带隔离RS232收发器电路设计毕业论文.doc

带隔离RS232收发器电路设计毕业论文目 录摘 要IAbstractII引 言11 绪论21.1本课题用到的技术介绍21.1.1单片机所经历的发展历程21.1.2隔离式RS-232收发器31.1.3嵌入式系统的演进41.2 论文简介62 课题所需元器件简介82.1 LPC 175282.1.1 LPC 1752 Function Pin82.1.2 LPC 1752的特性92.2 MAX 232102.2.1 什么是串行接口标准102.2.2 RS-232标准112.2.3 RS-232电气参数132.2.4 MAX 232简介132.2.5 MAX232引脚图及各引脚介绍142.3 Cortex-M3152.3.1 Cortex-M3简介152.3.2 Cortex-M3特点153 硬件电路分模块设计173.1 JTAG部分173.1.1 JTAG调试接口173.1.2 JTAG引脚定义193.1.3 边界扫描寄存器在联合测试工作组中的应用193.2 UART193.2.1 UART的定义193.2.2 UART的功能203.2.3 UART基本结构213.2.4 UART工作原理223.2.5 在应用中具有代表性的电路243.2.6 寄存器介绍253.2.7如何进行隔离253.3 电源及供电系统263.4时钟系统273.5 I/O Expend284 软件部分及调试304.1 绘图部分304.2 程序编写需要注意的问题314.2.1 写操作的方法314.2.2 读操作的方法314.3 电路仿真与串口的调试32结论35致谢36参考文献3741带隔离RS-232收发器电路设计1 绪论1.1本课题用到的技术介绍1.1.1单片机所经历的发展历程 单片机（Microcontroller Unit），英文MCU是单片机英语的缩写，也是集成电路的一种，单片机是将计算机直接集成，然后放在一小块芯片上。它的集成度之高超乎我们的想象，在这一小块芯片上的计算机包含了完整的系统，CPU，两种存储器RAM和ROM，中断系统，定时器，计时器还有各种各样的输入输出接口。通常人们也把它叫做微控制器，一开始在工业上应用，最开始的单片机要么是4位的，要么8位的，那个时候CPU是芯片的独一无二的处理器，而单片机正是由此而来，人们设计它的目的是想把众多的外围设备与中央处理器放在一起或者说集成到同一个芯片里，这样子不仅可以使繁杂的计算机进行一次系统上的瘦身，更可以使对体积特别小的控制器内集成电路变得轻而易举。最初的专用处理器也是和单片机在一起进行发展的，但是在英特尔公司推出型号为Z80的单片机之后，单片机则正式成为了一个独立的领域为人们所探究。对比之下我们发现，专用处理器并没有单片机那样与嵌入式系统能够完美的融合，这也是为什么单片机现在成为了应用市场上的主力军，无论是我们日常用到的手机，电子手表，计算器或者是冰箱，空调，洗衣机还是小孩子玩的电池玩具，鼠标，键盘以及游戏手柄中都包含着一个或者数个单片机。这些工作都是比较简单的，普通的家用电器中他们都是控制模块的重中之重。我们一台普通的电脑里其实也包含着很多很多的单片机，再多一些的小轿车上就有几十个单片机，再多一些的拥有十万，百万甚至千万个单片机的应用在工业生产的系统中也是屡见不鲜。作为计算机，单片机的数量已经远远超过了普通的PC，笔记本与平板，是数量第一大的计算机。有人开玩笑说，单片机的数量可能已经比地球上的蚂蚁还多了。这种单片微控制器的价格却是十分便宜的，区区数元钱你便可以拥有一个。它的作用其实是类似于我们电脑中的那些分块的，有的和内存功能相近，有的与中央处理器能力差不多，还有的甚至可以当做硬盘用来存储信息，只不过它的稳定性却远不如我们普通的一台计算机，它的作用并不单是去进行逻辑运算，单片机其实就是一个的特别特别小的计算机，但是没有输入输出接口，因为所有的东西是在一个芯片上进行的集成。下面我们来说说英特尔公司推出的型号为8031的单片机，因其卓越的性能在业内得到了满满的赞誉，也被称作是史上贡献最大的一款单片机。从这以后站在巨人的肩膀上，又研发推出了至今还普遍得到应用的MCS51系列的单片机。在控制生产的严格要求之下，以及二十一世纪对普通电子产品的普及潮流之下，拥有16位的单片机都已经被市场所淘汰，其原因无非是价格高而用处小。二十世纪末期32位单片机已经成为了市场上的主力军，英特尔公司也推出了i960系列单片机以及ARM系列，尤其是后者已经占据了绝大部分的消费市场。那些热衷于最初的8位单片机的研发者，在不断地对之前的产品进行改良的基础下，相比于之前的处理能力已经有了一个质的飞跃。那些最优秀的32位单片机可以达到高达300MHz的主频率，比以前的一些特制处理器还要牛，当然人们最关注的永远是性价比，其超高的性价比也把价钱逼到了个位数。如今嵌入式系统已经霸占了所有单片机，那些开发员们已经不单单是在空计算机上对其进行开发和操作。单片机作为有线的能够即时进行控制的计算机，拥有超强的抗干扰作用，而且一块小小的芯片便足以称作计算机，他的优点不简单的是轻巧的大小，低廉的成本，以及超轻的重量，目前大部分智能手机与平板上的重压处理单片机都是最顶尖的，可以把微软的Linux还有Windows的操作系统点对点的植入并进行应用。让我们这些初学者对计算机的构造和原理进行一个系统的学习，然后可以进行简单的应用开发，有百利而无一害。1.1.2隔离式RS-232收发器 这里要说的隔离式RS单片机（Microcontroller Unit），英文MCU是单片机英语的缩写，也是集成电路的一种，单片机是将计算机直接集成，然后放在一小块芯片上。它的集成度之高超乎我们的想象，在这一小块芯片上的计算机包含了完整的系统，CPU，两种存储器RAM和ROM，中断系统，定时器，计时器还有各种各样的输入输出接口。通常人们也把它叫做微控制器，一开始在工业上应用，最开始的单片机要么是4位的，要么8位的，那个时候CPU是芯片的独一无二的处理器，而单片机正是由此而来，人们设计它的目的是想把众多的外围设备与中央处理器放在一起或者说集成到同一个芯片里，这样子不仅可以使繁杂的计算机进行一次系统上的瘦身，更可以使对体积特别小的控制器内集成电路变得轻而易举。最初的专用处理器也是和单片机在一起进行发展的，但是在英特尔公司推出型号为Z80的单片机之后，单片机则正式成为了一个独立的领域为人们所探究。对比之下我们发现，专用处理器并没有单片机那样与嵌入式系统能够完美的融合，这也是为什么单片机现在成为了应用市场上的主力军，无论是我们日常用到的手机，电子手表，计算器或者是冰箱，空调，洗衣机还是小孩子玩的电池玩具，鼠标，键盘以及游戏手柄中都包含着一个或者数个单片机。这些工作都是比较简单的，普通的家用电器中他们都是控制模块的重中之重。我们一台普通的电脑里其实也包含着很多很多的单片机，再多一些的小轿车上就有几十个单片机，再多一些的拥有十万，百万甚至千万个单片机的应用在工业生产的系统中也是屡见不鲜。作为计算机，单片机的数量已经远远超过了普通的PC，笔记本与平板，是数量第一大的计算机。有人开玩笑说，单片机的数量可能已经比地球上的蚂蚁还多了。这种单片微控制器的价格却是十分便宜的，区区数元钱你便可以拥有一个。它的作用其实是类似于我们电脑中的那些分块的，有的和内存功能相近，有的与中央处理器能力差不多，还有的甚至可以当做硬盘用来存储信息，只不过它的稳定性却远不如我们普通的一台计算机，它的作用并不单是去进行逻辑运算，单片机其实就是一个的特别特别小的计算机，但是没有输入输出接口，因为所有的东西是在一个芯片上进行的集成。下面我们来说说英特尔公司推出的型号为8031的单片机，因其卓越的性能在业内得到了满满的赞誉，也被称作是史上贡献最大的一款单片机。从这以后站在巨人的肩膀上，又研发推出了至今还普遍得到应用的MCS51系列的单片机。在控制生产的严格要求之下，以及二十一世纪对普通电子产品的普及潮流之下，拥有16位的单片机都已经被市场所淘汰，其原因无非是价格高而用处小。二十世纪末期32位单片机已经成为了市场上的主力军，英特尔公司也推出了i960系列单片机以及ARM系列，尤其是后者已经占据了绝大部分的消费市场。那些热衷于最初的8位单片机的研发者，在不断地对之前的产品进行改良的基础下，相比于之前的处理能力已经有了一个质的飞跃。那些最优秀的32位单片机可以达到高达300MHz的主频率，比以前的一些特制处理器还要牛，当然人们最关注的永远是性价比，其超高的性价比也把价钱逼到了个位数。如今嵌入式系统已经霸占了所有单片机，那些开发员们已经不单单是在空计算机上对其进行开发和操作。单片机作为有线的能够即时进行控制的计算机，拥有超强的抗干扰作用，而且一块小小的芯片便足以称作计算机，他的优点不简单的是轻巧的大小，低廉的成本，以及超轻的重量，目前大部分智能手机与平板上的重压处理单片机都是最顶尖的，可以把微软的Linux还有Windows的操作系统点对点的植入并进行应用。让我们这些初学者对计算机的构造和原理进行一个系统的学习，然后可以进行简单的应用开发，有百利而无一害。这里要说的隔离式RS-232收发器主要有两种，一种是ADM3251E，另一种是ADM3252E。RS-232需要把每一个节点和电缆线的网络隔离开来，是因为接地的环路与电压的最高峰处于高噪音这种条件下会干扰到系统，导致系统严重的不稳，因此，RS-232运用了物理层的总线设计标准，这种标准应用相当广泛，最初也是应用在工业生产，机器生产中的。有些人设计出来的隔离方法是运用了数字隔离器，当然也可以，但这不是最常见的。多数情况下，还是采用光耦合器对收发器和控制器来隔离。为了安全起见，隔离电源也是必不可少的，这时候不妨多花些心思去考虑而且不必吝啬PCB电路板，多占用一些空间以期设计出最完美的电路。一路采用TX，一路采用RX的是ADM3251E，而二路采用TX和RX的则是ADM3252E。两者都是把电源隔离，隔离的路径以及收发器放在同一个芯片内，然后进行高度的集成，这种运用技术的集成可以使RS-232收发器的电路变得简单的同时最大限度的缩小成品的空间占有率。两种收发器前者是单通道的，而后者则是双通道的。传统的设计方案如下：1.1.3嵌入式系统的演进嵌入式，也叫嵌入式系统，其实就是一种计算机系统，目前的微电子半导体技术飞速发展前进，微米制造技术与超大规模的电路集成技艺变得十分娴熟，在这种前提下，集成的芯片可以拥有性能良好的特点，使得吸纳包含了计算机技术，通信技艺，软件技术，硬件技术，电子和微电子技艺的嵌入式系统得以想顶尖架构进行冲击。System on a Chip，简称SOC，中文翻译为即片上系统，是目前应用最广，概括面最全，研发层次最深的嵌入式系统。嵌入式系统的出现，使得计算机的体积大小越来越小，已经独树一帜的撑起了现代电子与计算机技术的一片天。二十一世纪是数字信息时代，更是人机交互时代，嵌入式系统所带来的发明生产已经得到了广泛的应用，就像中国入世一样，嵌入式系统的未来充满了机遇和挑战，未来的嵌入式系统生产发明者们，已经看到了无线的机遇和未来。技术还是硬道理，硬道理一定要有硬件作为支撑，牛逼的硬件背后一定又拥有更为牛逼的软件开发包。嵌入式系统面对的还是一个已经信息全球化下的网络世界，因特网的发展已经势不可挡，高端的技术支持迫使网络的带宽与日俱增，那么拥传统的设计方案存在很多弊端，比如说电路不够简化，而且存在DC隔离，光耦,系统的稳定性也不高。嵌入式，也叫嵌入式系统，其实就是一种计算机系统，目前的微电子半导体技术飞速发展前进，微米制造技术与超大规模的电路集成技艺变得十分娴熟，在这种前提下，集成的芯片可以拥有性能良好的特点，使得吸纳包含了计算机技术，通信技艺，软件技术，硬件技术，电子和微电子技艺的嵌入式系统得以想顶尖架构进行冲击。System on a Chip，简称SOC，中文翻译为即片上系统，是目前应用最广，概括面最全，研发层次最深的嵌入式系统。嵌入式系统的出现，使得计算机的体积大小越来越小，已经独树一帜的撑起了现代电子与计算机技术的一片天。二十一世纪是数字信息时代，更是人机交互时代，嵌入式系统所带来的发明生产已经得到了广泛的应用，就像中国入世一样，嵌入式系统的未来充满了机遇和挑战，未来的嵌入式系统生产发明者们，已经看到了无线的机遇和未来。技术还是硬道理，硬道理一定要有硬件作为支撑，牛逼的硬件背后一定又拥有更为牛逼的软件开发包。嵌入式系统面对的还是一个已经信息全球化下的网络世界，因特网的发展已经势不可挡，高端的技术支持迫使网络的带宽与日俱增，那么拥有网络接口的嵌入式系统芯片已经逐渐步入主流市场，这种拥有内嵌技术的芯片在符合IP与TCP协议的基础上，有些还支持USB或者蓝牙，更有甚者能够对更加高端专业的通信网络接口提供技术支持。比微型计算机还小的嵌入式计算机，和计算机一样，靠总线把核心部分的中央处理器，输入输出端以及内存进行物理上的连接，使各部分有条不紊，各司其职的工作。这是嵌入式系统和计算机的系统的共同特征。 当然，作为嵌入式系统，一定还是有它的独到之处，下面，我来总结一下嵌入式系统的特别之处。a.实时的即时的，对外界的操作即时的进行处理工作。b.嵌入式系统的操作界面与一般的计算机不同。c.类似于交换机这样的嵌入式系统需要连贯的工作不停歇，这就要求了嵌入式系统的稳定性必须达标，不能出一点差池。d.嵌入式系统设计出来的软件或者硬件都是有专业指向性的，它们的工作对象与功能都是很明确的。这样方便于对嵌入式系统的控制。e.嵌入式系统的应用过程相对比较单一，而传统的计算机却是随机的操控。f.Fault Tolerance，即容纳错误功能，嵌入式系统在出了问题的时候可以自行保存数据，或者初始化系统。g.嵌入式系统的作用是控制h.对外的接口特别多，方便与外接设备的交流。 目前的嵌入式系统在生产生活中的应用已经十分的广泛，它运用了当代的科技与计算机，改变了很多古典生产方式，从根本上解放出来了人们的双手，使得工作趋于简单化。前面已经说到8位单片机，16位单片机以及32位单片机都已经广泛应用，在其中相同位数的嵌入式微处理器无论是在机床，机车，石化，电子，电网检查还是更高层次的智能型自动化论文查重系统，POS机银行网路，电商，甚至包括了航空航天，交管等国家重点部门的日常生活生产中。大型的我们可以向其中烧入操作系统，而一般的如手机等较为简单的需求下，可以直接下载应用已有的程序就可以达到我们的目的，这样免去了操作系统的植入，使得应用更加简单。 ARM处理器体积小但是功能强大而且对电量的消耗也十分少，因此在ARM技术下的嵌入式系统也已经全面的应用在社会上。a.电子消费品的市场需求与日俱增，在新一代的数字电视机顶盒还有掌机PS3，PS4等也有广泛的应用。b.高铁是我国自主研发的快速铁路机车，其控制系统中也不乏运用到ARM系统。c.在一些数码照相机，摄像机包括复印机中也有应用。d.从软盘到光盘，再到现在的普通硬盘还有固态硬盘，蓝光闪存等都是在有ARM技术支持下的信息存储。e.ADSL，我们俗称“猫”的芯片当中运用了ARM技术。f.汽车飞机等一系列需要用到电子的交通工具。g.3G和4G手机中的智能SIM卡。h.蓝牙音响等一系列的蓝牙设备中也都有运用。 从今以后，嵌入式系统的开发与发展都要以高性价比为前提，减少成本并且更深层次的提高系统内部的性能，对内核进行简化，从而方便人们进行操作与研发。1.2 论文简介本课题需要重点研究的关键问题在于整体电路的设计。LPC 1752控制器通过TTL与MAX 232进行连接，然后MAX 232再通过一个12V电路与PC DB9进行连接，整体形成一个大的电路。其重点在于搞清楚LPC 1752 Function Pin的各管脚作用以及Cortex-M3内核。要了解其电路连接的原理以及构造的作用 解决思路：首先从LPC 1752下手，对其内部73个管教的功能进行查阅学习，在搞清楚各个管教功能作用的基础上再对MAX 232的电路原理图进行学习，只有在搞清楚各部分的原理之后才能进一步的绘制出带隔离RS-232收发器的电路。这样我们针对性的提出解决方案并给予实施，问题是暂时的，从整划零，各个击破，再由零划整全面解决问题，所以此课题的研究是可行且必需的。2 课题所需元器件简介2.1 LPC 17522.1.1 LPC 1752 Function Pin 图2.1 LPC 1752管脚示意图 将ARM应用在Cortex-M3微控制器中拥有较成熟工艺的集成的具体表现就是LPC1752，LPC1752的特点包括耗能少，而集成度很高。ARM处理器的Cortex-M3是以后发展的重中之重，使系统的能力更加强劲，更加稳定，调试起来更加得心应手，对模块的集成也是比前代更优秀。而且他的中央处理器还具备多重阶梯的哈弗的（Harvard）结构，三条工作路线一起工作，其内部含有一个单元可以进行投机分支下的内部预取。中央处理器的工作频率高达100MHz，而LPC1752可以自如的在其工作频率下工作不受大影响。2.1.2 LPC 1752的特性 图2.2 LPC 1752的结构图由图可以总结LPC1752的特性a.应用ARM Cortex-M3处理器，可以在100 MHz的频率下工作运行b.可以进行看门狗定时器（WDT ）c.其片上闪存程序存储器能够达到64 KBd.可以在系统编程（ ISP）也可以在应用编程（IAP ）e.多层AHB矩阵互相连接为每个AHB主线供应了一个独立的总线f.超高速的USB 2.0g.四个通用异步收发传输器h.52个I / O（ GPIO）引脚可以配置调整上拉/下拉电阻i.能够通过一个2.0B的控制器j.串行外设接口控制器，涵盖同步，串行，全双工通信k.SSP控制器，包括了多协议功能l.多达四种低功耗模式m.在快速模式下的数据速率为400 kbit / sn.模拟数字转换器（ ADC）可以转换200 kHz的速率o.含有四个通用定时器/计数器p.SRAM可以高达16 KBq.一个电机控制的脉冲宽度调制可以和三相电机控制相互支持r.正交编码器的接口，能够监控一个外部正交编码器s.含有实时时钟（RTC ）t.ARM的Cortex -M3系统节拍定时器，可以从外部进行时钟输入u.标准JTAG测试/调试接口v.含有八通道通用的DMA控制器（ GPDMA ）w.集成PMU（电源管理单元）x.ARM的Cortex -M3含有内置的嵌套向量中断控制器（NVIC ）y.单电源供电z.可调边沿/电平触发2.2 MAX 232 图2.3 RSM232实物图2.2.1 什么是串行接口标准RS-232其实就是串行接口标准里的其中之一。两个物理位置相聚比较大的通信器件是不可以直接进行信息交换的，需要在它们的路径上加载一个转换器，进行信息信号的中专保存，代码编译。也就是我们所说的数据通信设备。但是终端的设备虽然可以进行数据的接发，可是在进行信息的传递时，却是不尽人意的。串行接口标准中连接就可以完美的提供方案。数据终端设备和数据通信设备要共同按照物理接口标准协议上的要求，涵括了各个器件的性质，还有接发信息时的要求，在各个终端的接口处的电路设计也必须遵循串行接口的标准。2.2.2 RS-232标准RS-232标准创建于上世纪历史年代末，由贝尔公司以及EIA共同研发，是一种通信协议，因此也称作RS-232协议。刚开始的时候，RS-232只适用于Data Terminal Equipment和Data Communication Equipment之间的信息交互。随着科技的不断发展，计算机成为社会的主流，该标准已经全方位的落实在计算机的接口上。RS-232标准清楚地规定了串行通信中的机械性质等。RS-232在进行数据传输的时候其速度不能超过每秒两万比特。在RS-232协议中，码字变形率不超过百分之四并且系统中不包含调制解调器时，十五米将是数据通信设备和数据终端设备不可逾越的长度。要满足这个条件的话，驱动器里面的电容不能超过两千五百皮法。即使RS-232标准已经在计算机，自动化，工业生产，嵌入式单片机系统还有很多场合中被普及，但是因为标准形成的年代距今已经比较久远，有些问题不能跟随时代的潮流，限制了电器的标准从而使信息的传输限制在很短的范围内。而且其对电路中的电压不能够很好地控制，会因此烧坏芯片。这些问题的出现则显得格格不入，因此，光隔离的远程收发器诞生，在满足RS-232标准的前提下，可以将信息传输距离大幅提升，高端产品甚至可以达到将近2000米的传输距离。RS-232的引脚信息如下表，未定义的暂不列入。表2-1 RS-232的引脚信息引脚号引脚名称缩写名说明1保护地FRM无方向，设备外壳接地 2发送数据TxDDTEDCE发送串行数据3接收数据RxDDTEDCE接收串行数据4请求发送RTSDTEDCE请求对方发送数据5允许发送CTSDTEDCE发送数据6数据终端准备好DSRDTEDCE接收数据7信号地GND信号公共地8载波信号检测DCD对方已收到载波12接收信号检测(2)13允许发送(2)14发送数据(2)15发送器定时16接收数据(2)17接收器定时19请求发送(2)20数据终端准备好DTRDTEDCE终端设备就绪，设备可用22振铃指示器RI振铃指示23数据率选择24发送器定时 目前，在串行接口标准定义下的通信计算机企业使用的器件都符合RS-232，下面简要的介绍一下其通信通道中各个引脚的定义。辅助通信通道的引脚由于目前还用不上，大多暂时还没有意义，因此这里主要介绍九条来自主要通信通道的线路。a.第2线TxD：由于数据的发送b.第3线RxD：用于数据的接收c.第4线RTS：用于数据终端设备想通信的设备发送前的请求e.第5线CTS：用于答应发送数据通信设备回应请求。准许发送时，能够进行信息的发送。请求发送断开的时候，准许发送也处于断开，直到准确运行。f.第6线DSR：数据终端一切就绪，能够看出设备当前的情况，连接的时候，只表示连接成功而不代表已经通信。g.第7线GND：用于连接地h.第8线DCD：用于载波的信号的检测，调制解调器一旦开始工作，就要不停的传输信号，通过调制解调器就可以看出通断。i.第20线DTR：也表示中断一切就绪。j.第22线RI：是振铃指示器，振铃信号出现的时候，该线路处于工作状态。反之，振铃信号不再出现的时候，该线路也变为“开”。2.2.3 RS-232电气参数 图2.4 RS-232的电气参数2.2.4 MAX 232简介有些应用对于电源要求特别，不能够加上12V的电压，还有一些需要专门的接口，比如EIA/TIA-232E还有V.28/V.24等通信的接口。美信公司专门从事生产驱动器，对于上述要求，美信专门设计了MAX220MAX249系列的线驱动接收器，而我们所需要的MAX 232芯片正是该系列下的一款。这些小的芯片不适用于高压电源供电，多以电池供电对于这些芯片来说是最般配的。他们所拥有的一个特殊模式即低功耗关断模式，在这种模式下，功耗将会被在限度内降到最低，甚至可以降到5微瓦以内。这里的主角RS-232采用的是单电源供电，供电电压是+5v，其芯片采用的是标准串口下的单电源电平转换。2.2.5 MAX232引脚图及各引脚介绍 图2.5 MAX232的管脚图MAX232的管脚大致可以分为三类。 第一类的是第15管脚，第16管脚，前者是连接地，后者连接电源，采用+5V电池电源供电。他们的作用是供电系统。 第二类是第1管脚，第2管脚，第3管脚，第4管脚，第5管脚，第6管脚还有板上的四个电容一起组成的，它们分别可以提供12V的双电源以及串口处的电平。作用在于电路的组成。最后一类是用于转换各种数据的通道，分别是第7管脚，第8管脚，第9管脚，第10管脚，第管11脚，第12管脚，第13管脚，第14管脚,.他们一起构成了双数据通道，第一通道包含第管11脚，第12管脚，第13管脚，第14管脚；第二通道则包含了第7管脚，第8管脚，第9管脚，第10管脚。2.3 Cortex-M32.3.1 Cortex-M3简介Cortex-M3里面的数据是32位构成的，它的存储器接口和寄存器分别也都是32位。所以说Cortex-M3其实就是一个32位的处理器内核。为了增强芯片的性能，使数据之间的取读不去霸占输入输出数据的总线，Cortex-M3应用了一种叫Harved的结构，在哈佛结构之下，数据的总线和指令的总线互不干扰，相互独立，各司其职，增强了稳定性与正确性的前提下还让速度有了明显的提高。 图2.6 Cortex-M3结构图2.3.2 Cortex-M3特点a.新一代Cortex-M3内核，可以达到120MHz的运行速度。b.指令集合全部采用Thumb2，代码存储的密度显著提高。c.内置嵌套向量中断控制器（NVIC），可以把中断延迟尽可能的降到最小值。d.具有不可屏蔽中断（NMI）连续的输入e.含有存储器保护单元和内嵌系统时钟f.具有独立的存储器保护单元（MPU）g.96KB的芯片内的SRAM包括：(1)64KB 的SRAM能够让中央处理器通过本地数据总线进行访问。(2)2个16KB SRAM模块，拥有独立的访问路径，能够进行高速的工作。这些SRAM模块可用于以太网、USB、DMA存储器，还有通用指令和数据存储(3)包含在系统编程（ISP）以及在应用编程（IAP）功能的512KB片上Flash程序存储器(4)片上带电可擦写可编程只读存储器最大可达到4KB(5)1个8通道12位的模数转换器( ADC)速度达到400K，支持DMA传输。(6)1个10位数模转换器（DAC），支持DMA传输h.外扩存储控制器（EMC）支持SRAM, ROM, Flash, 和SDRAM器件i.含有低功耗实时时钟（RTC）j.AHB多层矩阵上具有8通道的通用DMA控制器（GPDMA），结合SSP、I2S、UART、 AD/DA转换、定时器匹配信号和GPIO使用，并可用于存储器到存储器的传输k. 4个低功率模式分别是睡眠模式、深度睡眠模式、掉电模式、深度掉电模式，可通过外部中断、RTC中断、 USB活动中断、以太网唤醒中断、CAN总线活动中断、NMI等中断唤醒封装模式拥有多种，包括LQFP 80、LQFP100、LQFP144、 LQFP208、TFBGA208和TFBGA18。3 硬件电路分模块设计复位系统时钟系统电源LPC1752JTAG调试接口 图3.1 LPC1752的系统电路组成如图是LPC1752的电路设计组成图，由于LPC1752的中央处理器调控上电或者复位时，以LPC1752系统中包含的RC振荡器是既定的主时钟源，在没有外部晶振的时候LPC1752也可以工作，虽然可以工作，但是因为内部RC振荡器的精度太小不能满足接口的条件，LPC1752就会被限制运行，为了避免被限制运行，我们必须要考虑使用高精度的外部晶振来满足。此外，我们在样机调式时设计JTAG调试接口电路，因为在工程开发时，它的作用举足轻重。 根据设计总图，下面我将按照各个模块依次进行介绍。3.1 JTAG部分3.1.1 JTAG调试接口 联合测试工作组，英文名称是Joint Action Group，简称JTAG。它可以进行芯片的测试工作。方法是利用自带的特有的器件途径JTAG里面的自己定的一个测试访问口然后测试其中的节点。如果多个器件在一起交互着但是我们有需要单独的测试每一个器件这时候就需要出现一条联合测试工作组的链，而联合测试工作组在进行测试的时候可以把这一个或者数个器件的联合测试工作组的接口进行串联，这就达到了我们需要的目的。flash的编程还有在系统内的编程目前也可以由联合测试工作组的接口来到达目的。联合测试工作组的接口在对数字信号微处理器构成的芯片里面编程的时候，能够大幅度的缩短工作时间，这是因为联合测试工作组是依靠在线上进行编程的，这是其特有的一种编程模式，那些电子元器件不需要预先焊接到PCB板上，就可以进行联合测试工作组的编程工作。这样我们先进行编程的工作，然后再进行芯片焊接到PCB板上的工作.不论是中央处理器，数字信号微处理器还是CPLD都包含着联合测试工作组接口的芯片。 调试的接口使用的是ARM的标准，一共有二十个管脚，具有仿真功能，其电路图如下。 图3.2 JTAG电路图在调试LPC1752的时候，如果中央处理器处于高度睡眠模式，那么这时候的调试工作就不能准确的进行了。在调试的过程中，通常使用的都是板载USB仿真器，个头最小又方便使用的型号就是CK 100了，这款仿真器集成度非常高，主要功效有a.算法不是固定的，我们能够自行设计添加算法。b.时钟能够自行设置且高达1M赫兹的联合测试工作组c.支持的模式包括存储占用和SWDd.随机存取存储器下的断点可以任意的调试e.flash下的断点也可以任意的调试f.可以没有空隙的连IED3.1.2 JTAG引脚定义每一个联合测试工作组的芯片的管脚都符合同一种定义，各管脚的定义如下：a.TCK管脚目的是输入测试的时钟b.TDI管脚目的是输入测试的数据c.TDO管脚目的是输出已经得到的数据，由该管脚从联合测试工作组的端口输出d.TMS管脚的目的是选择所需要的测试的模式，包含一些联合测试工作组接口的专 有的模式e.TRST管脚可以用也可以不用，不是必需的，它的作用是将引脚输入然后进行复位 的测试工作。 联合测试工作组里面定义的那个开发控制器，可以经由上面说到的第一个和第四个管脚对现有状态进行更换，从而达到输入我们需要的数据。3.1.3 边界扫描寄存器在联合测试工作组中的应用 联合测试工作组当中的那个移位寄存器我们知道是串联的，在集成电路中的每一个管脚都占有对应的一个单元，我们称这个单元叫做Boundary-Scan Cell。有这个串联起来的单元组组成的联合测试工作组的回路位于集成电路的内在部分。在一般日常的时候，这些管脚的集成电路性能都是常规的，但是当联合测试工作组再通过Boundary-Scan Cell的时候就会被激活。3.2 UART3.2.1 UART的定义 UART，英文全写是Universal Asynchronous Receiver/Transmitter，中文的定义是通用异步收发传输器。也是常用的异步收发里面的一类，更是我们计算机里面不可或缺的一块儿。一般情况下我们常见它高度集成在一些接口与接口的交接处，是一种不停地进行串并行交换的通信媒介，这个芯片的功能可以使最初的并行输入最终转化为串行的输出。把同步方式信号的电路进行改变之后得到的就是我们通常所说的通用同异步串行接发器，简称为USART。通用异步收发传输器其实就是一个单独的芯片，然后可以和一些的外围设备结合，集成在里面。美信公司所推出的MAX232系列的芯片都包含有变换幅度的功能，而且基本上都可以和通用异步收发传输器进行配用，成为对外的一个接口。通用异步收发传输器能够一边接收一边传输，它的总线是对向两通道的，在异步通信当中，通用异步收发传输器使用的总线对于数据来说是串行的。通用异步收发传输器的用途多表现为主器件与分器件之间的通信连接。像常用的电脑音箱就是靠通用异步收发传输器和存取桥接器进行信息上的交互。 图3.3 UART0部分的电路设计图 UART0，UART1，UART2，UART3这四个不同步的串行接口都是标准下位于LPC1752芯片上的。其中UART1比其他几个接口多了一个调制解调器接口，和支持RS-485标准下的状态。又比其余几个缺了红外数据组织接口。在一般情况下，UART2,3为了降低航能都不开启，开启的时候只需要调节外部功率寄存器即可。在寄存器模式关闭的时候，四个接口都可以作为一般的通用异步收发传输器。3.2.2 UART的功能数据需要通过通用异步收发传输器汇总分析之后方可以向外不同步的输出，而不可以把数据直接传送给调制解调器，这是因为电脑里面的数据是并行的，而不是串行的。流程大致如下：我们需要输入到串行设备的数据要通过中央处理器存入到位于通用异步收发传输器的临时内存块当中，然后借由First Input First Output最终到达我们定的串行设备，为了使数据到达调制解调器，这里的First Input First Output是至关重要的，它的作用是让我们的数据变的有序。前面说到通用异步收发传输器是一个芯片用来连接主机与分器件之间的信息。RS-232输出端的接口也是由它所提供的，除此之外，通用异步收发传输器还拥有一些功能，下面简单的介绍一下a.可以把输入的并行数据转化为串行的数据进行输出b.输入的串行数据可以变成一个一个的字节，然后方便取用c.可以先把输入的信息做一个奇偶校验，然后在处理过后输出的数据中添上类似的奇偶校验位d.去掉输入中的启停标记，然后在输出中重新加入e.当遇到同步上的管理问题是，可以解决f.UART3上有一个模式红外数据模式g.可以收发动态内存 稍微好一些的通用异步收发传输器还有一个可以供数据进行暂时存放的区域，在这个里面可以存储十六个字节。一般的调制解调器，只要是内置的，当中也会有型号为16550的通用异步收发传输器。除UART1以外都不含有调制解调器的接口。3.2.3 UART基本结构 通用异步收发传输器大体上是由六个部分构成的,分别是输入缓冲寄存器，输出缓冲寄存器，输出移位寄存器，输入移位寄存器，状态寄存器还有.控制寄存器。他们的功能如下：a.输入缓冲寄存器它的作用是将输入移位寄存器里面发出的信息进行并行处理，再让中央处理器把这些处理后的信息拿走应用。b.输出缓冲寄存器它的作用是存储来自中央处理器上的信息数据c.输出移位寄存器它的作用是把信息按位的一个一个发出，输出的是串行数据d.输入移位寄存器它的作用是将信息按位拿进去然后发给输入缓冲寄存器，是把串行还原为并行e.状态寄存器它的作用是存储各个接口里面的信息，为工作做准备进行检查f.控制寄存器它的作用是把中央处理器发的信息进行处理后确定信息交互时的收发方式。UATR中的各个引脚如表所示： 表3.1 UATR的引脚信息引脚名称类型描述RXD0 输入串行输入引脚1RXD1RXD2RXD3TXD0输出 串行输出引脚2TXD1TXD2TXD3CTS1输入清除发送DCD1数据载波检测DSR1数据设备就绪RI1振铃指示DTR1输出终端数据就绪RTS1请求发送 如果RXD3工作的条件是UART里RXD0，RXD1，RXD2中的至少两个处于工作状态。独立运行，不受其他管脚的影响。如果所有的TXD管脚都工作，虽然输出的信号是一样的，但是其工作状态是互不干扰的。因为UART1拥有调制解调器接口，所以其余的三个UART是不包含后六个引脚的。下面简要的阐述一下这六个引脚。a.CTS1可以控制发送，UART1至调制解调器的开断，通过调制解调器就可以知道他的状态。b.DCD1如果外面的调制解调器和UART1联系，这个管脚的电平将会下降，并发生相应的信号，该管脚用于检测载波中的信号，我们也可以有调制解调器里的寄存器来知道其状态。c.DSR1与DCD1相同，如果外面的调制解调器和UART1联系，这个管脚的电平将会下降，出现相应的信号，用于告知系统数据准备妥当。我们也可以有调制解调器里的寄存器来知道其状态。d.R11用于响铃，使调制解调器找到响铃的信号，并出现相应的信号。我们也可以有调制解调器里的寄存器来知道其状态。e.DTR1如果外面的调制解调器和UART1联系，这个管脚的电平将会下降，是告知数据的终端一切妥当。f.DTS1如果外面的调制解调器和UART1联系，UART1输出的信号是低电平。用于请示调制解调器发送信号。3.2.4 UART工作原理 发送的时候由先入先出队列开始进行，把读取来的并行数据向串行数据进行转换。最前面是控制逻辑的第一位，然后依照已有的要求，在后面依次加上的是数据位和奇偶校验位还有STOP位。输出的时候，最低有效位应当优先。待发现了一个脉冲，而且这个脉冲是行之有效的，那么这个时候就要进行串行数据向并行数据变换的过程。在先入先出的数据库当中还需要加入发现到的差错，这些差错包括了溢出时候的，校验时候的还有开线错误。波特率来自于通用异步收发传输器，它的周期是一个二十二位的，最后六位是非整数的，而前面的都是由整数所构成的。通用异步收发传输器所发生的波特率的准确性是非常高的，很少有不正确的。信息首先需要传输给先入先出队列，然后要看判断条件，若通用异步收发传输器被使能的话，就要参照波特率到校验位的顺序对外传送信息，如果全部发送完成，先入先出队列里为空，这时候就会停止发送。先入先出队列只要开始存储，通用异步收发传输器的BUSY位就是有效用的，在信息传递完成之前都是有效的。当最后一个字符的信息开始传输的时候，忙位就开始失效。我们也称作通用异步收发传输器不使能。UARTBUSY（）是忙位的软件函数。计数器如若要开始工作，那么一定要获取到开始的那一位，输入的信息电平为低，这种情况一定是在通用异步收发传输器的接收器休息的时候。16位波特的第八周期会被取走，若是其的电平值为高，那么也许是错失了第一位为低，要么是有误的。但是如若电平值为低，那么开始的那一位就是有效的。之后再继续检测，奇偶校验的那块如果要被检测了的话，一定是其模式使能了。收到的字符若是残缺的，则不放进先入先出队列，反之，则存入。如果通用异步收发传输器有发生控制中断，那么一定是下列问题的一种a.先入先出队列在溢出的时候发生差错b.线断错误c.帧值出现问题d.奇偶校验错误e.先入先出队列没有被放全，但是等不到其他数据。 在函数当中能够在同一时间内对不同的中断事件进行分析解决，但是通用异步收发传输器在某一时候请求的中断只能是唯一的，这是因为那些中断的东西会在还没有进入控制器的时候作逻辑运算，这个逻辑运算是或，因此是唯一的。上面所说到的先入先出是队列当中很寻常的，英文名字是First-In First-Out，简称FIFO。通用异步收发传输器里面有两个先入先出队列，作用分别是接收和发送。当中断发生的时候，这两个先入先出队列设置的程度可以是不一样的。，有0.5的，0.25的，0.75的，0.125的亦或是.0875的。先入先出队列又是怎么样进行发送的呢？首先需要触发发送的开始，当先入先出队列里面出现信息数据的时候，就开始了。数据的发送速度并不快，一边进行数据的发送，另一边新的待发送数据将陆续进入到先入先出队列当中，进入的速度超过了发送的速度，待饱和时，便不会再进入新的数据。这时候如果继续让进入，会导致我们的数据丢掉。这是发送的过程，接收的时候另一个先入先出队列就开始工作了，类似的一旦触发，数据便会涌入用于接收的先入先出队列。接收到了以后，一定要在第一时间内把数据拿出，被拿出的数据在队列当中不复存在，如若没有立刻把数据拿走导致后面的数据堵塞进不来，同样会致使数据失踪。通用异步收发传输器在工作的时候，最行之有效的方式便是中断了，很多的中断产生让中央处理器大大降低了效率，在这种背景下，收发先入先出队列的出现则完美的解决了问题。这样子就不用接收一个中断一下，发送一个再中断一下，有了先入先出，可以收发多个数据后只进行一次中断，使工作变得更加轻松。在开始工作的时候把通用异步收发传输器初始化，还可以避免数据的遗失。在LOOPBACK模式下，通用异步收发传输器还可以进行调试。3.2.5 在应用中具有代表性的电路 在连接电路时，电平一定要对应，因为输入输出端口可以负载的最大值是5V，所以，当通用异步收发传输器在工作的时候，LPC1752的电压可以设置为2.5V。 图3.4 串口交换数据当通用异步收发传输器和个人计算机连接的时候，个人计算机串行接口的电平符合标准，都用到了RS-232标准下的转换器，因此UART0通过互联网服务供应商直接为LPC1752工作。 图3.5 串口和个人计算机通信 图3.6 调制解调器和UART的接口电路图调制解调器的端口进行工作的时候，为了和调制解调器相连，我们要的是标准下的电平，因此需要把信号通过RS-232标准下的转换器进行转换。3.2.6