基于DSP和Cygnal單片機的移動數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)
加入技術(shù)交流群
CPU單元的任務(wù)比較多，主要要完成對由DSP單元送來的信號再處理分析。 CPU單元還分別控制鍵盤單元、時鐘單元、LCD單元、LED單元等輔助單元和GSM單元工作。對CPU單元的要求是高速和低功耗。這里選用美國 Cygnal公司的C8051F020。C8051F020單片機[8]是集成在一塊芯片上的混合信號系統(tǒng)級單片機（圖4），芯片上有8個8位數(shù)字I/O 端口，其中四個與標準的8051的端口（P0、P1、P2、P3）相同，與5V兼容。I/O端口在功能上有所增強，每個I/O端口都可獨立地設(shè)置為推挽輸出或開漏輸出和弱上拉，這為一些低功耗系統(tǒng)設(shè)計提供了節(jié)省電源的手段。C8051F020單片機除了具有51系列單片機的特點外還有如下的特點：
(1) 25MPIS高速流水線式8051微控制器內(nèi)核；
(2) 12位、100KSPS、8通道帶可編程增益放大器的ADC，雙12位可程控更新的DAC；
(3) 雙模擬比較器，片內(nèi)基準電源；
(4) 64KB系統(tǒng)內(nèi)可編程FLASH存儲器，4352（4096+256）片內(nèi)RAM；
(5) 各自獨立的SPI、SMBUS/I2C和兩個UART串行接口；
(6) 5個16位通用定時器；
(7) 片內(nèi)看門狗定時器、VDD監(jiān)視器和溫度傳感器；
(8) 工作電壓：2.7-3.6V，工作電流：10mA@20MHz。
C8051F020使用采用了流水線式結(jié)構(gòu)，與標準的8051相比它的指令執(zhí)行速度有極大的提高。在標準的8051中，除了MUL和DIV所有的指令都需要12或24個系統(tǒng)時鐘周期，最大的時鐘頻率12-24MHZ。相比較而言，C8051F020內(nèi)核70%的指令執(zhí)行時間為1或2個系統(tǒng)時鐘周期，只有4 條指令的執(zhí)行 時間超過4個系統(tǒng)時鐘周期。C8051F020的MCU 在CIP-51內(nèi)核的內(nèi)部和外部有幾項關(guān)鍵性的改進，提高了整體性能，更易于在實際應(yīng)用中使用。擴展的中斷系統(tǒng)為CIP-51提供22個中斷源，而標準的8051只有7個中斷源。C8051F020允許大量的模擬和數(shù)字外設(shè)中斷微控制器。由中斷驅(qū)動的系統(tǒng)需要較少的CPU干預(yù)，從而極大地提高系統(tǒng)的執(zhí)行速度。特別是在多任務(wù)實時系統(tǒng)中，這些增加的中斷源非常有用。MCU內(nèi)部有一個能獨立工作的時鐘發(fā)生器。另外，MCU可以關(guān)閉單個或全部外設(shè)以節(jié)省功耗。由于C8051F020單片機自身帶有64K+128B的 FLASH 程序存儲器，故不需再擴展程序存儲器。本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/155915.htm
圖4 C8051F020單片機
C8051F020的MCU具有4KB的RAM可映射在片內(nèi)，也可映射在64KB外部數(shù)據(jù)存儲器地址空間，還可同時映射到片內(nèi)和片外三種方式。對于后兩種存儲器工作模式需通過外部存儲器接口使用MOVX和DPTR或MOVX和R0（R1）指令訪問外部數(shù)據(jù)存儲器和存儲器映像的I/O設(shè)備。但是對于高8位地址必須由外部存儲器接口寄存器（EMI0CN）提供。而EMIF控制寄存器可將外部數(shù)據(jù)存儲器接口映射到低端口（P0-P3）或高端口（P4-P7），以及配置為復(fù)用模式或非復(fù)用模式等。
外部存儲器接口（EMI）映射為低端口（P0～3）即PRTSEL位（EMIOCH.5）置為0，此時如果EMIFLE位（XBR2.5）被設(shè)置為邏輯1，那么數(shù)字交*開關(guān)將不分配外部設(shè)備給 P0.7(/WR)，P0.6(/RD)，P0.5（ALE）（如果EMI設(shè)置為復(fù)用模式）；如果EMIFLE位設(shè)為0，那么P0.7、P0.6、 P0.5的功能將由交*開關(guān)或端口鎖存器來決定。外部存儲器接口只在執(zhí)行片外MOVX指令期間使用相關(guān)的端口引腳，一旦MOVX指令執(zhí)行完畢，端口鎖存器或交*開關(guān)又重新恢復(fù)對端口引腳的控制（端口3、2、1、0）。對于外部存儲器接口的配置只有擴展外部存儲器或具有存儲器映像的I/O部件時，才配置 EMIF。
本數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)使用512k*8bit的SRAM作為外部數(shù)據(jù)存儲器，使用高端口、復(fù)用模式（即P7端口數(shù)據(jù)D0-D7和地址A0-A7復(fù)用，P6端口輸出地址A8-A15）、片外存儲器方式（不使用片內(nèi)存儲器）。DCM8512是512k*8bit自帶掉電保護的 SRAM，用于存放數(shù)據(jù)和VC5409用戶程序，需19條地址線（A0-A18），而C8051F020外部數(shù)據(jù)存儲器只支持64k Byte（A0-A15），故使用P5端口來擴充地址線（A16-A20）。
C8051F020最突出的優(yōu)點之一就是使用交*開關(guān)網(wǎng)絡(luò)。交*開關(guān)網(wǎng)絡(luò)改進了可以控制片內(nèi)數(shù)字資源與外部I/O引腳相連的。通過設(shè)置交*開關(guān)控制寄存器，將片內(nèi)的數(shù)字資源如計數(shù)器/定時器、串行總線、硬件中斷、 ADC轉(zhuǎn)換啟動輸入、比較器輸出以及微控制器內(nèi)部其他數(shù)字資源配置為端口I/O引腳，這就允許用戶根據(jù)自己的特定應(yīng)用將通用I/O端口與所需要數(shù)字資源相結(jié)合。
CPU單元工作原理（見圖5）。C8051F020的工作頻率為11.0592MHz。模擬信號連接至C8051F020的 AIN0.0- AIN0.7腳，進行12位A/D轉(zhuǎn)換。由C8051F020中的時鐘單元產(chǎn)生可以變動的抽樣頻率。CPU單元通過HPI總線將A/D轉(zhuǎn)換后的心電信號送到DSP單元進行運算，運算的結(jié)果再通過HPI總線送入CPU單元。HPI總線內(nèi)包括數(shù)據(jù)線D0-D7、地址線A0-A3、DSP片選線DSP- addr、讀寫線WR，RD、DSP復(fù)位線及中斷線INT0組成。地址線A0-A3選擇DSP的HPI寄存器；數(shù)據(jù)線D0-D7用于C8051F020和 DSP交換數(shù)據(jù)；當C8051F020向DSP寫數(shù)據(jù)時，將在DSP內(nèi)部產(chǎn)生中斷，該中斷將DSP從IDLE狀態(tài)中喚醒，中斷服務(wù)程序還將從DSP特定地址的內(nèi)部存儲器中讀CPU寫的數(shù)據(jù)；當DSP向C8051F020寫數(shù)據(jù)時，DSP置中斷線INT0=0，C8051F020的INT0中斷服務(wù)程序?qū)?DSP的HPI數(shù)據(jù)寄存器讀數(shù)據(jù)。
CPU單元通過RS232接口線TX0和RX0與GSM模塊進行硬件連接，用于通過無線移動網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)信息。C8051F020單片機和GSM引擎之間采用AT指令實現(xiàn)互相之間的通信，更詳細的資料可以參考GSM07.05和GSM07.07規(guī)范。例如使用短信方式時，CPU單元發(fā)出短信的過程大體如下：用預(yù)先設(shè)置好的短信息中心地址、短信息的接受地址和要發(fā)售的報警數(shù)據(jù)，形成PDU格式短信；然后發(fā)出指令A(yù)T+CMGF=0r設(shè)置GSM引擎為 PDU方式；再發(fā)出指令A(yù)T+CMGS=r ，當受到回答信號后，發(fā)送已形成PDU格式短信。
5 小結(jié)
本文設(shè)計了一種基于 Ti公司低功耗DSP芯片和Cygnal低功耗的混合信號系統(tǒng)級單片機移動數(shù)據(jù)處理傳輸系統(tǒng)，它能夠采集、處理和通過無線移動網(wǎng)傳送和接收數(shù)據(jù)。
評論