高为24M 的总线时钟和48M的CPU 工作时钟,供给单片机使用稳定,可调的时钟信号。
图3.9 时钟电路
3.看门狗电路
看门狗电路电路的应用,使单片机可以在无人状态下实现连续工作,其工作原理是:看门狗芯片和单片机的一个I/O引脚相连,该I/O引脚通过程序控制它定时地往看门狗的这个引脚上送入高电平(或低电平),这一程序语句是分散地放在单片机其他控制语句中间的,一旦单片机由于干扰造成程序跑飞后而陷入某一程序段不进入死循环状态时,写看门狗引脚的程序便不能被执行,这个时候,看门狗电路就会由于得不到单片机送来的信号,便在它和单片机复位引脚相连的引脚上送出一个复位信号,使单片机发生复位,即程序从程序存储器的起始位置开始执行,这样便实现了单片机的自动复位。
本次设计采用的是MAX706SESA芯片作为看门狗电路芯片,该芯片的电路图如3.10所示。
图3.10 看门狗电路
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4.串口通信电路
在本设计中,为获得图像信息,对图像数据实现存储和显示,就要要求单片机能够和PC机通信,其中较为方便有效的方式是串行通信。除此之外,系统的调试也要用到串口。因此,串口通信电路不可或缺。PC机与单片机的通信是通过RS-232串口通信来实现的,如图3.11所示。
图3.11 串口通信电路
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4软件设计
本文中的软件设计主要设计下位单片机的图像采集、图像传输,上位机的图像处理。图像采集要涉及到数字摄像头的数据格式、数据的传输方式。图像的传输主要是串行通信程序的设计。上位机的图像处理则涉及到了图像处理的相关知识。以下分别进行讲述。
4.1数字摄像头波形输出
在本设计中,采用8位灰度图像数据,OV6620提供的信号包括:VSYNC、CHSYNC、PCLK、8 bit 数据总线:Y[7:0]。当PCLK处于上升沿时,数据输出到变焦视频ZV端口。其输出如图4.1所示。
图4.1 OV6620输出波形
在图像采集系统中,数据的传送时期重要环节之一。为保证所采集数据能够可靠的传送且工作效率高,提出以下传输方式:
第一,查询传送方式
查询传送往往要求异步工作方式,因此很难保证在执行输入输出时系统与外设之间的状态问题。通常程序控制的传送方式在传送之前,必须要查询一下外设的状态,
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当外设准备就绪才可传送;若未准备好,则等待,此过程需不断循环进行。
第二,直接数据通道传送方式
直接数据通道传送方式是用硬件在外设与内存之间直接进行数据交换的传送方式,数据传送速度的上限取决于存储器的工作速度,但须DMA控制器进行控制。
第三,中断传送方式
中断传送方式与查询方式相比不需要不断访问外设,较之DMA方式,结构简单,可大大提高效率,允许处理器与外设同时工作,实现实时处理。此外,当装置遇到掉电等故障时,中断系统可对其进行故障处理。
本设计依据其系统设计的三大原则采用中断方式进行数据采集,下面进一步对中断进行论述。
中断是提高微控制器工作效率的一种重要手段,可使MCU的程序设计更加高效与灵活,可以提高嵌入式系统的实时处理能力,扩大其应用范围,尤其是在低功耗应用系统中,中断更是一个必要的技术手段。可以说MCU的中断系统的功能如何在某种程度上决定了MCU的用途,中断功能强大与否也是评判MCU性能的一个重要指标。
中断是在一个处理器上运行多个系统的有效方法,多个中断相结合形成系统。中断系统一般具有以下特点:
(1)能实现中断响应、中断服务和中断返回。当一中断源发出中断请求时,MCU决定是否响应这一请求。如果允许响应这个中断请求,MCU能够有硬件自动保护断点,转而执行相应的中断服务程序。中断处理完后能通过指令自动恢复断点,返回原中断继续执行被终止的程序。
(2)能实现中断优先级配置。当两个或更多个中断源同时发出中断申请时,优先级较高的中断申请首先得到处理。
(3)能实现中断嵌套。中断处理过程中,有优先级较高的中断请求时,MCU能暂停正在执行的中断处理程序,转去响应与处理优先级较高的中断申请,结束后再返回原先优先级较低的中断处理过程。
(4)能通过软件实现模拟中断的功能,便于中断的调试。
在单片机中,S12MCU的中断处理过程是硬件和软件编程相结合的处理过程,有些是通过硬件完成的,有些是通过编写程序实现的。总的来说,中断处理的基本流程可分为以下4步,如图4.2所示。
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中断请求 中断响应 中断程序处理 中断返回
图4.2 中断处理过程
1、中断请求
当S12MCU的外部设备或者内部模块发生中断事件,需要S12为其服务时,首先向S12发出中断请求信号。若该中断源未被屏蔽,中断允许触发器备置位时,表示允许发出中断申请。
2、中断响应
中断源的中断请求是随机的,S12一般会在现行指令结束时去检测中断请求。当检测到有中断请求时,如果中断响应条件满足,则S12在当前指令执行结束时,是中断进入中断响应周期,在中断响应周期内S12通过内部硬件自动完成3件事:关中断,即将CCR寄存器I位置1,以禁止其他中断干扰将要执行的中断服务程序;保护断点和标志寄存器内容,即将返回地址和预保存的寄存器内容推入栈区;跳转到中断服务程序的入口地址。
3、中断程序处理
执行中断服务程序,完成要处理的功能,通常要求中断处理程序的设计应力求简短。
4、中断返回
中断服务程序的最后一条指令必须是中断返回指令RT1,S12执行中断返回指令时,自动将保存在现行堆栈中的标志寄存器内容和断点地址弹出,使程序回到中断前的地址继续执行,即S12从中断服务程序返回而继续执行被中止的原来正常运行的程序。
经由以上四步中断不断循环进行,对系统实现实时、安全、可靠、有效的数据处理,完成系统间的正常运行。
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