基于89C51單片機的電子負載設計

1、基于89C51單片機的電子負載設計 摘 要隨著電力電子技術的、計算機技術和自動控制技術的迅速發(fā)展，為電源檢測技術帶來了革命性的變化。由于鐵道電氣化供電、電氣牽引、信號控制、無線通信、計算機指揮調度中心及家庭日常生活等應用領域都在大量應用各種各樣的電源，對電子負載的需求越來越多，對其性能要求也越來越高。系統(tǒng)主要以為核心；包括控制電路MCU 、驅動電路PWM波、采樣電路、顯示電路等AbstractWith the power electronics technology, computer technology and the rapid development of automatic cont

2、rol technology for power detection technology brings revolutionary change. As the railway electrification power supply, electric traction, signal control, wireless communication, computer and family life control center applications such as a large number of applications in a variety of power supply,

3、 so people need more and more electronic load on performance requirements are also increasing. The traditional power detection is facing a great challenge. For the accurate detection of power supply reliability and load capacity, so the power electronics technology and computer control technology co

4、mbined organically to achieve reliable detection of power supply. System mainly 89c51 microcontroller to control the core; design constant current mode of electronic load, that is, no matter how the change in voltage, current through the electronic load current constant, and the current value can be

5、 set. Including the control circuit MCU , drive isolation circuit PWM wave , the main circuit, sampling circuit, display circuit, communication circuit, the keyboard scanning circuit. Key Words: E-LOAD, SingleChip MCU , Analog to Digital Convertor,Digital to Analog Convertor，PWM。目 錄 摘要IAbstractII1電子

6、負載的原理及概述11.1電子負載的意義11.2電子負載的工作方式1流方式1阻方式2壓方式21.3在本設計中要做的主要任務32 系統(tǒng)硬件設計42.1電子負載設計模塊方框圖42.2單片機學習應用的六大重要部分42.3 AT89C51單片機的應用6 AT89C51單片機性能特點6 AT89C51各引腳圖及各管腳功能72.4電源8紹892.5 A/D轉換器接口ADC080992.6系統(tǒng)顯示模塊112.7電壓、電流采樣11樣11樣13 MOSFET場效管的應用14 集成運放的應用152.8 系統(tǒng)保護電路的設計17護17、短路保護183 系統(tǒng)軟件設計193.1匯編程序設計概述193.2 Keil開發(fā)軟件介

7、紹193.3 ADC0809模數(shù)轉換子程序設計203.4顯示子程序213.5電子負載程序設計流程圖224 系統(tǒng)的可靠性設計244.1硬件系統(tǒng)的可靠性設計24統(tǒng)可靠性設計所注意事項244.2 軟件系統(tǒng)的可靠性設計25余25術25“看門狗”技術26結論28致謝29參考文獻30附錄1：電子負載程序設計31附錄2：原理圖491 電子負載的原理及概述在電子技術應用領域,經(jīng)常要對開關電源、線性電源、UPS 電源、變壓器、整流器、電池、充電器等電子設備進行測試，如何對其輸出特性進行可靠、全面且比較簡單、快捷的測試，一直是儀表測試行業(yè)研究的問題。傳統(tǒng)的測試方法中一般都采用電阻、滑線變阻器、電阻箱等充當測試負載

8、，但這些負載不能滿足我們對負載多方面的要求，如：恒定電流的負載；帶輸出接口的負載；隨意調節(jié)的負載、恒功率的負載、動態(tài)負載；多輸出端口的負載等?，F(xiàn)在有一種新型多功能的電子負載，可據(jù)實際應用中對負載特性的要求進行設置，滿足了我們對負載的各種要求，解決了開發(fā)研制測試中的困難。1.1 電子負載的意義電子負載即電子負荷。凡是能夠消耗能量的器件,可以廣泛地稱為負載。電子負載能消耗電能，使之轉化成熱能或其它形式的能量。靜態(tài)的電子負載可以是電阻性 如功率電阻、滑線變阻器等 、電感性、電容性。但實際應用中，負載形式就較為復雜，如動態(tài)負載，消耗功率是時間函數(shù)，或電流、電壓是動態(tài)的，也可能是恒定電流、恒定電阻、恒定

9、電壓，不同峰值系數(shù) 交流情況下 ，不同功率因數(shù)或瞬時短路等。電子負載就是在實際應用中負載比較復雜的情況下而設計生產(chǎn)的測試設備。它能替代傳統(tǒng)的負載，如電阻箱、滑線變阻器、電阻線、電感、電容等。尤其對吸收恒定電流或以恒定電壓吸收電流，或電壓電流都要在設定范圍突變等傳統(tǒng)方法不能解決的領域里，更能顯示出優(yōu)越性能。1.2 電子負載的工作方式直流電子負載可以具備恒定電流、恒定電阻、恒定電壓、動態(tài)負載及短路負載等工作方式。流方式圖11是電子負載與被測電源的連接圖和外特性圖。在定電流模式中,在額定使用環(huán)境下, 不論輸入電壓大小如何變化, 電子負載將根據(jù)設定值來吸收電流。若被測電壓在510V變化，設定電流為10

10、0mA，則當調節(jié)被測電壓值時，負載上的電流值應維持在100mA不變, 而此時負載值是可變的。定電流模式能用于測試電壓源及AD/ DC電源的負載調整率。負載調整率是電源在負載變動情況下能夠提供穩(wěn)定的輸出電壓的能力, 是電源輸出電壓偏差率的百分比。圖11 電子負載的恒定電流工作方式阻方式此種狀態(tài)下，負載如純電阻，吸收與電壓成線性正比的電流。此方式適用于測試電壓源，電流源的啟動與限流特性。圖1-2為恒阻方式連接圖和外特性圖, 在定電阻模式中, 電子負載將吸收與輸入電壓成線性的負載電流。若負載設定為1 k, 當輸入電壓在110 V 變化時, 電流變化則為10100 mA 圖1-2 。圖12 電子負載的

11、恒定電阻工作方式壓方式 圖13為電子負載與被測電源連接圖和外特性圖。在此方式下電子負載將吸收足夠的電流來控制電壓達到設計值。定電壓模式能被使用于測試電源的限流特性。另外, 負載可以模擬電池的端電壓, 故也可以使用于測試電池充電器。圖13 電子負載的恒定電壓工作方式1.3在本設計中要做的主要任務 設計 設計 設計。2 系統(tǒng)硬件設計2.1 電子負載設計模塊方框圖圖21 電子負載設計模塊方框圖2.2單片機學習應用的六大重要部分圖2-5 ADC0809引腳圖ADC0809各引腳功能如下：IN0IN7 八路模擬量輸入端。D0D7 為8位數(shù)字量輸出端。START 為啟動信號輸人端，高電平有效。在該信號的上

12、升沿清除ADC內(nèi)的寄存器，在下降沿啟動轉換。ALE 為地址鎖存控制信號，由低電平至高電平的正跳變將通道地址鎖存至地址鎖存器。通常把START和ALE連接在一起，通過程序輸入一個正脈沖啟動A/D轉換。EOC 為轉換結束信號，轉換結束為高電平，可作中斷請求信號。OE 為輸出允許控制，當OE有效時，可把內(nèi)部轉換的數(shù)據(jù)送往數(shù)據(jù)總線。ADC0809與AT89S51接口設計如圖所示。圖2-6 AT89S51與ADC0809連接2.6 系統(tǒng)顯示模塊為節(jié)省單片機端口，此設計使用74LS138三八譯碼器及4543BCD碼七段譯碼器。這樣只需占用單片機的一個口，就可以動態(tài)顯示8位LED數(shù)碼管，大大減少了對單片機管

13、腳的占用。74LS138三八譯碼器及4543BCD碼七段譯碼器外形封裝如圖所示。圖2-7 74LS138、4543外形封裝 數(shù)碼管選用四位一體的四聯(lián)數(shù)碼管，其外形及內(nèi)部線路如圖所示：圖2-8 四聯(lián)數(shù)碼管外形及內(nèi)部連2.7電壓、電流采樣 電壓采樣 HCPL7840芯片是HP公司出品的雙直插8腳封裝的集成隔離放大器，它有優(yōu)越的性能，像CMRR、失調電壓、非線性度、工作溫度范圍和工作電壓等都有嚴格的指標。低失調電壓和低失調溫度系數(shù)允許自動校準技術的精確運用。5%的增益容忍度和0.1%的線性度，為精確的負反饋和控制進一步提供性能需求。較寬的溫度范圍允許HCPL7840被運用于各種惡劣的工作環(huán)境。它能夠

14、傳輸模擬信號的線性光耦，對主電路和控制電路進行隔離，這樣可避免電源噪聲或電磁干擾的影響，避免電流功率?1電路對控制電路的損害。如圖：7840的腳1、腳8分別為兩組+5V電源的正端VDD1和VDD2；腳4和腳5為+5V電源地GND1和GND2；腳2為VIN+、腳3為VIN-、腳7和腳6分別為VOUT+和VOUT-。圖2-9 HCPL7840圖2-10 電壓采樣原理圖（a）圖2-11 電壓采樣原理圖（b）樣電流采樣中，借助采樣電阻首先將電流信號轉換為電壓信號，裝換為電壓信號后，再用HCPL788J隔離，它是帶短路和過載檢測功能的隔離運放芯片，電流過載后能在5us從內(nèi)部向單片機發(fā)送中斷信號，及時保護

15、MOSFET。其輸入范圍為：-250mv250mv；對應輸出為04；電子負載電流輸入范圍是05；選用0.04采樣電阻。圖2-12 HCPL788J圖2-13電流采樣原理圖（a）圖2-14電流采樣原理圖（b） MOSFET場效管的應用MOS型晶體管的特點是特別適合于開關狀態(tài)工作，因為它正向導通時的電阻極小，而且開關速度快，所以是一種理想的開關元件。 MOS型場效應管的特點柵極控制功率小。和雙極型晶體管相比，MOS管柵極是絕緣的、在高頻工作時雖然有柵極電流存在。但其值甚小，所以柵極的輸入功率也很小。由于MOS管是電壓控制器件，它不像雙極型晶體管那樣，在基區(qū)有可能積存大量少數(shù)載流子，從而影響高速開關

16、。所以同樣功率的管子，MOS型的開關速度要比雙極型管子快得多。MOS管子的耐壓比雙極型管于低通常很少超過1000V而雙極型管子可以做到1600V以下這對于大功率開關而言，無疑是一大缺點。MOS管子不像雙極型管子那樣存在明顯的二次擊穿現(xiàn)象，所以在中、低壓情況下，其工作的可靠性要高些。過電壓保護的設計也可以簡單一些。MOS型場效應管的輸出特性曲線MOS型場效應管的輸出特性曲線如圖所示；其內(nèi)部結構如圖所示。圖2-15 MOS型場效管輸出特性曲線圖2-16 MOS場效管內(nèi)部結構 MOS型場效應管的選型鑒于MOS管的良好開關特性，在此次設計中，對被測電源功率的控制，也就是對電流的控制，決定選用場效管IR

17、FP254。MOSFET場效管IRFP254參數(shù)：漏極源極擊穿電壓Vdss 250V；靜態(tài)導通電阻Rds on 0.14；漏源連續(xù)導通電流Id 23A。 集成運放的應用在本設計中，電流信號的檢測放大部分、單片機控制功率信號輸出部分，以及場效應管驅動信號部分，均應用集成運放芯片進行信號的放大及處理。以下對應用到的運放功能作進一步介紹。集成運放基本反相放大電路應用圖2-17 集成運放基本反相放大電路圖2-17為運放基本反相放大電路。圖中R1為輸入隔離電阻，Rf為負反饋電阻，Rp為平衡電阻。RpR1/Rf。Rw為調零電位器。 電路的閉環(huán)放大倍數(shù)為AvfRfR1。代入電阻數(shù)值，電路的Avf值為100。

18、負號表示輸出電壓與輸入電壓相位相反。 電路的輸入電阻為R1，若要保證電路放大倍數(shù)足夠大，則Rf值勢必要相應的增大。這將使電路的精度下降、漂移增大。所以基本反相放大器只適用于輸入阻抗要求不高的場合?；痉聪喾糯箅娐返恼{整方法： 先將輸入端接地，細心調整Rw調零電位器，使輸出電壓為零。 為減少輸入基極電流造成的誤差，應使平衡電阻Rp等于R1和Rf的并聯(lián)。在實際調整中，應根據(jù)實測結果對Rf值進行適當調整，以滿足所需增益的要求。集成運放基本同相放大電路應用圖2-18 運放基本同相放大電路 圖2-18為運放基本同相放大電路。同相放大電路閉環(huán)放大倍數(shù)計算公式為：Avf1R3/R2由公式可見，選用系列電阻時

19、，閉環(huán)放大倍數(shù)不容易為整數(shù)。 電路的調整方法和注意事項將輸入端接地，調整調零電位器R4，使輸出電壓為零。同相放大器將引入等于輸入信號的共模電壓，這將對運放的輸入共模電壓范圍提出較高的要求。也就是說，同相放大器的輸入信號不得超過運放的輸入共模電壓范圍。在作為跟隨器使用時，跟隨精度與共模抑制比直接有關。集成運放基本差動放大電路應用實用中往往用差動放大器來放大來自傳感器的微弱電信號。圖為一種實用電路。圖2-19 運放差動放大電路電路的調整方法和注意事項： 將兩個輸入端均接地，調整調零電位器使輸出電壓為零。為抑制共模輸出應精心選配外接電阻，便R1R2，RfRp，公差一般不能超過1。 輸入的共模信號不得

20、超過所用運放的輸入共模電壓范圍。因為是直接耦合，故信號源內(nèi)阻直接串入輸入端。使用中應盡量使信號源內(nèi)阻對兩個輸入端都相等，否則將降低電路抑制共模的能力。要求運放的輸入失調電流盡可能小。2.8 系統(tǒng)保護電路的設計電子負載在應用過程中，由于測試的電源有可能是高電壓大電流的電源，若設計欠缺，過壓、過流和過熱，均容易造成系統(tǒng)硬件損壞。特別是當電子負載由微控制器控制時，對系統(tǒng)的保護功能提出更深的要求。下面將介紹此系統(tǒng)的保護電路。護由于場效管的開度受單片機對DAC0832的輸出影響，而在單片機復位以及程序出現(xiàn)錯誤跑飛時，單片機輸出口會出線全高電平，從而使場效管全開，被測試電源出現(xiàn)斷路情況，這對那些帶負載能力

21、低的電源是不允許出現(xiàn)的。所以有必要設計一種電路，限定DAC0832輸出控制電壓的最高上限。 圖2-20是一種保護電路，其原理是當DAC0832輸出控制電壓達到一定值后，觸發(fā)三極管8050的導通，繼電器繼吸合動作，強行把輸出控制電壓接地，從而限定了場效管的開度。圖2-20 過流保護電路 過壓、短路保護當電源的輸出電壓超過其最大的限定電壓時, 電源會將其輸出關閉, 稱之為過電壓保護。過電壓保護測試用來驗證電源在出現(xiàn)上述異常情況時, 能否正確地作出反應。過電壓保護功能對于一些對電壓敏感的負載特別重要, 如: CPU、存儲器、邏輯電路等。因為這些元件若工作電壓超過其額定值時, 會導致永久性的損壞。當電

22、源的輸出短路時, 則電源應該限制其輸出電流或關閉其輸出,以避免損壞。短路保護測試是驗證當輸出短路時, 電源能否正確反應。電子負載可采用短路測試鍵來模擬短路負載,可以直接測量其短路時的輸出電壓及電流。3 系統(tǒng)軟件設計3.1 匯編程序設計概述程序設計有時可能是很復雜的工作，為了把復雜的工作條理化，就要有相應的步驟和方法，其步驟一般概括為以下幾點：分析題意確定算法。對復雜的問題進行具體分析，找出合理的計算方法及適當?shù)臄?shù)據(jù)結構。根據(jù)算法畫出程序框圖。畫程序框圖可以把算法和解題步驟逐步具體化，以減少出錯的可能性。編寫程序。根據(jù)程序框圖所表示的算法和步驟，選用適當指令排列起來，構成一個有機整體，即程序。

23、單片機應用系統(tǒng)的軟件設計是研制過程中任務最繁重的一項工作，難度也比較大。對于某些較復雜的應用系統(tǒng)，不僅要使用匯編語言來編程，有時還要使用高級語言。單片機應用系統(tǒng)的軟件主要包括兩大部分：用于管理單片機微機系統(tǒng)工作的監(jiān)控程序和用于執(zhí)行實際具體任務的功能程序。對于前者，應盡可能利用現(xiàn)成微機系統(tǒng)的監(jiān)控程序。為了適應各種應用的需要，現(xiàn)代的單片機開發(fā)系統(tǒng)的監(jiān)控軟件功能相當強，并附有豐富的實用子程序，可供用戶直接調用，例如鍵盤管理程序、顯示程序等。因此，在設計系統(tǒng)硬件邏輯和確定應用系統(tǒng)的操作方式時，就應充分考慮這一點。這樣可大大減少軟件設計的工作量，提高編程效率。后者要根據(jù)應用系統(tǒng)的功能要求來編程序。例如，

24、外部數(shù)據(jù)采集、控制算法的實現(xiàn)、外設驅動、故障處理及報警程序等等。單片機應用系統(tǒng)的軟件設計千差萬別，不存在統(tǒng)一模式。開發(fā)一個軟件的明智方法是盡可能采用模塊化結構。根據(jù)系統(tǒng)軟件的總體構思，按照先粗后細的方法，把整個系統(tǒng)軟件劃分成多個功能獨立、大小適當?shù)哪K。應明確規(guī)定各模塊的功能。盡量使每個模塊功能單一，各模塊間的接口信息簡單、完備，接口關系統(tǒng)一，盡可能使各模塊間的聯(lián)系減少到最低限度。這樣，各個模塊可以分別獨立設計、編制和調試，最后再將各個程序模塊連接成一個完整的程序進行調試。3.2 Keil開發(fā)軟件介紹Keil IDE Vision2集成開發(fā)環(huán)境是Keil Software開發(fā)的基于80C51內(nèi)

25、核的微型處理器軟件開發(fā)平臺，內(nèi)嵌多種符合當前工業(yè)標準的開發(fā)工具?？梢酝瓿蓮墓こ探ⅰ⒐芾?、編譯和鏈接，目標代碼的生成，軟件仿真，硬件仿真等完整的開發(fā)流程。尤其C編譯工具在產(chǎn)生代碼的準確性和效率方面達到了較高的水平，而且可以附加靈活的控制選項，在開發(fā)大型項目時非常理想。Keil軟件開發(fā)的流程：建立工程。為工程選擇目標器件。設置工程的配置參數(shù)。打開/建立程序文件。編譯和鏈接工程。糾正程序中的書寫和語法錯誤并重新編譯連接。對程序中某些純軟件的部分使用軟件仿真驗證。使用TKS硬件仿真器對應用程序進行硬件仿真。將生成的Hex文件燒寫到ROM中運行測試。上面的流程只是一個標準的開發(fā)流程，實際中用戶可能反復

26、重復一個或幾個步驟。3.3 ADC0809模數(shù)轉換子程序設計電子負載系統(tǒng)對外界電壓電流參數(shù)的測試過程中，我們可以把模數(shù)轉換程序以子程序的形式在程序段中出現(xiàn)，而在主程序中當需要測量電壓電流參數(shù)時，直接調用ADC轉換子程序實現(xiàn)。程序形式如下：ORG00H；主程序段開始 CALL ADC_convert；調用ADC轉換子程序ADC_convert: ；ADC轉換子程序 RET；子程序調用返回END ；主程序結束結合本設計硬件的連接方式，模數(shù)轉換子程序為：ADC_convert: CLR P3.1 ；選通IN0通道測電壓值 CLR P3.0 SETB P3.0 ；啟動ADC0809 CLR P3.0

27、CALL DELAY；延時1ms等待AD轉換結束 MOV A,P0；送轉換數(shù)據(jù)到累加器A MOV 30H,A；轉換數(shù)據(jù)暫放緩存區(qū) SETB P3.1 ；選通IN1通道測電流值 CLR P3.0 SETB P3.0 ；啟動0809 CLR P3.0 CALL DELAY ；延時1ms等待AD轉換結束 MOV A,P1 MOV 31H,A；轉換數(shù)據(jù)暫放緩存區(qū) RET；AD轉換結束，返回3.4 顯示子程序為節(jié)省單片機端口，此設計使用74LS138三八譯碼器及4543BCD碼七段譯碼器。這樣只需占用單片機的一個口，就可以動態(tài)顯示8位LED數(shù)碼管，大大減少了對單片機管腳的占用。74LS138三八譯碼器及

28、4543BCD碼七段譯碼器外形封裝如圖所示。MOV A,33H ANL A,#00001111B MOV P1,A；送第1位顯示 CALL DELAY MOV A,33H SWAP A ANL A,#00001111B ORL A,#00010000B MOV P1,A ；送第2位顯示 CALL DELAY MOV A,34H ANL A,#00001111B ORL A,#00100000B MOV P1,A ；送第3位顯示 CALL DELAY MOV A,34H SWAP A ANL A,#00001111B ORL A,#00110000B MOV P1,A；送第4位顯示 CALL D

29、ELAY RET3.5 電子負載程序設計流程圖電子負載程序設計主程序流程圖如圖31所示。 無圖31 主程序流程圖 電子負載程序設計按鍵程序流程圖如圖32所示。圖32 按鍵程序流程圖4 系統(tǒng)的可靠性設計4.1 硬件系統(tǒng)的可靠性設計內(nèi)部如ROM、 RAM、I/O口、計數(shù)器、中斷系統(tǒng)等容量不夠使用時，必須在外部擴充，選擇適當?shù)臄U充IC，設計相容的電路。二是系統(tǒng)裝置，即按照系統(tǒng)功能要求配備外圍設備，如一個單片機微處理器的硬件電路設計包括兩個部分：一是系統(tǒng)擴充，即單片機外圍鍵盤、顯示器、打印機、A/D轉換器、D/A轉換器、串行通信接口，設計合適的接口電路。 硬件設計需要考慮下列幾點： 盡可能選擇典型的電

30、路（市場已有的）。系統(tǒng)的擴充與外圍裝置，應充分滿足應用系統(tǒng)的要求，并留一些擴充槽，以便進行二次開發(fā)。硬件結構應結合應用軟件一并考慮。軟件有執(zhí)行的功能盡可能由軟件來執(zhí)行，以簡化硬件結構。但是必須注意，由軟件執(zhí)行硬件的功能，其響應時間比直接使用硬件要長，且占用CPU時間。整個系統(tǒng)器件盡可能做到性能匹配。例如選用石英震蕩器頻率較高時，應選擇存取速度較快的IC；選擇COMS單片機構成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)所有的IC都應選擇低功耗的IC?？煽啃约翱垢蓴_設計及其重要的部分，包括器件選擇、電路板布線，通道隔離等。單片機微處理器外接電路較多時，必須考慮其驅動能力，驅動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠。解決辦法是增加驅動

31、能力，或減少IC功耗，降低總線負荷。 硬件系統(tǒng)可靠性設計所注意事項與外界容易產(chǎn)生干擾的輸入點、繼電器的輸出接點等器件部分，采用光耦隔離，使外界雜散信號無法干擾CPU的運行，即易受干擾的輸入或輸出接點以光耦隔離（PC817、PC827、4N25、4N35等）。沒有使用到的端口引腳（尤其是P0口）應接到一個固定邏輯電位上（0或1），以免受到外界靜電干擾，導致CPU運行失常而產(chǎn)生“死機”。易受雜散信號干擾處，則接一個0.01uF的樹脂電容到機體外殼，使雜散信號的尖峰毛刺經(jīng)此電容后到外殼。每一顆IC的VCC與GND之間一般接0.01uF0.1uF的積層電容，以使電源電壓波的波紋及雜散信號有所旁路，不致

32、影響該IC的正常運行。同時也可抵消電路的電感性，使整個電路具有較佳的穩(wěn)定性。石英晶體的兩腳越短越好，越接近8051的18、19腳震蕩效果越好、越穩(wěn)定。硬件電路中若有接近開關、按鈕開關及切撥開關等設計時，其輸入到8051的端口引腳，最好加接斯密特門電路，如74244，以排除不必要的雜散信號，使工作穩(wěn)定；且導線太長可考慮將輸入端電壓提高為12V或24V，再串接光耦或使用磁簧繼電器。設計時個外圍IC（如8255、ROM、RAM等）盡量使用同一品牌，以免因相互間的延遲時間不同，而導致存取數(shù)據(jù)發(fā)生錯誤。所設計的的邏輯門，盡量使用“ 高速CMOS”型，如74HCXXX的IC，以配合CPU的快速動作要求。硬

33、件設計時盡量使用商品化的設計電路，以減少個人開發(fā)時間。4.2 軟件系統(tǒng)的可靠性設計在提高硬件系統(tǒng)可靠性設計的同時，軟件系統(tǒng)的可靠性設計以其設計靈活、節(jié)約硬件資源、可靠性好越來越受到重視。? 在工程實踐中，軟件系統(tǒng)的可靠性設計的內(nèi)容主要是： 一、消除模擬輸入信號的嗓聲（如數(shù)字濾波技術）；二、程序運行混亂時使程序重入正軌的方法。本文針對后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。 余? CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當PC受干擾出現(xiàn)錯誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當亂飛到某雙字節(jié)指令，若取指令時刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當作操作碼，程序將出錯。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯機率更大。在關鍵地

34、方人為插入一些單字節(jié)指令，或將有效單字節(jié)指令重寫稱為指令冗余。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的NOP。這樣即使亂飛程序飛到操作數(shù)上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被當作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動納入正軌。 此外，對系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。術? 所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進行出錯處理。通常用軟件陷阱來攔截亂飛的程序。因此先要合理設計陷阱，其次要將陷阱安排在適當?shù)奈恢?。軟件陷阱的設計 當亂飛程序進入非程序區(qū)，冗余指令便無法起作用。通過軟

35、件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進行出錯處理。軟件陷阱是指用來將捕獲的亂飛程序引向復位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱： NOP NOP LJMP 0000H 其機器碼為0000020000。陷阱的安排：通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。最后一條應填入020000，當亂飛程序 落到此區(qū)，即可自動入軌。在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。當使用的中斷因干擾而開放時，在對應的中斷服務程序中設置軟件陷阱，能及時捕獲錯誤的中斷。如某應用系統(tǒng)雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務程序可為如下形式： NOP NO

36、P RETI 返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復程序的設計可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接進入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復程序的運行。 考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有2-3個就可以進行有效攔截?！翱撮T狗”技術? 若失控的程序進入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術使程序脫離“死循環(huán)”。通過不斷檢測程序循環(huán)運行時間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時間超過最大循環(huán)運行時間，則認為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進行出錯處理。“看門狗”技術可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件實現(xiàn)。 在工業(yè)應用中，嚴重的干擾有時會破壞中斷方式控制字，關閉中斷。

37、則系統(tǒng)無法定時“喂狗”，硬件看門狗電路失效。而軟件看門狗可有效地解決這類問題。用定時器T0監(jiān)視定時器T1，用定時器T1監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時器T0。采用這種環(huán)形結構的軟件“看門狗”具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)可靠性。對于需經(jīng)常使用T1定時器進行串口通訊的測控系統(tǒng)，則定時器T1不能進行中斷，可改由串口中斷進行監(jiān)控（如果用的是MCS-52系列單片機，也可用T2代替T1進行監(jiān)視）。這種軟件“看門狗”監(jiān)視原理是：在主程序、T0中斷服務程序、T1中斷服務程序中各設一運行觀測變量，假設為MWatch、T0Watch 、T1Watch,主程序每循環(huán)一次，MWatch加，同樣T0、T1中斷服務程序

38、執(zhí)行一次，T0Watch、 T1Watch加。在T0中斷服務程序中通過檢測T1Watch的變化情況判定T1運行是否正常，在T1中斷服務程序中檢測MWatch的變化情況判定主程序是否正常運行，在主程序中通過檢測T0Watch的變化情況判別T0是否正常工作。若檢測到某觀測變量變化不正常，比如應當加1而未加1，則轉到出錯處理程序作排除故障處理。當然，對主程序最大循環(huán)周期、定時器T0和T1定時周期應予以全盤合理考慮。系統(tǒng)故障處理、自恢復程序的設計 ：單片機系統(tǒng)因干擾復位或掉電后復位均屬非正常復位，應進行故障診斷并能自動恢復非正常復位前的狀態(tài)。非正常復位的識別：程序的執(zhí)行總是從0000H開始，導致程序從

39、 0000H開始執(zhí)行有四種可能：一、系統(tǒng)開機上電復位；二、軟件故障復位；三、看門狗超時未喂狗硬件復位； 四、任務正在執(zhí)行中掉電后來電復位。四種情況中除第一種情況外均屬非正常復位，需加以識別。結論設計的基于AT89C51單片機控制的電子負載，能夠直接檢測被測電源的電流值、電壓值，以及在不同大小的負載下電源的輸出功率值。各個參數(shù)都能直觀的在數(shù)碼管上顯示。此電子負載能很好的替代傳統(tǒng)的測試方法中一般采用的電阻、滑線變阻器、電阻箱等，更簡單、更快捷、更可靠地對電源、變壓器、整流器等電子設備進行輸出特性的測試。但是，本設計還存在著很多不足，比如是功率消耗型器件，希望能在以后能改善這方面的缺陷。此次設計的電

40、子負載，從最開始的資料搜集，到電路的設計；從最開始的元件選型，到電路板的焊接，再到現(xiàn)在的實物的整體調試每一步都印證著自己在完成畢業(yè)設計任務上一個又一個的成功與失敗，迷惑與奮發(fā)！遺憾時間的倉促，以及自身能力所限，此次設計存在很多有待改進的方方面面，更存在很多低級的錯漏和失誤的地方。還請各位學術上的前輩多多包涵見諒。致謝畢業(yè)設計持續(xù)了兩個多月，到此時此刻也算終于完成了。在這我要衷心感謝我的指導老師苗老師，感謝她在這兩個多月里對我的幫助。苗老師對事情的盡職盡責，對學生的理解與關懷，在我心中留下深刻的印象。在他的關心幫助下，我才順利的完成了這個畢業(yè)設計任務。再次感謝我的指導老師！感謝劉進耀同學在畢業(yè)設

41、計期間與我緊密的合作和支持。在設計中，我們分別承擔了硬件和軟件的分析設計工作，雖然各有側重，但我們幾乎每天都在一起研究相關資料與文獻、討論軟硬件的結合、構思程序在電路上的實現(xiàn)方式。劉進耀的踏實肯干給我留下了深刻的印象，也值得我在日后的工作中學習。參考文獻1 吳炳勝著 80C51單片機原理及應用技術 冶金工業(yè)出版社 20062 徐愛鈞著 智能化測量控制儀表原理與設計 北京航空航天大學出版社 20073 段尚樞著 運算放大器應用基礎 哈爾濱工業(yè)大學出版社 19984 徐瑋 沈建良著 單片機快速入門 北京航空航天大學出版社 20085 吳金戍 沈慶陽 郭庭吉著 8051單片機實踐與應用 清華大學出版

42、社 20026 沙占友著 集成化智能傳感器原理與應用 電子工業(yè)出版社 20047 賴壽宏著 微型計算機控制技術 機械工業(yè)出版社 19948 張迎新著 單片微型計算機原理應用及接口技術 國防工業(yè)出版社 19939 何立民著 單片機高級教程 北京航空航天大學出版社 200010 MOTOROLA公司 Simiconductor Technical Data. 199811 C51 Compiler Users Guaide. Keil Elektrinik GmbH and KeilSoftware Inc. 200012 通用集成電路速查手冊13 芯片查詢網(wǎng)站14 .ALLDATASHEET芯片

43、查詢網(wǎng)站15 .IM-IC網(wǎng)站附錄1：電子負載設計程序 ORG 00H MOV A,#00H ；初始化：清顯示、數(shù)據(jù)緩存 MOV P2,A；禁止DA輸出 MOV P1,A； MOV 30H,A； MOV 31H,A； MOV 32H,A； MOV 33H,A； MOV 3AH,A； CALL DISPTEST；調數(shù)碼管測試程序 CALL ADC；啟動AD開始轉換；主程序基本框架；U_DISP: CALL DELAY；顯示電壓值 CALL DELAY ；延時消抖 JNB P3.5,$；判是否有功能鍵按下？ EE: CALL ADC CALL UBCD MOV 33H,R4；顯示數(shù)據(jù)存緩存區(qū) MO

44、V 34H,R3； CALL DISP；調顯示子程序 JNB P3.5,I_DISP；判斷是否有鍵按下 JNB P3.2,DZY2；有“”鍵按下否？有則跳到增加程序 JNB P3.3,CAT2；有“”鍵按下否？有則跳到減少程序 JMP EEDZY2: CALL ADD JMP EECAT2: CALL SUB JMP EEI_DISP: CALL DELAY；電流顯示程序 CALL DELAY ；延時消抖 JNB P3.5,$ FF: CALL ADC MOV 33H,#00H MOV 34H,#00H CALL DISP JNB P3.5,P_DISP JNB P3.6,DZY3；有“”鍵按

45、下否？有則跳到增加程序 JNB P3.7,CAT3；有“”鍵按下否？有則跳到減少程序 JMP FFDZY3: CALL ADD JMP FFCAT3: CALL SUB JMP FFP_DISP: CALL DELAY CALL DELAY ；延時消抖 JNB P3.5,$ GG: CALL ADC MOV 33H,#00H MOV 34H,#00H CALL DISP JNB P3.5,U_DISP JNB P3.6,DZY1 ；有“”鍵按下否？有則跳到增加程序 JNB P3.7,CAT1 ；有“”鍵按下否？有則跳到減少程序 JMP GGDZY1: CALL ADD；跳到啟動AD轉換子程序，

46、增加輸出 JMP GGCAT1: CALL SUB ；跳到啟動AD轉換子程序，減少輸出 JMP GG；顯示子程序；DISP: MOV A,33H ANL A,#00001111B MOV P1,A；送第1位顯示 CALL DELAY MOV A,33H SWAP A ANL A,#00001111B ORL A,#00010000B MOV P1,A ；送第2位顯示 CALL DELAY MOV A,34H ANL A,#00001111B ORL A,#00100000B MOV P1,A ；送第3位顯示 CALL DELAY MOV A,34H SWAP A ANL A,#00001111

47、B ORL A,#00110000B MOV P1,A；送第4位顯示 CALL DELAY RET；模數(shù)轉換子程序；ADC: CLR P3.1 ;選通IN0通道測電壓值 CLR P3.0 SETB P3.0 ;啟動0809 CLR P3.0 CALL DELAY MOV A,P0 MOV 30H,A SETB P3.1 ;選通IN1通道測電流值 CLR P3.0 SETB P3.0 ;啟動0809 CLR P3.0 CALL DELAY MOV A,P1 MOV 31H,A RET;雙字節(jié)二進制無符號數(shù)乘法;入口條件：被乘數(shù)在R2、R3中，乘數(shù)在R6、R7中。;出口信息：乘積在R2、R3、R4、R5中。;影響資源：PSW、A、B、R2R7 堆棧需求： 字節(jié)MULD:MOVA,R3;計算R3乘R7MOVB,R7 MULABMOVR4,B;暫存部分積MOVR5,AMOVA,R3;計算R3乘R6MOVB,R6MULABADDA,R4;累加部分積MOVR4,ACLRAADDCA,BMOVR3,AMOVA,R2;計算R2乘R7MOVB,R