《片上系统及在系统》PPT课件.ppt

第八章片上系统及在系统可编程技术,8.1C8051F系列全集成混合信号片上系统8.2PSD3xxx系列51片上系统8.3高精度数据采集系统ADuC8xx8.4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,8.1C8051F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,8.1C8051F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)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开发工具包,图8.2C8501F02x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USB,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,LPC90 x，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，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(WindowsSerialDownloader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(WindowsAnalogSsoftwareProgram)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,