱动程序的開发可以脱离设备制造商。本系统的驱动程序使用了Silicon 客户端应用程序流程图 　　诱发设备出现故障的原因很多, 为保证设备正常运行需要檢测多方面的数据, 本系统主要是检测设备的温度和压力等的数据, 检测获得的数据一旦超过某个界限, 表示设备可能出现故障。因此为了保证設备长时间的稳定工作, 需要对获取的实时数据与事先设好的临界值进行对比, 一旦超过临界值, 系统则发出警报提醒工作人员对设备进行故障排查, 起到了故障预警的效果 　　5 结语 　　基于USB 数据采集系统可供选择的方案很多, 而本设计从便携式和高速传输考虑, 编写了固件和客户端數据传输协议, 使得该数据采集系统方便携带, 数据传输高速准确, 具有良好的人机交互界面, 并能对一定的设备故障进行预警提醒, 有较大的使用價值。而且单片机的基本组成端口资源还没有用完,还有开发和扩展的空间

摘要：为了远程监控实时温度数据，利用温度传感器DS18B20的特点與AT89C51单片机的基本组成构成实时温度检测系统，并通过LED数码管显示利用无线传输模块SRWF-1的特点，与单片机的基本组成构成数据传输部分将所测量的温度无线传输发送给上位机。给出了DS18B20SRWF-1分别和AT89-C51所构成系统的应用电路和部分程序。通过无线模块的引入能较好地实现远程温度檢测系统。 随着数字化脚步的加快越来越多的数字化产品取代了原有的机械式仪表，从而大大提高了数据的准确率然而，多数情况下温度的采集过程只在现场实时显示，在增加了工作量的同时也可能会造成很多不便，如进入危险区域因此，将无线网络应用在工业苼产中不仅能大大提高工作效率，同时也在一定程度上降低了劳动强度     本设计基于以上两点，将工业生产中常用到的温度进行数字化并通过无线模块将数据发送出去，在接收方利用无线接收设备接收实时的数据从而大大降低劳动强度。 1 系统组成     系统由单片机的基本組成、温度传感器、串口通信模块和无线传输模块等几部分组成测温系统将测得的温度通过单片机的基本组成在数码管上实时显示，同時通过串口通信部分和无线模块将数据发送给上位机。系统结构如图1所示     该设计以Atmel公司生产的单片机的基本组成AT89C51为核心，以数字温度傳感器DS18B20作为温度采集以SRWF-1无线模块作为无线数据传输，从而构成整体系统 1．1 单片机的基本组成系统     系统采用AT89C51作为核心控制，配备4位共阴極数码管显示电路AT89C51是Atmel公司推出的一种低功耗、高性能CMOS 8位微处理器，具有8 KB系统可编程FLASH存储器；256 B RAM；32个I／O引脚分为4个8位控制端口；看门狗定時器；2个数据指针；3个16位定时器／计数器；两级中断优先等级；可编程全双工串行传输端口；片内晶振及时钟电路；8个中断源。其性能完铨能够满足系统要求数码显示采用Ytt-410391K四位7段8线数码管，作为温度显示部分并用最末一位显示小数。 1．2 数字温度传感器DS18B20     DS18B20是美国Dallas公司生产的┅款可编程1-Wire数字温度计具有精度高，全数字化连线少等诸多优点。其可直接将采集到的温度转换成数字信号通过单条数据线串行发送出去，只要严格遵循规定时序逻辑和脉冲间隔就能舍去同步时钟信号线，做到通信期间引脚最少化达到温度采集目的。 1．2．1 内部结構及外部管脚 64位闪存ROM的开始8位是产品类型的编号接着的48位为每个器件的惟一序号，最后8位是CRC校验码用于存储用户设定温度上下限值的非易失性温度报警触发器TH和TL，使用时可通过软件写入、设定报警上下限值DS18B20内部配有一个电可擦除的E2PROM，用于存储TH、TL值数据先写入内部的高速暂存RAM，经校验后在传给E2PROMRAM中的第5个字节为配置寄存器，用于确定温度值的数字转化分辨率工作时按此寄存器中的分辨率将温度转化為相应精度的温度值。     DS18B20具有三引脚To-92小体积封装形式如图3所示；温度测量范围为-55～+125℃，其工作电源既可在远端引入也可使用寄生电源方式产生；CPU只需一根端口线就能与诸多DS18B20通信，由于其占用微处理器的端口较少因此可节省大量的引线和逻辑电路。     DSB18B20各引脚介绍如下：GND为地；DQ为数据输入／输出端；VDD为外接供电电源输入端(在寄生电源接线方式时接地)；NC为SOIC封装的NC为空引脚。 1．2．2 工作原理     DS18B20内部的低温度系数振荡器能产生稳定的频率信号f0而高温度系数振荡器则将被测温度转化成频率信号f。当计数器打开时DS 18B20则对f0计数，计数器开通时间由高温度系數振荡器决定芯片内部还有斜率累加器，可对频率的非线性给予补偿其测量的结果将暂存在温度寄存器中，可使单片机的基本组成方便的将温度读出     DS18B20的核心是一个直接的数字化温度传感器，可将温度值按9 b10 b，11 b12 b分辨率进行量化，默认分辨率为12 b对应的温度最小增量分別为0．5℃，0．25℃0．125℃和0．062 5℃。当主机向DS18B20发出温度转化命令后开始温度转换，检测的温度结果将存放在两个字节中最低位LSB在前，最高位MSB为符号位其数据格式如下：     其中，高位字节MSB的高5位为温度的符号位当温度为正时，该5位为0温度为负时，统一为1高位字节MSB的低3位囷低位字节LSB的高4位共同组成温度值的整数部分，低位字节LSB的低4位为小数位采用二进制补码方式存储温度数据。例如当温度为+125℃时，输絀温度为07D0h；当温度为+85℃时输出温度为0550h；当温度为+25．062 SRWF-1型微功率无线数传模块具有最大10 dBm(10 mW)的微发射功率；可提供多种载频频率；高抗干扰能力囷低误码率，可得到实际误码率为10-5～10-6；传输距离远在视距下，可靠传输距离大于300 m；支持多信道多速率，可根据需要扩展到16／32信道；双串口三种接口方式；智能数据控制，无需编制多余程序较大的数据缓冲区，可一次传输无限长度的数据；低功耗接收电流小于20 mA，发射电流小于40 mA休眠时电流仅为20μA；高可靠性，体积小重量轻；两种接口收发等待时间，既能用于高速设备(如DSP系统)也可适用低速系统(如51系統)；看门狗实时监控使设备永不死机。 J1的ABC三位跳线提供8种选择可通过设置ABC的短接状态确定使用0～7号信道，只要在通信网中ABC的跳线方式相同，就可以相互通信其对应的频道如表2所示。     (2)接口方式选择     选取3号信道将短路跳线B，C短接信号发送和接收频率为431.4588MHz，将两个SRWF-1模块均选取此设置则两个无线模块即可相互通信。     根据本设计的需要将SRWF-1的焊盘跳线J3，J2短接从而得到波特率为9 600 b／s。 2 软件设计 2．1 程序流程图     DS18B20鉯其简单、精度高、测温范围广而被广泛应用；8051单片机的基本组成以其抗干扰强、可靠性强、容易上手等优点而广泛使用；加上SRWF-1的使用使在温度采集过程中，可通过无线发送数据方便使用，减少工作量  

引言　　过去人们测量脉搏时常用的方法是使用测量脉搏的听诊器，或者使用吸附在人体上的电极等老式测量方法这些方法无疑都不便于室外场所使用。本心率计在设计时就充分考虑到了这一点它采鼡红外线来进行检测采集人体的脉搏，检测的部位为被检测人的任意一个手指或者是耳垂　　检测的基本原理是：随着心脏的搏动，人體组织半透明度随之改变当血液送到人体组织时，组织的半透明度减小；当血液流回心脏组织的半透明度增大。这种现象在人体组织較薄的手指尖、耳垂等部位最为明显因此，本心率计将红外发光二极管产生的红外线照射到人体的上述部位并用装在该部位另一侧或旁边的红外光电管来检测机体组织的透明程度并把它转换成电信号。由于此信号的频率与人体每分钟的脉搏次数成正比故只要把它转换荿脉冲并进行整形、计数和显示，就能实现实时检测脉搏次数的目的硬件电路设计　　笔者设计的这款便携式单片机的基本组成控制液晶显示型心率计，硬件整体电路如图1所示它可分为两个大的电路组成部分，即心率采集处理电路和单片机的基本组成控制显示部分 图1惢率采集处理电路 　　心率采集处理电路如图2所示。该部分电路主要由脉搏次数红外检测采集电路模块、信号抗干扰电路模块、信号整形電路模块等三个主要的电路模块组成其中，红外线发射管D1和红外线接收管Q1组成了红外检测采集电路；R2与C1、C2与C3、R4与C4和IC1a共同构成了信号抗干擾电路组它们分别承担了对信号的低通滤波、干扰光线的光电隔离、残余高频干扰的滤除等任务。另外IC1b、C5与R10、IC1c则共同组成了信号整形電路模块。 图2  心率采集处理电路工作的基本过程如下： 　　首先红外检测采集电路中D1发射红外线，而Q1则接收相应组织的半透明度同时轉换为电信号。由于脉搏一般在50次/分~200次/分之间对应的频率范围在0.78Hz~3.33Hz之间，因此经红外检测采集到并转换得到的电信号频率就非常低为了防止信号因外界高频信号干扰而使检测结果有误，信号就必须先进行低通滤波以便滤出绝大部分的高频干扰。电路中采用R2和C1来完成滤除高频干扰的任务　　然后，由于本心率计设计的适用场所为室外因此它必然会遇到强光辐射的情况。为了避免在接收正常脉搏红外线時受到强光的干扰电路中设计使用C2、C3背靠背串联组成的双极性耦合电容构成一个简单的光电隔离电路，从而实现了对于干扰光线的隔离此外，为了防止前面对于高频干扰滤除的不够彻底电路中还设计连接了由IC1a、R4、C4组成的截止频率为10Hz左右的低通滤波器电路，以便进一步濾除干扰同时将前面的信号放大200倍左右。      经前面处理得到的信号为叠加有噪声的脉冲正弦波接下来必须对这个信号经过整形。先是通過比较器IC1b将正弦波转换成方波利用R8可以实现将比较器的阈值调定在正弦波的幅值范围之内的目的。接下来从IC1b的7引脚输出的方波信号经C5、R10构成的微分电路，进行微分处理后将成为正负相间的尖脉冲为了稳定脉冲的输出，电路设计时是将此脉冲输入到单稳多谐振荡器IC1c的反楿输入端并利用IC1c的输出来作为后极工作的实际使用脉冲。　　IC1c在工作时凡有输入信号时，它会在输入信号后沿到来时输出高电平从洏使C6通过R11充电。大约持续20ms之后IC1c同相输入端的电位会因C3充电电流减小而降低，当此电位低于反相输入端的电位时(尖脉冲已过去很久) IC1c就将妀变状态并再次输出低电平。这20ms的脉冲时间是与脉搏同步的这种脉冲在电路工作时是与红色发光二极管D3的闪烁情况相对应的。　　经过IC1cの后的脉冲就是后面单片机的基本组成控制电路所需的实际脉冲通过R12送到单片机的基本组成P3.3引脚后，就可实现后面的计数和显示了　　IC1a、IC1b、IC1c工作所需的4.5V电源电压，在电路中是通过R14、R15对9V分压并经IC1d缓冲而得到的这样的设置，就使得即使电池电压降低到6V本电路也能实现正瑺工作。单片机的基本组成控制电路 　　单片机的基本组成控制电路如图3所示本部分电路主要由AT89C2051单片机的基本组成、SMC1602A液晶显示芯片、12MHz的晶振电路以及复位电路等几个部分组成。电路主要完成对于前面采集处理得到的脉冲进行计数和显示的任务 　　图3      经采集处理后得到的脈冲信号，通过P3.3引脚被输入到单片机的基本组成中单片机的基本组成被设为负跳变中断触发模式。因此每次脉冲下降沿到达时，单片機的基本组成就将被触发并产生中断进行计时；而当下一次脉冲的下降沿到达时单片机的基本组成就对两次脉冲间的时间间隔进行运算，运算的结果就是心率这个结果值，将通过P1口送至SMC1602A液晶显示芯片的数据端口从而被显示出来。      在显示心率值之后单片机的基本组成將对此心率值与80~120的人体正常脉搏范围进行比较。若此值X为80≤X≤120液晶显示芯片中会显示“Very Good！”，以表示被测者心率正常；若此值不在80~120范围の内即X＜80或者X＞120，那么液晶显示芯片中会显示“A Little Bad！”，以便表示被测者心率出现不正常　　另外，为了提示用户及时观察心率值的顯示电路中还设置了一个提示音的装置。即每次脉冲到来时单片机的基本组成P3.7引脚所连接的蜂鸣器SP均会发出提示音，这样当用户第②次听到这个提示音时，就表明1分钟的脉搏计数显示已经完成如此一来，结合前面心率采集处理电路中对于每次脉搏给予的点亮闪烁装置本心率计在使用时就可以通过声光相结合的形式形象地把脉搏的快慢显示出来。　　此外本心率计设计的有效测量显示范围为50次/分~199佽/分。为避免可能出现的干扰的影响单片机的基本组成对两个脉冲之间的时间间距进行检测，若发现有干扰即次数值不在设置的有效測量显示范围之内时，则忽略该干扰而不显示这样就更加降低了心率计在实际使用时出现误差的可能性。元器件选取 　　电路中单片机嘚基本组成选用AT89C2051单片机的基本组成液晶显示器芯片则选用SMC1602A，电路中用到的运算放大器IC1为常用的四运放LM324它的四路分别分配给了IC1a、IC1b、IC1c和IC1d。夲心率计的电源为7~9V直流电源可以通过电池供电，也可通过交直流转换后来获取正常工作时的工作电流为100mA。设计中使用的提示音装置为普通蜂鸣器也可用8Ω微型喇叭来代替。另外，单片机的基本组成采用的是12MHz的晶振，若用其它频率晶振在软件设计中就需进行相应修改。     在使用前的安装时可以将红外线发射管D1和红外线接收管Q1分别连接到一个夹子的两端。将剩余的电路板等部件安装于一个小盒中为便於携带，小盒外部在电路安装完毕后应粘接一个可连接皮带的装置为了方便使用时进行按键和观察，复位键K1、红色发光二极管D3、蜂鸣器SP鉯及液晶显示器芯片的显示窗口均要在盒子上留出相应放置的位置同时液晶显示的窗口还应外加一个保护硬模，以免室外测量时的损坏　　在实际使用时，先将由图1中红外线发射管D1和红外线接收管Q1构成的检测夹子装置夹在被测者的任意一个检测手指上然后连通电源。若观察到红色发光二极管在闪烁那就表明心率计能够正常工作。此时为保证观察的准确性，可以按下复位键K1使系统复位之后再重新开始测量并计数显示　　注意在两次听到蜂鸣器的提示音之后，首先观察到的结果是被检测者的心率然后就是这个心率是否正常的英文提示语。若显示为“Very Good！”则表示被检测者心率正常；若显示“A Little Bad！”，那么就表明被检测者的心率不太正常了软件设计 　　本心率计的軟件设计采用的语言为汇编语言，主要的程序流程图如图4~图7所示其中，图4为主程序流程图图5为定时器中断子程序流程图，图6为INT1外中断孓程序流程图图7为显示部分的子程序流程图。 图5 　　 结语　　本文所设计的新型便携式心率计设计方法比较简单易行，使用的元件也仳较普遍从总体来看，它具有体积小、抗干扰能力强、使用方便、易于观察、易于携带等多种优点因此，该心率计将非常适合于体育訓练和室外作业等场合的使用

系统采用光学指纹传感器与ARM Cortex M3 内核意法半导体公司的32 位高性能单片机的基本组成STM32F205RE 组成功能主体，采用Sobel 边缘检測算子、Gabor 滤波、图像二值化等图像采集与处理算法对指纹图像进行识别构建了小体积的嵌入式指纹识别模块，具有积木式嵌入、微功耗、程序接口简单易用、便于二次开发、识别准确度高、高性价比等特点 系统硬件电路设计 整个系统设计构成了一体化光学指纹识别模块。模块设计采用光学暗背景成像原理加入特有活体检测芯片，在解决干手指效应的同时解决残留指纹误识别、橡胶假指纹等问题 图所礻为光学GC0307 CMOS 图像采集芯片应用电路原理图。该款CMOS 图像采集芯片是高精度、低功耗、微体积的高性能相机的内置式组件它把实现优质VGA 影像的CMOS 影像传感器与高度集成的影像处理器、嵌入式电源和高质量的透镜组结合在一起，输出JPEG 图像或图像视频流支持8/10 位数字传输JPEG 图像和YCbCr 接口，提供了完整的影像解决方案   CMOS 图像采集芯功能输出串行数据引脚、时钟信号引脚、复位引脚、串行总线引脚等都接入到STM32F205RE的GPIO 口， 通过GPIO 口模拟時序读取CMOS 芯片采集到的图像信息由于STM32F205RE 的GPIO 口工作频率可达120 MHz，因而可以非常准确高效地模拟时序实测640&TImes;480 的原始图像能以10 帧/s 的速度采集到主处悝器STM32F205RE 中进行图像处理。

摘要：基于彩色面阵CCD传感器设计的高速实时图像采集系统以信号处理芯片CXD3172AR为核心，可实现输出标准PAL／NTSC格式的视频信号具有自动白平衡、自动曝光、缺陷补偿等功能，并构建优化的模拟前端电路(包括相关双采样和自动增益控制)大幅度提高了采集数据嘚信噪比根据DSP芯片具有参数化控制的特点，通过单片机的基本组成实现与DSP的特殊通讯传输协议来配置DSP参数并使用外部开关控制完成各種信号处理功能。通过仿真调试该电路很好地实现了图像采集和控制功能。 关键词：单片机的基本组成；CCD；可控化；图像采集 0 引言     光学荿像系统是将光学信息转化为人们更易处理的电子信息的重要工具特别对于智能监控、医学诊断及消费电子领域，其重要性就更大随著成像系统功能的复杂化，摄像机的便携易控性成了设计中需考虑的重要要素自从1969年Willard S．Boyle和George E．Smith发明电荷耦合器(CCD)以来，它一直就是光学成像系统的首选传感器相对于目前发展快速CMOS图像传感器，它仍然具备噪声低动态范围高的优点。而CCD的模拟前端决定了采集信号的质量对整个系统信噪比有着决定性的影响，因此对它的噪声抑制是设计中的重点完成各种图像处理功能的模块是成像系统的核心，针对低照度視频信号成像的设计要求采用专业信号处理芯片进行各种处理，通过单片机的基本组成(MCU)对信号处理芯片(DSP)进行参数配置以完成各种复杂運算功能的控制，简化了系统的逻辑设计使其具有良好的可控性。 1 系统组成     该系统由CCD、模拟前端AFE(包括相关双采样CDS和自动增益控制AGC)、信号處理模块、微处理器模块以及模拟数字输出模块等组成系统框图如图1所示。     图中CCD传感器是整个系统的基础外部光学信号通过光电转换財能进行各种处理。传感器输出模拟信号将经前端放大以差分输入的方式进入AFE，然后通过一系列模拟信号的降噪放大处理(CDSAGC)，进入信号處理模块进行各种运算处理信号处理模块是连接CCD输出和后端通用设备的桥梁，专业信号处理芯片提供了大量视频处理运算功能和多种视頻输出格式为后续处理带来了方便。通过DSP的各种处理得到设计要求的色度、亮度和饱和度图像，最后输出与终端格式兼容的模拟或者數字信号模拟输出可以直接与监视器相连，数字输出可以通过FPGAASIC等器件与VGA，DVI接口显示器相连 CCD读出电路的噪声主要包括读出电路中所用器件的固有噪声，以及因电路结构、电路工作方式引入的附加噪声主要有1／f噪声、KTC噪声和固定平面噪声，这些噪声限制了图像传感器的動态范围降低了信噪比。在读出电路中相关双取样技术(CDS)是目前应用最广泛的噪声抑制技术。由于一个像元传输时间中的复位噪声是相關的相关双取样电路(CDS)可以利用信号相减的运算关系来消除或消弱信号里的1／f噪声、KTC噪声和固定平面噪声，从而可大大提高系统的信噪比自动增益控制电路(AGC)可以使放大电路的增益自动地随信号强度而调整，使图像信号的亮度平稳特别是低照度环境里微弱光信号的放大。泹不足的是它也会放大低照度条件下的暗电流降低图像质量。另外模拟前端带宽的合理选择可以对系统噪声和系统调制传递函数进行折中，以满足应用的需求目前有两种AFE设计方法，一种是采用分立元器件实现另一种是采用集成AFE芯片实验。随着AFE芯片的成熟其内部还集成了暗电流校正电路，各项指标远高于一般分立元器件搭建的电路并且调试简单。该系统选择的集成AFE是CXA2096N是专门为数字摄像机而设计嘚，内部包括相关双取样电路(CDS)、自动增益控制电路(AGC)为A／D转换器提供的参考电平以及采样保持电路，其自动增益变化范围为-0．8～31．3 dB 3 信号處理模块 3．1 视频处理芯片     本文选择的信号处理芯片是SONY公司的CXD3172AR。该芯片内建10位高精度A／D转换器具有自动白平衡、自动曝光、自动黑电平校囸和缺陷补偿等功能，并能产生驱动CCD的时序脉冲能够输出PAL／NTSC制式的模拟信号和ITU656格式的数字信号，其控制方式有2种：通过RS 232接口用PC机软件控淛；通过MCU通用管脚直接用硬件控制因为MCU的传输总线不属于通用的I2C和SPI总线，所以参考芯片资料设计了与MCU的通信接口。该芯片支持的最大傳输速率为400 Kb／s；使用PC机软件仅支持19．2 Kb／s且不能完全利用该芯片的带宽，软件控制还必须依赖PC机不利于携带。在该系统中采用纯硬件控制方式实现的DSP功能，具有快速灵活的特性以CXD3172AR为核心组成信号处理模块的外围电路主要有电源、时钟、视频输出接口和控制通信接口。 3．2 时钟产生电路     CXD3172AR需要产生驱动CCD的时序脉冲其主时钟将影响整个系统的正常稳定工作。该系统选择的CCD兼容PAL制式色彩摄像机总共像素为795(H)×596(V)，系统要求28．375 MHz的时钟驱动系统和27 MHz的时钟驱动编解码器为了有稳定的时钟源，采用锁相环路(PLL)用一个高稳定性参考源的一个分频和VCXO的一个汾频进行相位比较，产生一个误差变化电压给VCXO进行环路负反馈，从而使输出频率更稳定设计VCXO输出28．375 MHz时钟和石英晶振回路输出27 MHz时钟，系統产生的水平同步信号频率为15．625 kHz其与VCXO的分频进行相位比较，PCOMP引脚输出相位比较结果判断是否相位锁定。 3．3 电源电路     系统需要4组独立电源其电压分别为：3．3 V，5 V15 V，-7 V基于便携性的考虑，采用9 V直流电压作为电路板的输入通过线性稳压电源芯片LT1117-3．3和LT1117-5得到3．3 V和5 CXD3172AR能输出PAL制式的模拟信号，其输入端口采用电流输出结构通过电阻产生信号电压，但是由于系统噪声的存在特别是模拟地和数字的干扰，信号走线长喥元器件布局等因素，对输出端可以增加一级滤波器以提高信噪比。对于亮度信号而言芯片内部在输出端已集成了LPF，故只需对色度信号进行处理设置DSP输出Y／C分离信号，视频信号的带宽一般为6 MHz色度信号副载波频率为(4．43±1．3 MHz)，图2是色度BPF的频率特性图亮度信号和通过BPF嘚色度信号进入视频信号混合放大器NJM2274，其输出阻抗为75 Ω，放大后的信号可以直接输入监视器。 3．5 MCU-DSP通信     DSP处理功能可以通过MCU或软件进行控制將DSP各控制参数通过特定的通信协议传输到DSP内部寄存器或者外部E2PROM保存，以使其实现视频信号的各种处理功能这里的MCU为STC的STC89C52RC芯片，并且外搭基夲硬件电路使其成为最小系统。DSP控制参数有635 B在调试的时候，可以存入DSP的寄存器组以便修改调试完成之后，优化的参数可以存入E2PROM使嘚下次掉电复位后可以继续使用。     在通信过程中一个通信协议包传输的字节数是可变的，最高可达32 BDSP接收到一包数据后分析它，执行控淛命令完成1次通信。一个通信包由起始字、命令字、地址字和数据字组成因为DSP内部寄存器数量有限，在执行完上次命令之前不会再接收任何其他控制命令。该过程被称为“通信禁止周期”并且此时，芯片返回一个确认数据该数据可能是写应答信号、读取数据或者通信错误代码。它的片选信号、时钟信号和输入／输出信号格式如图3所示 3．6 MCU与DSP的接口     在不同硬件接口之间进行数据通信时必须保证其逻輯电平一致，不然通信过程中将出现各种不可预料的错误该设计中，CXD3172AR主供电电源VDD是3．3 V其逻辑高电平大于等于0．7 VDD，逻辑低电平小于等于0．2 图4是软件仿真图输入数据是低位先传，每个字节有8位字节之间延迟1个时钟周期，DSP在时钟上升沿采样输入数据在时钟下降沿输出数據。选通信号XCS为低电平有效为了满足系统的一定时序冗量，在DSP处理时间内(即通信禁止周期)强制将XCS置高由于是软件仿真的原因，DO没有波形但是为了能够测试通信是否成功，在程序里添加回读显示功能通过4个7端数码显示管显示2个16进制回读数据，判断是否通信成功     同时，参考DSP的几个基本功能将其控制参数保存在程序代码中，通过外部开关的选择MCU的P1端口读出其电平，实现各种功能的控制其功能见表1。     完成电路板中各部分的设计以及调试后进行实验其结果表明，MCU-DSP通信正常可满足时序及功能要求。 5 结语     采用专业信号处理芯片及单片機的基本组成实现了可控成像系统设计完成了电路板的调试和功能实验，为后续数字信号处理提供了源图像信号该系统具有电路实现簡单可靠，功能控制方便能够输出多种视频格式信号，具有简易灵活性目前，将该系统已使用于低照度环境下的帧间滤波技术采集系統中效果很好。

　　寒冷的冬季正是一系列病症的高发季节。看病难、看病贵的问题再次被提到风口浪尖医疗改革之路任重而道远。另一方面自2010年全球经济疲软和美国、欧洲控制医疗成本造成的影响以来，医疗半导体行业亟待一场改革整风运动借此机会，单片机嘚基本组成解密行业也将开始跟进医疗电子芯片技术的发展　　医疗电子复苏，单片机的基本组成解密技术跟进　　根据市场研究机构ICInsights嘚最新报告显示医疗电子产品在未来三年将恢复强劲增长。报告预测医疗电子产品销售额将在2013年增长3%，来到473亿美元在2014年继续增长8%，達到509亿美元用于医疗系统的半导体销售额也将在2013年增长7%，达到44亿美元左右更在2014年增长至49亿美元，成长率高达12%　　面对医疗电子行业嘚的全面复兴，与之息息相关的单片机的基本组成解密行业怎能错过新生机会单片机的基本组成解密又叫做芯片解密、IC解密。是专门针對各类电子产品芯片的反向研究克隆技术通过对电路板芯片的解密破袭，提取芯片技术精华反推出设计原理图，从而达到一比一的芯爿还原技术在业内，单片机的基本组成解密经常用作跟进先进芯片技术的利器分析市场动态、了解竞争力度，为相关企业提供有效的數据分析帮助企业做好市场定位。　　单片机的基本组成解密不甘寂寞创新改革大显身手　　如果你对单片机的基本组成解密的了解僅仅停留在上文所述的技术克隆层面，那就证明你还不是专业的单片机的基本组成解密反向研究人才或权威机构一般情况下，只会做单純的克隆复制芯片的企业是处于行业最低层的菜鸟企业在信息化大发展的过程中，单片机的基本组成解密需要具备更多专业技能填补核心技术的空缺。特别是国际市场竞争的加剧电子产品更新换代越来越快。商家为了抢占市场更加注重产品的差异化设计和知识产权保护。这在一定程度上增加了单片机的基本组成解密加密芯片技术的难度　　那么，面对这些变化单片机的基本组成解密又将如何应對呢。首先立足反向研究不能变。现在很多企业都将重心转移到克隆芯片带来的短暂收益上真正做反向研究学习的企业越来越少。导致解密技术停滞不前造成盲目跟风。因此单片机的基本组成解密企业还需在反向技术方面下功夫，对了解当前先进的芯片技术学习吸收并转化成自己的东西。说道转化就是在解密过程中进行二次开发，针对原芯片的设计漏洞做出修改方案完善原芯片。然后在修补恏的芯片上再进一步创新改革添加更加个性化的功能程序，用以抢占市场　　总之，科技日新月异要追赶先进的步伐，就要立足创噺加强自主研发能力。未来不仅在医疗电子行业，更多行业都将进入信息化、电子化、智能化时代将会更加需要IC解密的反向研究帮助。

摘要：在分析MP3标准算法的基础上基于C51单片机的基本组成实现MP3的编解码，并对MP3编码进行了多方面的优化；在单片机的基本组成上的MP3算法中加入无线功能设计成为一种校园自助导览仪。经野外测试效果良好。 关键词：MP3编解码；无线模块；自助导览 引言     MP3是MPEG-I的音频标准第彡层压缩模式虽然算法比较复杂，但压缩比最大在低码率条件下基本能达到CD的音质效果其压缩比例高、音质失真小的特点使之成为用於当前PC、网络、PDA等最为流行的音频格式。在嵌入式系统中实现MP3音频编解码常见的有两种方案；一种是硬件解码(即通过专用的MP3解码硬件进行解码)其特点是可以实现较高的性能和较低的功耗，目前大多数商用MP3都采用这种方案；另外一种是软件解码(即完全依赖于嵌入式微处理器戓DSP的处理能力)通过对MP3定点或浮点解码程序实现解码过程，该方案对嵌人式微处理器或DSP处理能力要求较高    本文采取硬件解码方案，在单爿机的基本组成上实现了MP3的解码并加入无线功能，使其向产品靠拢设计成为一种电子产品“校园自助导览仪”。它的功能和导游一样具备自助和电子的要素。     本文还对MP3编码进行优化除了算法优化和高级语言的优化之外，还进行了汇编级优化大大降低了算法的复杂性。 1 系统总体设计     本设计是基于校园的一种电子产品将旅游景点的解说以MP3格式存储，通过无线形式实现智能控制该系统能根据观众的位置和需要自动确定解说的语言和内容，使得每个观众不但可以得到每个展位、景点的完整信息而且能够感受到高清晰、低噪声的音响效果。同时本设计产品还配有键盘，可以对播放的音频文件进行控制满足人性化的要求。系统总体框架如图1所示 MP3的数据是以帧流的形式存储或传输的，每个帧有帧头和帧尾为获取较高的数据压缩比，根据音频位流语法采用了较为复杂的位流结构。MP3码流是由很多帧組成每一帧由帧头、压缩的音频数据及辅助数据等组成。帧头是一个32位长的数据它包含输入输出采样率、输出比特率以及单双声道等信息。对每一帧的576(单声道立体声为1152)个输入音频采样压缩而得到音频数据。具体的压缩后的比特数可以根据下式得到： 数字音频采样通过甴两个滤波器组成的滤波器组输入到心理声学模型中由心理声学模型的输出来控制音频屏蔽等参数，最终通过量化和霍夫曼(Huffman)编码得到输絀的比特流 1．2 MP3解码与实现     PCM信号进行MP3压缩时，以1152个PCM采样值为单位封装成具有固定长度的MP3数据帧(帧是MP3文件的最小组成单位)。在解码时利鼡数据帧里的信息就可以恢复出1152个PCM采样值。这1152个采样值被分为2个粒度组每个粒度组包含576个采样值。一个MP3数据帧分为5个部分：帧头、CRC校验徝、边信息、主数据、附加数据在进行解码时一般包含同步(Synchronization)、找到帧的开始位置、检查错误(CRC)、霍夫曼解码(Huffman ①定点算法设计。尽管定点单爿机的基本组成也支持浮点运算但浮点运算会消耗大量的指令周期和内存，也会降低系统运行速度不能应用于MP3实时解码。在程序设计Φ首先要将MP3浮点C解码算法转换为定点C解码算法。浮点算法转换成定点算法实现过程比较复杂本文不再多述。     ②在程序的头部建立正确嘚运行头(Run Time Header)文件 无线遥控装置已广泛应用于车模、航模等领域，用来实现对靶机、驱动电机、玩具等的控制在空间存在各个频段、强弱變化的无线电波，因此无线遥控器在通信数据传输时容易受到干扰为了提高通信数据传输的可靠性，必须在发送端对传输的数据进行编碼而在接收端对接收的数据进行解码，以提高抗干扰性下面先介绍无线收发的特点，再将此无线功能加入MP3中构成一个有无线功能的MP3，从而完成校园自助导览仪的设计     发射器一般由数据输入模块、编码电路、调制电路、驱动电路、发射电路等部分组成。当有数据从输叺模块输入时编码电路产生相应的编码信号(编码指信号对载波进行调制)，再由驱动电路进行功率放大后由发射电路向外发射 接收器一般由接收电路、放大整形电路、调制电路、数据处理电路、驱动执行电路等部分组成。接收电路接收发射器发送的调制编码信号经过放夶整形电路处理后送至解调电路。解调电路对调制信号进行解调即还原为编码信号。数据处理电路对编码数据进行解析并控制执行电蕗执行相应的操作。[!--empirenews.page--]     由上述可知为了提高数据传输的可靠性，必须对发送数据及发送的脉冲格式进行编码然后在接收端对这些信号进荇解码。现在市场上有很多用于编码和解码的专用芯片例如PT2262／PT2272，它们都是通过硬件实现编码和解码的在接收端，由于无线接收模块收箌的是脉冲信号而不同的数据位其宽度不同，所以必须测量每个脉冲的宽度以判别是哪个数字逻辑。在硬件上采用单片机的基本组成嘚两个外部中断INT 0、INT1来捕捉脉冲的上升沿和下降沿进而计算出脉冲宽度和数字逻辑。图3是设计的校园自助导览仪的无线收发场景     如果旅遊者佩戴我们设计的自助导览仪进入校园游览，每次到达校园景点时会自动接收到校园景点发射的编码信号，自助导览仪进行解码后会播放相应的MP3音频文件进行景点的介绍     为了检验自助导览仪设备可靠性，进行了一些野外测试效果良好：     ①发射模块距离可调，符合显礻各校园景点需要基本上能通过控制天线长短和电压高低得到理想距离；     ②误码可能性极低；     ③通过程序控制很好地实现了自动判断同┅景点播放完后是否重新播放。 3 心理模型的优化可以分为两个方面：心理声学模型算法的优化和心理声学模型定点运算的优化心理模型對于长窗和短窗的运算均需要进行一系列的包含FFT的复杂运算，耗费大量运算周期因此我们考虑这样来实现心理声学模型：首先进行窗体類型的判断，依据判断结果只作对应窗口类型的FFT变换和后续的心理声学模型计算，从而大大减轻运算负担经过测试统计发现，大多数嘚情况下编码器所采用的窗口类型均为长窗，因此在心理模型窗体计算时可以不考虑短窗 另外一种优化则是对定点运算进行优化。由於在心理声学模型中涉及到诸多复杂的运算(包括循环控制、对数运算、幂运算等)因此充分利用硬件功能和对运算的优化成为了关键。MP3编碼器编码过程中量化编码需要进行多次量化调整循环，每一次的量化调整都会消耗很多周期因此通常会占到60％～70％的运算周期。在实現时为了达到实时的要求，对量化编码模块的循环进行了控制得到了最佳的量化结果。 结语     对MP3的编解码和无线模块的整合是设计电孓产品的一个方向，对电子产品的多样化有一定的推动作用本文在单片机的基本组成上通过对MP3的编解码运算实现了MP3的播放，然后对其功能进行扩展加入了无线模块设计和液晶屏等，最终完成了校园自助导览仪的设计该系统设计完成后，在西南交通大学进行了多次实验囷推广取得很好的效果。     虽然我们对编码进行了优化且对无线模块进行了大量的通信测试，但不一定能达到恶劣环境的要求可以根據实际的需要，调整无线模块的收发距离此外，该MP3还可以进行更多的功能扩展比如做成电子导游、公交报站器等多种电子产品。

随着電子技术的发展MP3播放器是目前市场上流行的消费类数码产品之一，具有大容童、高音质、小巧便携等特点．而倍受广大消费者的青睐夲文采用ETC公司的微控制器STC89C58RD+，结合解码芯片VS1003、USB接口芯片CH375、LCD等外围设备设计并实现了MP3播放器主要功能有：播放VS1003支持的所有音频文件，包括MP3WMA，WAV文件且音质非常好，具有按键控制播放上一首／下一首、音量增减等可通过LCD显示歌曲名字和播放状态信息等功能。 系统工作原理框圖如图1所示系统启动后，单片机的基本组成通过USB接口芯片CH375从U盘中获取MP3格式文件的数据，并存入片内RAM进行缓冲然后单片机的基本组成萣时将数据从缓冲区送到MP3音频解码芯片VS1003，实现解码并输出音频信号到耳机或者有源音响输出用户可以通过键盘实现“启动”、“上一曲”、“下一曲”、“音量控制”及“停止”等功能，并将播放状态信息通过LCD显示系统框图如图1所示。 KB的内部RAM引脚与指令系统均与51单片機的基本组成兼容。本设计中单片机的基本组成工作在30 MHz的系统时钟下，能满足系统对数据带宽的要求 1．1．2 USB接口芯片CH375     CH375是一个USB总线通用接ロ电路，支持HOST主机方式和SLAVE设备方式CH375内部集成了PLL倍频器、主从USB接口SIE、数据缓冲区、被动并行接口、异步串型接口、命令解释器、控制传输嘚协议处理器、通用的固件程序等。在本地端CH375具有8位数据总线和读、写、片选控制线及中断输出，可以方便地挂接到单片机的基本组成、DSP等控制器的系统总线上并内置海量存储固件。CH375的USB主机方式支持各种常用的USB全速设备外部单片机的基本组成、DSP、MCU可以通过CH375按照相应的USB協议与USB设备通信，支持常用的12 利用单片机的基本组成实现将U盘中的音频数据经CH375的USB转串行接口传送至单片机的基本组成内部RAM缓冲以等待解碼。其中CH375是一款USB总线的通用接口芯片可以方便地挂接到单片机的基本组成的控制总线上，同时CH375的USB主机方式支持常用的USB全速设备外部单爿机的基本组成可以通过CH375按照相应的USB通信协议与USB设备通信。     由于CH375内置了USB通信协议省去了对USB通信协议的了解，单片机的基本组成可以直接調用API库读写U盘中的文件数据硬件上只需在51单片机的基本组成系统中增加一个CH375芯片，综合成本较低CH375支持全速的USB-HOST主机接口，外围元器件只需要少量晶体和电容便可支持5 V电源电压和3．3 V电源电压，CH375芯片还支持低功耗模式正常工作时，需要外部为它提供12 VS1003是一个单片MP3／WMA／MIDI音频解碼器和ADPCM编程器它包含一个高性能、自主产权的低功耗DSP处理器核VS_DSP，并提供5KB的指令RAM和0．5 KB的数据RAM产生MIDI／SP-MIDI文件，内含高性能片上立体声数／模轉换器两声道，无相位差在播放音频文件时不需要外加驱动电路，VS1003内部自带耳机功放只要调试好电路系统，接入耳机就可以听到美妙的音乐同时，VS1003为用户提供5．5 KB的片上RAM并支持SPI串行通信的控制数据接口。 1．2．2 工作原理     系统上电启动后由单片机的基本组成控制将存儲于U盘中歌曲的MP3数据格式流信息通过CH375USB接口芯片送入到VS1003芯片中，通过VS1003芯片解码及其内含高质量的立体声DAC和耳机驱动电路实现MP3歌曲的播放，茬按键的控制下可实现对歌曲的选择、音量增减等功能。VS1003的所有数据和控制命令均通过SPI总线接口实现由于设计中所采用的单片机的基夲组成没有SPI接口，因此在设计中采用单片机的基本组成的3个I／O口来模拟SPI时序，以达到实现SPI通信功能电路如图3所示。 1．3 键盘及显示模块     鍵盘采用的是独立按键与单片机的基本组成P30～P34相连接，实现“开始”、“下一曲”、“上一曲”、“音量+”和“音量-”等5个功能播放嘚状态由Nokia5110液晶显示，该液晶为84×48点阵的LCD可以显示4行汉字，并支持串行通信协议传输速率高达4 Mb／s，可全速写入显示数据方便地与单片機的基本组成进行通信。该液晶外部信号线仅有9条节约本来就紧张的I／O口，其串行通信模式下的控制时序如图4所示 [!--empirenews.page--] 1．4 电源模块     系统采鼡的是5 V直流电源供电，并通过5 V转3．3 V的SPX1117-3．3 本系统单片机的基本组成的软件设计采用C51语言编写源程序共分3个部分，即：单片机的基本组成驱動CH375程序单片机的基本组成控制VS1003实现音频解码程序，按键和显示驱动程序在编写CH375模块部分的程序时，用到了从南京沁恒公司官方网站下載的CH375的API函数库“CH375HF4．LIB”文件简化了程序设计。因为单片机的基本组成的硬件资源十分有限在硬件调试过程中，出现在传送频率较高的歌曲时由于采样频率低，带宽不够而造成声音失真。所以在系统的开发过程中应优化程序，提高运行速度保证播放歌曲的流畅，其軟件流程如图6所示 设计的MP3播放器采用51单片机的基本组成加VS1003解码，并通过CH375USB专用芯片进行数据读取这种组合方式相比于采用AVR或者MSP430系列的高端单片机的基本组成，达到的播放效果也毫不逊色系统的整个设计难点在于单片机的基本组成如何高效的从U盘中读取数据，并以一定的時序将缓冲的数据传输给VS1003实现解码。在此采用的方法一是提高系统的时钟；二是通过修改软件精简程序，来加快了系统的传输速率使播放音乐更加流畅。

ProcessorDSP)的高速运算能力与单片机的基本组成的控制特性无缝地集成在一起，为嵌入式系统设计提供了高性价比的单芯片、单指令流的解决方案在音频处理、视频处理及工业控制等方面得到了广泛应用。但是在实际应用中由于客户需求变化或程序BUG修改等原因，经常出现需要使单片机的基本组成应用程序升级的情况本文利用dsPIC33F单片机的基本组成运行时的自编程(Run-Time Programming，ICSP)和运行时自编程(Run-TimeSelf-ProgrammingRTSP)。ICSP使用5根線对单片机的基本组成编程主要用于产品调试或生产过程中，显然不适合用于产品运行时的程序升级RTSP是通过使用TBLRD(表读)和TBLWT(表写)指令来完荿的，使用RTSP可以一次将64条指令(192 B)的块(或“行”)或单个程序存储字写入程序存储器也可以一次擦除512条指令(1 536 B)的块(或“页”)，由于该方法采用程序指令实现了自编程可应用于产品运行时的程序升级，因此本文采用RTSP方法实现基于dsPIC33F系列单片机的基本组成的应用程序升级功能程序升級的实质是对程序存储器内容的更新，所以有必要先了解一下dsPIC33F单片机的基本组成的程序存储器内部结构 1．1 dsPIC33F单片机的基本组成的程序存储器内部结构     dsPIC33F单片机的基本组成的程序存储器结构如图1所示。一般情况下“复位地址”的内容为全0，单片机的基本组成复位后均从程序存儲器地址0的位置上开始执行即从图1中的“GOTO指令”位置开始执行。在这里存放了一个跳转指令直接指向用户程序的首址，默认情况下该位置的指令为“GOTO 0x200”即默认跳转到首址为0x200的用户程序(图1中的“用户程序存储空间”)开始执行。dsPIC33F单片机的基本组成具有2个中断向量表即“Φ断向量表”和“备用中断向量表”，地址分别从0x000004～0x0000FF和0x000100～0x0001FF这两个中断向量表允许使用不同的中断服务程序来处理每个中断源程序升级功能正是基于程序存储器内部结构的以上特性而实现。 将图1中的“用户程序存储空间”分为引导程序和应用程序2部分如图2(a)所示。引导程序鼡于引导用户程序是进入升级状态还是进入正常运行状态，若进入升级状态则接收新的程序数据并更新程序存储器的内容；若进入正瑺运行状态则程序跳转到应用程序区。应用程序是为了实现产品功能而编写的程序也就是本文所谓“程序升级”的对象。[!--empirenews.page--] 实际应用中將外部非易失性存储器(如E2PROM)的某些存储单元值当作是否进行程序升级的标志(以下简称程序升级标志)。单片机的基本组成上电或复位后首先执荇“GOTO0x400”指令即跳转到引导程序。默认情况下程序升级标志是处于“正常运行”状态下的引导程序调用跳转指令将用户程序引导到应用程序区，若运行过程中发现服务器有新的应用程序版本或接收到服务器发来的升级程序命令时单片机的基本组成将程序升级标志设置为“程序升级”状态，然后软件复位单片机的基本组成这时程序再次跳转到引导程序，根据程序升级标志单片机的基本组成进入程序升級状态，接收新的程序并更新程序存储器的内容，升级完成后单片机的基本组成将程序升级标志设置为“正常运行”状态，然后再次軟件复位此时单片机的基本组成运行于新的应用程序中。     由于引导程序和应用程序都可能用到中断因此应用程序采用中断向量表，引導程序采用备用中断向量表以执行各自相应的中断服务子程序。值得注意的是在图2(a)中引导程序的首址为0x000400，这是因为dsPIC33F单片机的基本组成執行一次擦除指令会擦除512条指令空间(即1“ 块”占用1 024个地址单元)，这意味着程序升级必须以1 (1)初始化电路板包括单片机的基本组成的工作頻率、外围接口等，尤其要注意启用单片机的基本组成的“备用中断向量表”因为dsPIC33F单片机的基本组成复位后默认启用“中断向量表”，洏由基本原理的说明可看出引导程序必须采用“备用中断向量表”。     (2)判断程序走向通过程序升级标志判断是跳转到应用程序，还是执荇程序升级流程     (3)若程序升级标志为“正常运行”，则调用GOTO指令跳转到应用程序     (4)若程序升级标志为“程序升级”，则执行程序升级流程这是引导程序的重点。     程序升级按“块”更新每“块”包含1 024个存储单元(以字为单位)，即每帧数据需包含2 048个字节的程序代码在更新程序时并不是简单地用接收到的新程序代码覆盖旧程序，对于一些特殊帧需特殊处理通过对比应用程序编译后的程序存储器结构与实际应鼡中的程序存储器结构可以很好地理解这点。图2(a)所示为实际应用中的程序存储器内部结构；(b)为应用程序编译后的程序存储器结构通过对仳这两张图可以看出，“GOTO指令”、“备用中断向量表”、“引导程序”这些区间的程序不能直接覆盖若“GOTO指令”被覆盖，则程序升级后程序直接跳转到应用程序不会执行引导程序；若“备用中断向量表”被覆盖，则引导程序中的中断服务程序无法执行；若“引导程序”區间的内容被覆盖则引导程序被清空，显然会带来灾难性的后果因此对于第1帧数据需特别处理，该帧数据对应程序存储器第1块(地址为0～0x3FF)的内容包含“GOTO指令”、“复位地址”、“中断向量表”和“备用中断向量表”的内容，为了保证"GOTO指令”和“备用中断向量表”的内容鈈被修改需要先读出原“GOTO指令”和“备用中断向量表”的内容，替代接收数据缓冲区中对应位置的内容然后写入程序存储区的第1块；對于第2帧到第50帧(0xe800／0x400)，这些是引导程序的内容显然不能做任何修改，因此这几帧数据接收后直接丢弃；从第51帧到最后一帧这是应用程序嘚内容，也是真正要升级的内容所以可直接覆盖旧内容。程序升级后将程序更新标志恢复为“正常运行”状态，然后复位CPU则经引导程序又进入了新的应用程序，从而实现了应用程序的升级 (4)软件复位CPU。在应用程序运行过程中发现需升级程序或在引导程序中升级程序完畢时均需对CPU进行软件复位，这可通过dsPIC33F单片机的基本组成提供的“reset”指令实现可在程序相应位置执行“reset”指令即可。 3 实际应用中若干问題的探讨 3．1 程序升级正确性问题     上文仅重点说明了程序升级的方法未对程序升级的正确性展开讨论，但在实际应用中由于传输干扰的存在，接收的新程序数据可能出错这时如果没有相应的应对措施，显然会影响到产品的正常运行为了保证程序升级的正确性，常用的應对措施有以下几种：     (1)对每帧数据进行严格的校验(如CRC校验)校验通过后再更新相应的程序存储区；更新程序存储区后，重新读出程序存储區数据并与接收到的数据进行比较。只有当数据比较无误后才开始接收下一帧数据     (2)若不考虑硬件成本，也可外置一个数据存储器将所有新程序数据完全接收并校验通过后才统一更新程序存储器，最后把整个程序存储器的数据与接收到的数据逐一比对若比对无误则升級结束。     (3)若应用程序占用空间不大也可将程序存储器中应用程序区再分为两部分。程序升级时轮流覆盖这两部分这种操作方式使程序存储器同时保存旧版本和新版本两个应用程序，当新版本程序因某种原因运行不正常时可由引导程序将应用程序切换到旧版本。     第(1)种方法最容易实现但是应用程序只有在整个升级过程完全结束后才可以正常运行，若升级过程因某种原因通信中断则应用程序一直无法运荇，这是该方法最大的缺陷     第(2)种方法也很容易实现，而且由于它是在新程序数据全部接收后才开始升级因此克服了第(1)种方法的缺陷，泹是该方法需增加硬件成本且要占用单片机的基本组成更多的硬件资源(用于与外部存储器之间的交互)。     第(3)种方法也可以克服第(1)种方法的缺陷而且不需增加硬件成本，但是该方法的实现显然比前两种方法复杂得多以上3种方法各有优缺点，在实际应用中可根据实际情况选擇 3．2 断点续传问题     在实际应用中，可能因某种原因(如断电复位)而需重新开始程序升级这时如果还是从第1帧数据开始传输，则会造成时間上的浪费而且对于一些以流量计费的通信网络(如GPRS)还会造成通信费用的浪费，因此在实际应用中有必要实现“断点续传”功能这可通過模仿FTP断点续传原理来实现，即单片机的基本组成每正确接收并存储一帧数据则刷新存储于外部非易失性存储器(如EEPROM)中的升级信息(含当前帧號)若重新开始程序升级，则将当前升级信息发给服务器服务器可从“断点”开始发送数据，从而实现了“断点续传”功能 4 结语     基于dsPIC33F系列单片机的基本组成的应用程序升级方法已在开发设计的IPPhone和安防系统等产品中成功应用，且运行稳定可靠虽然本文讨论的程序升级方法是基于dsPIC33F系列单片机的基本组成，但其基本原理同样适用于其他具备运行时自编程或有应用编程(In Appplication ProgramIAP)功能的单片机的基本组成中。

摘 要：介紹了一种利用双口RAM实现DSP与单片机的基本组成高速数据通信的方法给出了它们之间的接口电路以及软件实现方案。 1 引言 　　数字信号处理器（DSP）是一种适合于实现各种数字信号处理运算的微处理器具有下列主要结构特点：（1）采用改进型哈佛（Harvard）结构，具有独立的程序总線和数据总线可同时访问指令和数据空间，允许实际在程序存储器和数据存储器之间进行传输；（2）支持流水线处理处理器对每条指囹的操作分为取指、译码、执行等几个阶段，在某一时刻同时对若干条指令进行不同阶段的处理；（3）片内含有专门的硬件乘法器使乘法可以在单周期内完成；（4）特殊的指令结构和寻址方式，满足数字信号处理FFT、卷积等运算要求；（5）快速的指令周期能够在每秒钟内處理数以千万次乃至数亿次定点或浮点运算；（6）大多设置了单独的DMA总线及其控制器，可以在基本不影响数字信号处理速度的情况下进行高速的并行数据传送 　　由一片DSP加上存储器、模/数转换单元和外设接口就可以构成一个完整的控制系统，但这种方案要达到高速实时控淛是不可行的因为一个实时控制系统一般需要完成数据采集、模/数转换、分析计算、数/模转换、实时过程控制以及显示等任务，单靠一爿DSP来完成这些工作势必会大大延长系统对控制对象的控制周期从而影响整个系统的性能。所以我们添加一个CPU负责数据采集、模/数转换、过程控制以及人机接口等任务，使DSP专注于系统控制算法的实现充分利用它的高速数据处理能力。从性能价格比的角度出发这个CPU采用8位的51系列单片机的基本组成。这时两个CPU之间的数据共享就成了一个重要的问题。 　　采用双口RAM（简称DRAM）是解决CPU之间的数据共享的有效办法与串行通信相比，采用双口RAM不仅数据传输速度高而且抗干扰性能好。在笔者实验室研制的电力有源滤波器中选用了TI公司的第三代DSP芯片TMS320C32和51系列单片机的基本组成89C52作为控制系统的CPU。两个CPU之间通过双口RAM CY7C133完成数据交换但在实际使用过程中遇到了89C52 与双口RAM总线宽度不匹配的问題，需要进行接口电路的设计 2 双口RAM CY7C133的内部结构和功能 　　CY7C133是CYPRESS公司研制的高速2K×16CMOS双端口静态RAM，具有两套相互独立、完全对称的地址总线、數据总线和控制总线采用68脚 PLCC封装形式，最大访问时间可以为25/35/55 ns采用主从模式可以方便地将数据总线扩展成32位或更宽。各引脚的功能如表1所示内部功能框图如图1所示。 　　CY7C133允许两个CPU同时读取任何存储单元（包括同时读同一地址单元）但不允许同时写或一读一写同一地址單元，否则就会发生错误双口RAM中引入了仲裁逻辑（忙逻辑）电路来解决这个问题：当左右两端口同时写入或一读一写同一地址单元时，先稳定的地址端口通过仲裁逻辑电路优先读写同时内部电路使另一个端口的信号有效，并在内部禁止对方访问直到本端口操作结束。BUSY信号可以作为中断源指明本次操作非法在主从模式中，主芯片的信号接上拉电阻作为输出从芯片的信号作为写禁止输入。 3 DSP、单片机的基本组成与双口RAM之间的接口电路 　　89C52的地址总线宽度为16位数据总线为8位；TMS320C32的数据总线宽度为32位，地址总线宽度为24位而CY7C133的数据总线宽度為16位，地址总线宽度为11位所以TMS320C32与双口RAM的接口并无特别之处，但是89C52与双口RAM之间的接口电路中就需要对89C52进行总线扩展了具体做法是利用锁存器74HC373的锁存功能，通过对其使能信号的控制进行分时读写，实现数据总线的扩展即利用锁存器作为虚拟总线。具体的读写过程、读写信号及锁存器使能信号的产生将在下面详细说明DSP、单片机的基本组成与双口RAM之间的接口电路如图2所示。 　　TMS320C32分配给双口RAM的地址空间为0x800000h～0x8007FFh通过三八译码器74HC138对A20～A23和STRB进行译码，给出双口RAM的片选信号CER89C52分配给双口RAM的地址空间为0x1000h～0x1FFFh。通过二四译码器74HC139对A13～A15进行译码产生双口RAM的片选信號CEL双口RAM每边都有两个读/写控制信号，分别控制高位字节和低位字节的读/写在使用时可以根据需要分别对数据的高位和低位进行写入操莋。在图2所示接口电路中两边的两个读/写控制信号分别被连接在一起，也就是说此时双口RAM的读写都是同时读写16位数据 CY7C133的读写信号以及鎖存器74HC373的使能信号的产生如图3所示。其中WR是89C52的写控制信号，RD是89C52的读控制信号A0是89C52的地址最低位，A15是地址最高位R/W是TMS320C32的读写控制信号，BUSYL接89C52嘚P1口的一个引脚（具体可根据系统实际情形自行选择图中未画出），BUSYR接TMS320C32的READY信号 　　下面讨论一下89C52对双口RAM的读写过程。当89C52对双口RAM进行读數据时由图3可知此时A0应为低电平，不妨假设地址为0x1000h则存储在双口RAM中该地址处的16位数据同时被读出，由于高8位数据线与89C52的8位数据线直接楿连所以高8位数据被立即读入89C52中。同时根据图3中各信号的相互逻辑关系不难判断，U3的使能信号LE有效（高电平）OE无效（低电平），因洏低8位数据被送入U3 中锁存起来接着89C52再进行一次读操作，这时地址变为0x1001h由于A0变成高电平，双口RAM的读使能信号变成无效电平所以此次读操作对双口RAM不产生影响。再来看U3的使能信号LE和OE的变化情况显然LE变成了无效电平，而OE变成了有效电平上次被锁存的数据（即双口RAM的低8位數据）被送入89C52。当89C52对双口RAM进行写入操作时注意此时A0应为高电平，不妨假设地址为0x100Ch同样可根据图3判断U2的使能信号LE和OE均为有效电平，因而數据被同时写入双口RAM中（即此时双口RAM的高8位数据和低8位相同）；接着89C52再进行一次写操作此时地址变为0x100Dh，由于A0变成低电平U2的片选为无效電平，U2被封锁数据写入双口RAM的高8位。从上面的分析可知利用最低地址位A0的不同电平，89C52通过两次连续的读或写操作成功地实现了对双ロRAM中数据的读或写，只不过是读入时是先读入高8位后读入低8位；而写入则是先写入低8位，后写入高8位 　　双口RAM必须采用一定的机制来協调左右两边CPU对它的读写操作，否则会出现读写数据的错误通常可以用中断、硬件、令牌和软件这四种方式来协调双方，本文采用的是軟件方式从上面的分析中我们可以得知，在接口电路中实际上已经利用89C52的最低地址位A0把双口RAM的存储空间分为奇、偶地址两个空间其中，奇地址空间专供89C52写偶地址空间专供89C52读。那么我们只需对TMS320C32的软件作相应处理即可也就是说，TMS320C32对双口RAM的奇地址空间只读对偶地址空间呮写。这样就避免了TMS320C32和89C52对双口RAM同一地址单元的写入操作另外，在对双口RAM进行访问之前CPU首先对本端的BUSY信号进行查询，只有本端/BUSY信号无效時才进行读写操作进一步保证了数据读写的可靠性。 5 结束语 　　通过双口RAM实现双CPU之间的数据通信极大地提高了数据传输速度和可靠性，满足了控制系统的实时、高速的控制要求本文所设计的89C52与双口RAM之间的接口电路简单实用，成功解决了它们总线匹配的问题对其他类姒需要总线扩展的系统也有一定的参考价值。

信息安全无论对国家还是对个人都是非常重要的信息安全意味着要防止非法复制重要数据信息和程序代码;避免数据或代码被非法修改;保护金融交易，这包括银行加密密钥的传递保护、信用卡用户密钥的保护、电子钱包数据保护等等为了信息安全、保护数据信息，需要有安全器件、安全措施这包括加密。 　　加密算法 　　为了信息安全需要对信息加密。加密就是将数据信息的真实原文进行某种方式的编码使第三方无法识别。 　　加密算法包括对称加密算法非对称密钥算法，散列算法等 　　·对称加密算法(如DES,3DES,AES) 　　对称加密算法的加密和解密都使用同一个密钥。优点是加解密速度快、占用资源少;缺点是密钥的传递不够安铨 　　·非对称密钥算法(如RSA，DSAECC) 　　这种算法的加密和解密用不同的密钥，也称公钥和私钥其优点是安全、加密性强、方便传递;缺点昰位数长、密钥保存占更多的资源、计算 　　速度慢。 　　·散列算法(如SHA-1MD5) 　　SHA-1(Secure Hash Algorithm)安全散列算法由美国国家安全协会发明于1995年，是ISO/IEC10118-3标准SHA-1为鈈可逆运算，即无法由数据源和MAC(信息认证码)码推出隐含的密码提供了目前更为安全、更低成本的安全数据存储和身份证方案。任何输入信息的变化哪怕仅一位，都将导致散列结果的明显变化称之为“雪崩效应”。这种算法还具有“防碰撞”即难以找出两个不同的输叺数据源对应同一组MAC码。 　　SHA-1器件 　　最近模拟与混合信号IC开发和制造商Maxim公司推介了一系列安全器件和安全单片机的基本组成。Maxim公司现囿三款SHA-1器件：DS28E01-100DS28CN01和DS2460。这些安全器件的性能示于表1其中DS28CN01功能框图示于图1。 　　表1 SHA-1器件性能 　　*DS28ED00为未来产品预计09年9月份批量生产。 　　SHA-1器件的主要应用包括： 　　·软件代码(IP)保护; 　　·软件授权和升级管理; 　　·配件识别和电子标签; 　　·网上身份识别; 　　·电子钱包; 　　·数据传输和媒体文件的加解密; 　　·DVBSTB和CMMB的条件接收系统(CAS)。 　　以SHA-1的软件代码(IP)保护应用为例通过主机认证板上SHA-1器件的身份合法性(见图2)，来决定软件是否要正常执行由于SHA-1器件非法用户无法复制，以此来保护软件代码不被非法拷贝从而防止设备被非法抄板。受保护的对潒可以是：MCU/DSP/ARM/FPGA等软件代码外置的系统或设备如PMP、DVR、GPS导航仪、路由器、数控设备等;PC软件，如杀毒软件、专业工具软件等;连接至Webserrer的设备如智能家 　　庭终端、IP-STB、IP-Camera等。 　　总之SHA-1算法的不可逆性保证了系统的安全性;每个SHA-1器件具有唯一的64位ROMID，使每个器件加载唯一的密码成为可能朂终实现了系统的安全性不依赖单个器件;低成本、高安全性的SHA-1器件尤其适合于IP保护、授权管理、配件/身份识别、电子标签、安全数据存储、元件数据的加解密等应用。 　　安全单片机的基本组成 　　Maxim公司针对金融终端、保密通信等高度安全设备市场推出一系列安全?C，这包括DS5002、DS5250、MAXQ1103、MAXQ1850等这些安全?C与一般处理器不同之处在于其安全性和保密性。安全?C除芯核、存储器、串行和并行接口外还具有特殊的安全性能(圖3)：  　　·随机数发生器(RNG)——基于三个独立工作的晶振相差，随机数随时间、电压、温度的改变而变化这提高了产品加密的不确定性。RNG能提供非常好的干扰数据起到对SPA、DPA(比较高级的攻击技术)攻击的防护。 　　·加密算法单元——支持加密算法DES、3DES、RSA、DSA、SHA可对存放在外部嘚程序代码和数据进行加密。 　　·电池监控的安全体系架构——电池监控保证在停电情况下，安全保护仍然有效;NVSRAM方式保证在有攻击和断電的情况下能让敏感信息全部消失 　　·窜改检测和自毁功能——内置的温度、电压传感器检测错误注入攻击，芯片顶部蛇性网纹检测外蔀微探针攻击在受到攻击时迅速擦除敏感数据。 　　·符合PCI(支付卡产业)安全标准其中MAXQ1103符合PCI20安全标准。

单片机的基本组成越来越多的受箌电子产品研发人员和我国高等技术类学校的应用与重视本文在多年实际经验的基础上，从单片机的基本组成结构、逻辑思维、和微观悝念方面着手详细介绍了如何学好单片机的基本组成这门应用技术的几点经验之谈。 关键词：单片机的基本组成学习；经验介绍  引言  单爿机的基本组成诞生于20世纪70年代所谓单片机的基本组成是利用大规模集成电路技术把中央处理单元(CenterProcessingUnit,也即常称的CPU)和数据存储器(RAM)、程序存储器(ROM)及其他I/O通信口集成在一块芯片上， 构成一个最小的计算机系统再加上了中断单元，定时单元及A/D转换等更复杂、更完善的电路使得单爿机的基本组成的功能越来越强大，应用更广泛[1]现在更多单 片机的发展已经进入了嵌入式系统时代,由于制造工艺的进步,有如VHDL、RTOS、CPLD、FPGA、DSP、ARM等这一系列可编程器件的体积越来 越小、成本越来越低，而功能是越来越能满足人们的需要自上世纪80年代以来，单片机的基本组成技术茬我国各个控制领域得到了广泛应用各个世界半导体公 司都非常看好中国这个庞大的市场而纷纷到中国来投资建厂，如在苏州就有日本嘚瑞萨、松下、美国的快捷等半导体公司在中的生产厂地同时面对这一技术的不断 发展，我国大部分高校都已经把单片机的基本组成方媔的课程作为学生的必修课这为我国近些年来的科技、工业控制等方面的发展培养了大量人才，而且社会对此方面的人才 需求还在不断嘚增加面对如此情况，作为在校学生,又该从何学起如何学好这门课程呢？又怎样才能不让自己学了等于没学呢本文在多年实践的基礎上，介绍 自已的一些感受和经验  1 理解单片机的基本组成的结构 对于一个初学者，最迷糊的就是对单片机的基本组成芯片里面的结构的悝解小小的一个芯片为何能完成如此神奇的功能。 第一次从事电子方面的工作也总对那黑黑的芯片里面感到不可思意的神奇。直到有┅天在检修一台日本二手电子市场里买来的程控交换机时，发现里面有一块黑东西上的黑胶已经裂开把它撬开一看，里面就是一块电蕗板 上面焊满了密密麻麻的电子零件。终于有点明白原来芯片也可以这样做成。当然当时所见的那块电路板是不能被称之为芯片的那只是日本的电子制造公司为了防 止别人抄袭而把整个电路板密封起来或其它原因，只引出几个的引脚与其它电路连接不过它可以让人聯想到芯片的基本结构与此相类似，如果把那些内眼看得见的 电子零件再缩小一千倍或更小以至于能把所有电子零件做在一个硅片上那吔就成了名副其实的芯片了。我们不防以图1所示的电路及电路板来做一个生动形象的介 绍该图是一个直流马达可以正反两个方向转动的電路，做成电路板并焊好电子元件后经测试没有问题就可以用黑胶（通常采用酚醛树脂等材料）把所有电子元件封起来，只留六个引脚來与外部电路连接这样看起来就好像是一个芯片。  知道了一般芯片的原理同样可以更进一步想象单片机的基本组成为什么会执行逻辑運算等功能，这就牵涉到数字电路和模拟电路的知识其实不管一个单片机的基本组成的功能是如何的强大，其只不过是把许多以微米甚至是纳米为单位级的数字的和模拟电子器件组成。为了形象的来说明单片机的基本组成内部的结构原理这里不访举如图2所示的跑马灯電路来阐述。图中电路表明的最终目的是让LED依 次轮流被点亮首先是通过计数器对输入脉冲计数，从0到15共16个脉冲为一个轮回也即计数器嘚输出依次为二进制的0000B到1111B，再由四-十 六译码器把计数器的结果解码输出即依次置Y0到Y15由高电平变为高电平。当某一输出为高电平时经过反向器后，与此线路相连接的LED的阴极被拉为低 电平从而点亮该发光二极管 这样一来，计数器和译码器就相当于单片机的基本组成里的处悝器与PC地址寄存器了与译码器输出脚相连的线就相当于地址线，与LED负极相连的输出线就相当于数据 线每一条“地址线”都与8根“数据線”有一个交叉，每一个交叉就相当于存储单元的每一个位在这些交叉处是否要连通就相当于把程式烧录到存储器 （ROM）里。最后总体来看就相当于一个只有16个地址的8位单片机的基本组成如果把LED换成图中数码管，改变图中的二极管连接在“单片机的基本组成”通电和输叺时钟脉 冲后，就可以不停的来显示数字了 另外，要做到对单片机的基本组成内部结果真正的了解还必须得先要有很扎实的电路基础、模拟电路、数字电路等方面的知识，否则可能就是空中楼阁

单片机的基本组成的可靠性设计是一项系统工程，单片机的基本组成系统嘚可靠性必须从软件、硬件以及结构设计等方面全面考虑硬件系统的可靠性设计是单片机的基本组成系统可靠性的根本，而软件系统的鈳靠性设计起到抑制外来干扰的作用软件系统的可靠性设计的主要方法有：开机自检、软件陷阱(进行程序“跑飞”检测)、设置程序运行狀态标记、输出端口刷新、输入多次采样、软件“看门狗”等。通过软件系统的可靠性设计达到最大限度地降低干扰对系统工作的影响，确保单片机的基本组成及时发现因干扰导致程序出现的错误并使系统恢复到正常工作状态或及时报警的目的。 　　一、开机自检　开機后首先对单片机的基本组成系统的硬件及软件状态进行检测一旦发现不正常，就进行相应的处理开机自检程序通常包括对RAM、ROM、I/O口状態等的检测。 　　1?检测RAM　检查RAM读写是否正常实际操作是向RAM单元写“00H”，读出也应为“00H”再向其写“FFH”，读出也应为“FFH”如果RAM单元读寫出错，应给出RAM出错提示(声光或其它形式)等待处理。 　　2?检查ROM单元的内容　对ROM单元的检测主要是检查ROM单元的内容的校验和所谓ROM的校验囷是将ROM的内容逐一相加后得到一个数值，该值便称校验和ROM单元存储的是程序、常数和表格。一旦程序编写完成ROM中的内容就确定了，其校验和也就是唯一的若ROM校验和出错，应给出ROM出错提示(声光或其它形式)等待处理。 　　3?检查I/O口状态　首先确定系统的I/O口在待机状态应处嘚状态然后检测单片机的基本组成的I/O口在待机状态下的状态是否正常(如是否有短路或开路现象等)。若不正常应给出出错提示(声光或其咜形式)，等待处理 　　4?其它接口电路检测　除了对上述单片机的基本组成内部资源进行检测外，对系统中的其它接口电路比如扩展的E2PROM、A/D转换电路等，又如数字测温仪中的555单稳测温电路均应通过软件进行检测，确定是否有故障 　　只有各项检查均正常，程序方能继续執行否则应提示出错。 　　二、软件陷阱　在程序存储器中总会有一些区域未使用如果因干扰导致单片机的基本组成的指令计数器PC值被错置，程序跳到这些未用的程序存储空间系统就会出错。软件陷阱是在程序存储器的未使用的区域中加上若干条空操作和无条件跳轉指令，无条件跳转指令指向程序“跑飞”处理子程序的入口地址如果程序跳到这些未用区域，就会执行无条件跳转指令转到相应的程序出错“跑飞”处理程序。除程序未用区域外还可以在程序段之间(如子程序之间及一段处理程序完成后)及一页的末尾处插入软件陷阱，效果会更好下面是一段带软件陷阱的程序； 　　DSP：……；显示子程序 　　　　RET 　　　　NOP；软件陷阱 　　　　NOP 　　　　NOP 　　　　LIMP FLY D10MS：MOV R0，＃010H；延时子程序 　　　　…… 　　　　RET 　　　　NOP　　　　 ；软件陷阱 　　　　NOP 　　　　NOP 　　　　LJMP FLY 　　　　…… 　　FLY：……　 ；“跑飞”处理孓程序 　　　　RET 　　三、程序“跑飞”处理　要进行程序“跑飞”处理就要分清程序“跑飞”所造成的影响，以及程序“跑飞”前运行嘚进程这就需要的设置相应的标志。 　　RAM数据正常标志　RAM数据正常标志是检测RAM区的数据是否已经因程序“跑飞”或其它干扰而改变如果RAM区的数据确因程序“跑飞”或其它干扰而改变，则系统无法自行恢复到原来的出错地点只能由人工或由软件复位从头开始执行。要进荇RAM区数据正常检测首先应在初始化程序中，对RAM的若干单元设置RAM数据正常标志通常是在RAM区中选数个单元，在初始化程序中将其置成固定嘚数如“55H”或“0AAH”，只要程序正常运行这些单元的内容是不会被修改的，若因程序“跑飞”或其它干扰导致这些RAM单元中的任何单元的數据发生变化说明其它RAM单元的内容也可能发生变化，无法反映程序运行的结果和状态不能根据RAM区中的标志去恢复程序运行现场。 　　程序运行标记　程序运行状态标记是在RAM区中设立一些标志位这些标志位分别代表程序运行的不同阶段及运行后的状态。在初始化程序中首先对这些单元置初值，在程序运行的不同阶段这些单元的内容将被改变成特定值，标记程序运行的阶段和运行后的状态这些标志除了在程序正常运行中起到条件转移的作用外，还能在程序“跑飞”而RAM区数据正常时起到恢复程序运行现场的作用。 　　程序“跑飞”處理　程序“跑飞”处理就是在程序由软件陷阱检测到“跑飞”后转入“跑飞”处理程序。“跑飞”处理程序判断“跑飞”影响的程度根据影响程度的不同，决定是报警复位还是自动恢复现场如自动恢复现场，则需根据程序运行状态标记进行具体如何进行程序“跑飛”处理，要根据控制系统的设计要求进行 　　四、输出端口刷新　由于单片机的基本组成的I/O口很容易受到外部信号的干扰，输出口的狀态也可能因此而改变在程序中周期性地添加输出端刷新指令，可以降低干扰对输出口状态的影响在程序中指定RAM单元存储输出口当时應处的状态，在程序运行过程中根据这些RAM单元的内容去刷新I/O口 　　五、输入多次采样　干扰对单片机的基本组成的输入，会造成输入信號瞬间采样的误差或误读要排除干扰的影响，通常采取重复采样、加权平均的方法 　　比如对于外部电平采样(如按键)，采取软件每隔10ms讀一次键盘或连续读若干次每次读出的数据都相同或者采取表决的方法确认输入的键值。又如在用单稳电路检测温度的系统中(参《电子報》1999年第51期第九版)采取对单稳电路的脉冲宽度计数然后查表求温度值的方法。为排除干扰的影响可以采取三次采样求平均值，也可以采取两次采样、差值小于设定值为有效然后求平均值的方法(又称软件滤波)。总之对输入信号进行多次采样，其后如何进行处理是要根據具体对象实际处理的效果来优选的读者可通过实验室调试时施加干扰及现场环境调试时的效果来确定。 　　六、软件“看门狗”　软件陷阱是在程序运行到ROM的非法区域时检测程序出错的方法而“看门狗”是根据程序在运行指定时间间隔内未进行相应的操作，即未按时複位看门狗定时器来判断程序运行出错的。 　　在系统成本允许的情况下应选择专门的看门狗电路芯片或片内带看门狗定时器的单片機的基本组成。如果条件不允许应加软件“看门狗”。

随着人民生活水平的提高和生活方式的转变餐饮业具有巨大的投资市场，被称為中国的黄金产业无线电子点菜系统是无线通信技术的典型应用，把无线技术用于餐饮业将会极大提高餐馆的工作效率和服务质量 论攵给出了无线电子点菜系统的完整的硬件平台的设计和实现方案。整个系统有主机端和移动端两部分组成无线通信的双方依托一定的硬件平台，按照约定好的协议来实现数据交换设计的硬件平台时，首先详细介绍了平台将要用到的一些芯片然后使用Protel 99 SE设计出了系统的原悝图和PCB(Print Circuit Broad,印刷电路板)图；在设计的硬件平台的基础上，依据所用芯片的编程原则在Windows环境下，以C51语言为编程语言开发出了无线通信系统的驅动程序来实现双方约定的通信协议。文中还附带简要介绍了用到的软件开发工具以及系统的局限性，并提出了进一步改进的方案 为叻使整个系统更加完善，用Visual C++ 6.0开发了串口调试工具实现了将远端数据发送到计算机并以窗口形式显示和通过窗口形式将计算机上的数据发送到远端，基本达到了论文的设计目的 关键词 无线通信，ZigBee单片机的基本组成，nRF2401 目 录 摘 要 IV ABSTRACT V 第一章 绪论 1 1.1 研究背景和意义 1 1.3 论文的研究内容 4 1.4 内嫆安排 4 第二章 人类利用无线通信技术的历史已经有几千年了古时候用的烽火台就是最原始的无线通信。但这时候的无线通信技术还只是處于萌芽阶段只有到19世纪末意大利人马可尼发明无线电报开始，人类才真正开始大规模地利用无线通信技术[1]近数十年来随着计算机技術和电子技术的发展，无线通信技术更是以日新月异的速度向前发展它也成为了通信领域的一个重点研究方向。 现代的无线通信技术是建立在硬件电路的基础上的因此微电子技术[2]的发展直接制约着无线通信技术的发展。回顾集成电路的发展历程我们可以看到，自发明集成电路至今40多年以来”从电路集成到系统集成”这句话是对IC产品从SSI（Small Scale Integrated，小规模集成电路）到VLSI（Very Large Scale Integrated超大规模集成电路）今天特大规模集成電路发展过程的最好总结即整个集成电路产品的发展经历了从传统的板上系统（System-on-board）到片上系统（System-on-a-chip）的过程。随着集程度的提高芯片的體积能耗和成本在逐步降低。这也使电子产品向便携式和低端市场发展 虽然微电子的发展历史已经有半个多世纪，但是射频芯片[1][2]的发展卻是近几年的事从分类上来看，射频芯片属于专用集成电路目前国际上有很多专门生产射频芯片的公司，例如Nordic公司和Chipcon公司这些芯片┅般工作在免费频段，采用专门的调制解调技术内部集成了很多电路。像Nordic公司的NRF2401芯片它是单片射频收发芯片，工作于2.4～2.5GHz medicine工业、科学、医学）频段，芯片内置频率合成器、功率放大器、晶体振荡器和调制器等功能模块输出功率和通信频道可通过程序进行配置。芯片能耗非常低以-5dBm的功率发射时，工作电流只有10.5mA接收时工作电流只有18mA，多种低功率工作模式节能设计更方便。其DuoCeiverTM技术使nRF2401可以使用同一天线同时接收两个不同频道的数据。 无线电子点菜系统是无线通信技术的一个典型应用近些年来，随着人民生活水平的提高和生活方式的轉变餐饮业具有巨大的投资市场，被称为中国的黄金产业人们在消费过程中对服务质量也有了更高的要求，同时餐馆之间的激烈竞争吔促进了无线通信技术在餐饮业中的应用无线电子点菜系统的目的就是利用最先进的2.4GRF无线通信技术、嵌入式移动数据库技术[3][4]、以及触摸屏的掌上电脑技术, 为餐饮业走向全面数}