單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)課件

第8章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)8.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程8.2單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具及選擇8.3系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)第8章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)8.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)18.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程8.1.1總體設(shè)計(jì)1.理解系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)2.選擇單片機(jī)類型貨源充足、穩(wěn)定。

(2)性價(jià)比要高。

(3)研制周期。 3.關(guān)鍵器件的選擇

4.軟硬件功能劃分8.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程8.1.1總體設(shè)計(jì)2圖8-1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程圖8-1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程38.1.2硬件設(shè)計(jì)元器件選擇原則(1)性能參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性。在選擇元器件時(shí)必須按照器件手冊(cè)所提供的各種參數(shù)(如工作條件、電源要求、邏輯特性等)指標(biāo)綜合考慮，但不能單純追求超出系統(tǒng)性能要求的高速、高精度、高性能。例如，一般10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格遠(yuǎn)高于同類8位精度的A/D轉(zhuǎn)換器；陶瓷封裝(一般適用于-25℃～+85℃或-55℃～+125℃)的芯片價(jià)格略高于塑料封裝(0℃~+70℃)的同類型芯片。8.1.2硬件設(shè)計(jì)元器件選擇原則(14(2)通用性。在應(yīng)用系統(tǒng)中，盡量采用通用的大規(guī)模集成電路芯片，這樣可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，也有助于提高系統(tǒng)的可靠性。(3)型號(hào)和公差。在確定元器件參數(shù)之后，還要確定元器件的型號(hào)，這主要取決于電路所允許元器件的公差范圍。如電解電容器可滿足一般的應(yīng)用，但對(duì)于電容公差要求高的電路，電解電容則不宜采用。(2)通用性。在應(yīng)用系統(tǒng)中，盡量采用通用的5(4)與系統(tǒng)速度匹配。單片機(jī)時(shí)鐘頻率一般可在一定范圍內(nèi)選擇（如增強(qiáng)型MCS-51單片機(jī)芯片可在0～33MHz之間任意選擇），在不影響系統(tǒng)性能的前提下，時(shí)鐘頻率選低些好，這樣可降低系統(tǒng)內(nèi)其他元器件的速度要求，從而降低成本和提高系統(tǒng)的可靠性。在選擇比較高的時(shí)鐘頻率時(shí)，需挑選和單片機(jī)速度相匹配的元器件。另一方面，較低的時(shí)鐘頻率會(huì)降低晶振電路產(chǎn)生的電磁干擾。(5)電路類型。對(duì)于低功耗應(yīng)用系統(tǒng)，必須采用CHMOS或CMOS芯片，如74HC系列、CD4000系列；而一般系統(tǒng)可使用TTL數(shù)字集成電路芯片。(4)與系統(tǒng)速度匹配。單片機(jī)時(shí)鐘頻率一般可62.系統(tǒng)構(gòu)成方式選擇專用系統(tǒng)。(2)模塊化系統(tǒng)。(3)單片單板機(jī)系統(tǒng)。2.系統(tǒng)構(gòu)成方式選擇專用系統(tǒng)。73.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原則一般在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：(1)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，且符合單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的常規(guī)用法。(2)系統(tǒng)配置及擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)必須充分滿足系統(tǒng)的功能要求，并留有余地，以利于系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)。(3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用程序設(shè)計(jì)一并考慮。軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)完成，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原則8(4)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。(5)單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。(6)可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。(7)?TTL電路未用引腳的處理。(8)工藝設(shè)計(jì)，包括機(jī)架機(jī)箱、面板、配線、接插件等，必須考慮安裝、調(diào)試、維護(hù)的方便。(4)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。94.印制電路板設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上離不開(kāi)用于固定單片機(jī)芯片及其他元器件的印制板。通常這類印制板布線密度高、焊點(diǎn)分布密度大，需要雙面、甚至多層板才能滿足電路要求。在編輯印制板時(shí)，需要遵循下列原則：(1)晶振必須盡可能靠近CPU晶振引腳，且晶振電路下方不能走線，最好在晶振電路下方放置一個(gè)與地線相連的屏蔽層。4.印制電路板設(shè)計(jì)10(2)電源、地線要求。在雙面印制板上，電源線和地線應(yīng)安排在不同的面上，且平行走線，這樣寄生電容將起濾波作用。對(duì)于功耗較大的數(shù)字電路芯片，如CPU、驅(qū)動(dòng)器等應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，即這類芯片電源、地線應(yīng)單獨(dú)走線，并直接接到印制板電源、地線入口處。電源線和地線寬度盡可能大一些，或采用微帶走線方式。(3)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)不能共地，即采用單點(diǎn)接地方式。(4)在中低頻應(yīng)用系統(tǒng)(晶振頻率小于20MHz)中，走線轉(zhuǎn)角可取45°；在高頻系統(tǒng)中，必要時(shí)可選擇圓角模式。盡量避免使用90°轉(zhuǎn)角。(2)電源、地線要求。在雙面印制板上，電源線11(5)對(duì)于輸入信號(hào)線，走線盡可能短，必要時(shí)在信號(hào)線兩側(cè)放置地線屏蔽，防止可能出現(xiàn)的干擾；不同信號(hào)線避免平行走線，上下兩面的信號(hào)線最好交叉走線，相互干擾可減到最小。(6)為減低系統(tǒng)功耗，對(duì)于未用TTL電路單元必須按如下方式處理：在印制板設(shè)計(jì)時(shí)，最容易忽略未用單元電路輸入端的處理(因?yàn)樵韴D中沒(méi)有給出)。盡管它不影響電路的功能，但卻增加系統(tǒng)的功耗，尤其是當(dāng)系統(tǒng)靠電池供電時(shí)，就更應(yīng)該注意未用單元引腳的連接。在小規(guī)模TTL電路芯片中，同一芯片內(nèi)常含有多套電路。例如，在74LS00芯片中，就含有四套“2輸入與非門(mén)”。(5)對(duì)于輸入信號(hào)線，走線盡可能短，必要時(shí)128.1.3資源分配1.?I/O引腳資源分配單片機(jī)芯片各I/O引腳功能不完全相同，如部分引腳具有第二輸入/輸出功能；各I/O引腳輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)不盡相同，如8XC5X的P0口采用漏極開(kāi)路輸出方式，P1～P3口采用準(zhǔn)雙向結(jié)構(gòu)。此外，在87LPC76X系列中，P1.5引腳只能作為輸入引腳使用。因此，在分配I/O引腳時(shí)，需要認(rèn)真對(duì)待。

例如，在8XC5X系統(tǒng)中，當(dāng)外中斷不夠用時(shí)，可使用定時(shí)器T2溢出率作為串行口發(fā)送、接收波特率，此時(shí)P1.1引腳就可以作為下降沿觸發(fā)的外中斷源使用。又如，在P87LPC762/4中，當(dāng)需要4根引腳作為直接編碼輸入鍵盤(pán)時(shí)，可考慮使用P0.3、P0.4、P0.5、P0.6引腳作為鍵盤(pán)輸入引腳，這樣基本保留了模擬比較器2的資源。8.1.3資源分配1.?I/O引腳資源分配132.程序存儲(chǔ)器資源分配片內(nèi)ROM存儲(chǔ)器用于存放程序和數(shù)據(jù)表格。按照MCS-51單片機(jī)的復(fù)位及中斷入口的規(guī)定，002FH以前的地址單元都作為中斷、復(fù)位入口地址區(qū)。在這些單元中一般都設(shè)置了轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序或復(fù)位啟動(dòng)程序。當(dāng)程序存儲(chǔ)器中存放的功能程序及子程序數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)盡可能為它們?cè)O(shè)置入口地址表。一般的常數(shù)、表格集中設(shè)置表格區(qū)。二次開(kāi)發(fā)擴(kuò)展區(qū)應(yīng)盡可能放在高位地址區(qū)。2.程序存儲(chǔ)器資源分配143.?RAM資源分配RAM分為片內(nèi)RAM和片外RAM。片外RAM的容量比較大，通常用來(lái)存放批量大的數(shù)據(jù)，如采樣結(jié)果數(shù)據(jù)；片內(nèi)RAM容量較少，盡可能重疊使用，如數(shù)據(jù)暫存區(qū)與顯示、打印緩沖區(qū)重疊。對(duì)于MCS-51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，片內(nèi)RAM是指00H～7FH單元，這128個(gè)單元的功能并不完全相同，分配時(shí)應(yīng)注意發(fā)揮各自的特點(diǎn)，做到物盡其用。3.?RAM資源分配1500～1FH這32個(gè)字節(jié)可以作為工作寄存器組，在工作寄存器的8個(gè)單元中，R0和R1具有指針功能，是編程的重要角色，應(yīng)充分發(fā)揮其作用。系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)，置PSW=00H，SP=07H，則RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)位均為0，CPU自動(dòng)選擇工作寄存器組0作為當(dāng)前工作寄存器，而工作寄存器組1為堆棧，并向工作寄存器組2、3延伸。例如，此時(shí)當(dāng)CPU執(zhí)行諸如MOVR1，#2FH指令時(shí)，R1即是指01H單元。在中斷服務(wù)程序中，如果也要使用R1寄存器且不將原來(lái)的數(shù)據(jù)沖掉，則可在主程序中先將堆?？臻g設(shè)置在其他位置，然后在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后選擇工作寄存器組1、2或3，這時(shí)若再執(zhí)行諸如MOVR1，#00H指令時(shí)，就不會(huì)沖掉R1(01H單元)中原來(lái)的內(nèi)容了，因?yàn)檫@時(shí)R1的地址已改變?yōu)?9H、11H或19H。在中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，可重新選擇工作寄存器組0。因此，通常可在應(yīng)用程序中安排主程序及其調(diào)用的子程序使用工作寄存器組0，而安排定時(shí)器溢出中斷、外部中斷、串行口中斷使用工作寄存器組1、2或3。00～1FH這32個(gè)字節(jié)可以作為工作寄存器組1620H～2FH這16個(gè)字節(jié)具有位尋址功能，可用來(lái)存放各種軟件標(biāo)志、邏輯變量、位輸入信息、位輸出信息副本、狀態(tài)變量、邏輯運(yùn)算的中間結(jié)果等。當(dāng)這些項(xiàng)目全部安排好后，保留一兩個(gè)字節(jié)備用，剩下的單元可改作其他用途。30H～7FH為一般通用寄存器，只能存入整字節(jié)信息。通常用來(lái)存放各種參數(shù)、指針、中間結(jié)果，或用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。此外，也常將堆棧安放在片內(nèi)RAM的高端，如60H～7FH；設(shè)置堆棧區(qū)時(shí)應(yīng)事先估算出子程序和中斷嵌套的級(jí)數(shù)以及程序中棧操作指令使用情況，其大小應(yīng)留有余量。當(dāng)系統(tǒng)中擴(kuò)展了RAM，應(yīng)把使用頻率最高的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)安排在片內(nèi)RAM中，以提高處理速度。20H～2FH這16個(gè)字節(jié)具有位尋址功能，可178.2單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具及選擇8.2.1仿真器1.仿真器種類基于Bondout仿真技術(shù)的仿真器使用專門(mén)設(shè)計(jì)的仿真芯片，能真實(shí)地仿真某一特定廠家、系列的單片機(jī)芯片——不占用硬件資源、仿真頻率高。但這類仿真器的缺點(diǎn)是通用性差（某一專用的仿真芯片只能仿真某一系列的單片機(jī)CPU），價(jià)格高，開(kāi)發(fā)設(shè)備更新?lián)Q代速度慢——新單片機(jī)CPU出現(xiàn)后，開(kāi)發(fā)商才會(huì)根據(jù)市場(chǎng)需要來(lái)設(shè)計(jì)配套的仿真芯片。以前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的普及型MCS-51仿真器大多采用價(jià)格低廉、僅支持標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系列的仿真芯片；而支持增強(qiáng)型MCS-51或更高檔次CPU的專用仿真芯片價(jià)格昂貴，一般用戶很難接受。8.2單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具及選擇8.2.1仿真器18HOOKS仿真技術(shù)由Philips公司開(kāi)發(fā)，該技術(shù)的核心是通過(guò)分時(shí)復(fù)用I/O引腳方式來(lái)重構(gòu)MCS-51系列P0、P2口，使支持HOOKS技術(shù)的MCS-51芯片進(jìn)入HOOKS仿真狀態(tài)后，通過(guò)硬件將復(fù)用的P0、P2口擴(kuò)展為獨(dú)立的仿真總線及用戶P0、P2口。該方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須專用的仿真芯片，如用普通的51系列即可進(jìn)行相同芯片(或硬件資源兼容芯片)仿真，因此成本低，只要實(shí)時(shí)加入新型CPU數(shù)據(jù)資料，換上相應(yīng)CPU即可仿真新的CPU，仿真開(kāi)發(fā)設(shè)備更新速度快，投入少。但HOOKS仿真器通過(guò)硬件、軟件模擬實(shí)際MCS-51系列芯片的P0、P2口，因此與實(shí)際CPU的P0、P2口尚有區(qū)別，另外仿真頻率也不能太高。HOOKS仿真技術(shù)由Philips公司開(kāi)19目前國(guó)內(nèi)仿真器開(kāi)發(fā)商通過(guò)授權(quán)、轉(zhuǎn)讓的方式從Philips公司引進(jìn)了HOOKS仿真技術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于HOOKS仿真技術(shù)的仿真器，如廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司的TKS-HOOKS系列等。這些仿真器適應(yīng)性廣，通過(guò)更改仿真頭內(nèi)的CPU芯片即可仿真不同系列的CPU。例如TKS-HOOKS系列內(nèi)的TKS-668仿真器，更換仿真頭內(nèi)的CPU后，可仿真Philips公司的P8XC5X、P8XC5XX2、P89C6XX2、P89C51RX、P89C66X等系列芯片。目前國(guó)內(nèi)仿真器開(kāi)發(fā)商通過(guò)授權(quán)、轉(zhuǎn)讓的方式從P20此外，根據(jù)仿真器的適應(yīng)性，可把仿真器分為專用仿真器和通用仿真器。專用仿真器只能仿真某一系列的CPU，如南京偉福公司的K51系列和E51系列仿真器只能仿真MCS-51及兼容芯片，專用仿真器最大特點(diǎn)是價(jià)格低廉。通用仿真器適應(yīng)性強(qiáng)，更換不同的仿真頭，即可仿真不同種類的CPU，如南京偉福公司的E6000系列、E2000系列，更換不同仿真頭后即可仿真IntelMCS-51及兼容CPU、Philips公司增強(qiáng)型80C51內(nèi)核CPU(包括8XC5X系列、89C51RX系列、552系列、592系列、76X系列等)以及Microchip公司的PIC系列CPU。通用仿真器價(jià)格高，一次性投入較大，但與仿真器配套的各系列仿真頭價(jià)格較低，更重要的是可在同一仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境下使用，也是物有所值。此外，根據(jù)仿真器的適應(yīng)性，可把仿真器分為專用212.仿真器的選擇(1)不占用硬件資源。一些低檔的MCS-51仿真器(仿真頭)只能將P0、P2口作為總線使用，不能作為I/O口使用。(2)隨機(jī)瀏覽、修改內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器內(nèi)容。(3)瀏覽、編輯程序存儲(chǔ)器各存儲(chǔ)單元內(nèi)容。(4)隨機(jī)修改程序計(jì)數(shù)器PC的值。(5)瀏覽、修改外部RAM單元內(nèi)容。(6)具備連續(xù)、單步、跟蹤執(zhí)行功能，以方便程序的調(diào)試。(7)靈活、方便的斷點(diǎn)設(shè)置和取消功能。斷點(diǎn)數(shù)目最好沒(méi)有限制，以方便程序調(diào)試。2.仿真器的選擇(1)不占用硬件資源。一22(8)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的匯編器(仿真開(kāi)發(fā)軟件)必須具備如下功能：·源程序編輯操作方式與用戶熟悉的通用字處理軟件(如Word)相同或相近。·方便、靈活的查找和定位功能，以便迅速找到源程序中特定字符串(如標(biāo)號(hào)、變量、操作碼或操作數(shù)助記符)。(9)匯編器(仿真開(kāi)發(fā)軟件)應(yīng)具備一定的容錯(cuò)能力。由于MCS-51匯編指令助記符與IntelX86通用CPU相似，因此編輯源程序時(shí)，可能將MCS-51指令系統(tǒng)的“ANL”(與運(yùn)算操作助記符)寫(xiě)成“AND”，“ORL”(或運(yùn)算操作助記符)寫(xiě)成“OR”，“XRL”(異或運(yùn)算操作助記符)寫(xiě)成“XOR”；又如將“PUSHAcc”指令寫(xiě)成“PUSHA”，“POPAcc”指令寫(xiě)成“POPA”等。匯編程序應(yīng)該能夠理解這樣的錯(cuò)誤。(8)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的匯編器(仿真開(kāi)發(fā)軟件)必23(10)匯編器最好支持“過(guò)程匯編”偽指令，這對(duì)于程序設(shè)計(jì)、編寫(xiě)將非常方便。采用過(guò)程偽指令后，過(guò)程內(nèi)的標(biāo)號(hào)就可以分為兩類：公共標(biāo)號(hào)和局部標(biāo)號(hào)。公共標(biāo)號(hào)在整個(gè)程序內(nèi)有效，而局部標(biāo)號(hào)只在本過(guò)程內(nèi)有效，這樣不同子過(guò)程（實(shí)際上就是子程序）內(nèi)就能重復(fù)使用公共標(biāo)號(hào)外的標(biāo)號(hào)名，避免了因標(biāo)號(hào)重定義造成的錯(cuò)誤，也使不同過(guò)程內(nèi)的局部標(biāo)號(hào)名含義明確。過(guò)程定義偽指令格式如下：PROC Sub1,Sub2,… ;其中PROC為過(guò)程定義偽指令，Sub1、 Sub2等是公共標(biāo)號(hào) Sub1: … ;過(guò)程內(nèi)指令(10)匯編器最好支持“過(guò)程匯編”偽指令，這24RET ;如果過(guò)程是子程序，則最后一條指令是返回指令RET；如果 ;過(guò)程是中斷服務(wù)程序，則最后一條指令是中斷返回指令RETIEND ;過(guò)程結(jié)束偽指令例如：；使P1.0引腳上生產(chǎn)100ms低電平和75ms高電平信號(hào)PROCPwavePwave: CRLP1.0;延遲100msMOVTIME,#10RET ;如果過(guò)程是子程序，則最后一條指令是返回指令RE25LOOP1:MOVX_TIME,#109MOVY_TIME,#45LCALLDELAY ;調(diào)用延遲子程序，延遲10msDJNZTIME,LOOP1SETBP1.0 ;延遲100ms后，將P1.0引腳置1MOVTIME,#75LOOP1:26LOOP2:MOVX_TIME,#96MOVY_TIME,#5LCALLDELAY ;每次延遲1ms，共要進(jìn)行75次DJNZTIME,LOOP2RETEND;通用延遲子程序PROCDelayDelay:PUSHPSWCLRRS0SETBRS1 ;使用2區(qū)MOVR7,Y_TIME ;取延遲時(shí)間參數(shù)yLOOP2:27LOOP1:MOVR6,X_TIME ;取延遲時(shí)間參數(shù)xLOOP2:DJNZR6,LOOP2DJNZR7,LOOP1POPPSWRETEND(11)除了支持A51匯編語(yǔ)言外，最好支持C語(yǔ)言。LOOP1:(11)除了支持A51匯編語(yǔ)言外，最好支持C語(yǔ)288.2.2其他工具1.邏輯筆邏輯筆主要用于判別電路某點(diǎn)的電平狀態(tài)（高電平、低電平，還是脈沖），是數(shù)字電路系統(tǒng)常用的檢測(cè)工具。2.萬(wàn)用表（數(shù)字或指針式）萬(wàn)用表是最基本的電子測(cè)量工具，主要用于測(cè)量電路系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)間電壓或各節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓，電路中兩點(diǎn)通斷，判別元器件的好壞。8.2.2其他工具293.通用編程器由于目前內(nèi)置OTPROM、FlashROM存儲(chǔ)器芯片的單片機(jī)CPU已成為主流芯片，程序調(diào)試結(jié)束后，需要在編程器上將調(diào)試好的程序代碼寫(xiě)入CPU內(nèi)的程序存儲(chǔ)器中。4.?IC插座在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可能需要各種規(guī)格的IC插座。例如當(dāng)遇到目標(biāo)板上CPU插座周圍的元器件，如電解電容、晶振等太高，妨礙仿真頭插入時(shí)，可使用一兩塊IC插座抬高CPU插座，以方便仿真頭的插入。3.通用編程器308.3系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)8.3.1硬件可靠性設(shè)計(jì)提高元器件的可靠性2.冗余與容錯(cuò)設(shè)計(jì)3.采用抗干擾措施8.3系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)8.3.1硬件可靠性設(shè)計(jì)提高元31圖8-2系統(tǒng)監(jiān)視電路圖8-2系統(tǒng)監(jiān)視電路32圖8-2中使用了一片MAX813L（705/706）系統(tǒng)監(jiān)視電路產(chǎn)品，該電路具有上電使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，也允許人工隨時(shí)手動(dòng)復(fù)位，自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)(掉電)等電源故障，程序跑飛使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位的系統(tǒng)監(jiān)視功能。該電路監(jiān)視功能的具體實(shí)現(xiàn)說(shuō)明如下：(1)電源故障監(jiān)視。當(dāng)電源正常時(shí)，未穩(wěn)壓的直流電源電壓經(jīng)電阻R1和R2分壓，使電源故障輸入端PFI的電位大于1.25V?(內(nèi)部參考電壓)，一旦電源發(fā)生故障，PFI的電位低于1.25V，則電源故障輸出PFO將從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩饐纹瑱C(jī)中斷，CPU響應(yīng)中斷后可迅速執(zhí)行諸如保護(hù)重要數(shù)據(jù)、發(fā)出電源故障報(bào)警等工作。圖8-2中使用了一片MAX813L（70533(2)看門(mén)狗定時(shí)器?？撮T(mén)狗電路監(jiān)視單片機(jī)的P1.0線，正常情況下，P1.0線不超過(guò)1.6s觸發(fā)一次。若在1.6s內(nèi)單片機(jī)不產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，看門(mén)狗輸出端將變?yōu)榈碗娖?。由于與手動(dòng)復(fù)位端(與TTL/CMOS兼容，可用外部邏輯線驅(qū)動(dòng))相連，當(dāng) 低電平維持時(shí)間超過(guò)140ms，MAX813L（705/706）將復(fù)位，同時(shí)使看門(mén)狗清零和使變?yōu)楦唠娖?，這樣在MAX705/706/813L的復(fù)位信號(hào)維持200ms結(jié)束后，單片機(jī)脫離復(fù)位狀態(tài)，開(kāi)始恢復(fù)程序并正常運(yùn)行。(2)看門(mén)狗定時(shí)器。看門(mén)狗電路監(jiān)視單片機(jī)的P348.3.2系統(tǒng)自診斷技術(shù)1.?CPU診斷指令系統(tǒng)診斷：?jiǎn)纹瑱C(jī)執(zhí)行完一個(gè)包含有傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、位傳送指令、位邏輯操作指令的程序后，累加器A中的數(shù)據(jù)應(yīng)為預(yù)定值，否則就有問(wèn)題。(1)片內(nèi)RAM診斷：可采用如下過(guò)程對(duì)片內(nèi)RAM每一個(gè)單元進(jìn)行測(cè)試：讀出－備份－寫(xiě)入－再讀出－與備份比較，若相同則重新寫(xiě)入原單元，否則設(shè)置不正確標(biāo)志，說(shuō)明片內(nèi)RAM有問(wèn)題。8.3.2系統(tǒng)自診斷技術(shù)1.?CP35(2)定時(shí)器及中斷診斷：用軟件延時(shí)來(lái)檢測(cè)定時(shí)的準(zhǔn)確性，即定時(shí)器以定時(shí)方式運(yùn)行，如能按時(shí)溢出，則置位溢出標(biāo)志，否則延時(shí)時(shí)間到停止定時(shí)器計(jì)數(shù)，無(wú)溢出，表明定時(shí)器有問(wèn)題；利用定時(shí)中斷來(lái)檢測(cè)中斷系統(tǒng)是否有問(wèn)題，即若允許定時(shí)中斷，并在中斷服務(wù)程序中作一件事通知自檢程序，則可以根據(jù)這件事是否發(fā)生來(lái)判斷中斷是否發(fā)生。注意：對(duì)于8031單片機(jī)，診斷程序放在片外ROM中，因此CPU診斷過(guò)程必須以三總線(包括地址鎖存器)沒(méi)有問(wèn)題和EPROM中的診斷程序也正確為前提。(2)定時(shí)器及中斷診斷：用軟件延時(shí)來(lái)檢測(cè)定時(shí)362.?ROM診斷ROM診斷常用靜態(tài)測(cè)試法，在將系統(tǒng)程序及自檢程序固化到ROM中去的時(shí)候，先仔細(xì)計(jì)算其機(jī)器代碼的累加和，并取其結(jié)果的最低16位。在固化程序的同時(shí)，將上述累加結(jié)果一起固化到ROM特定單元中（一般是放在ROM的最后兩個(gè)地址單元中）。在對(duì)ROM進(jìn)行檢查時(shí)，只需對(duì)固化在ROM的程序代碼計(jì)算累加和，并將結(jié)果與事先固化的內(nèi)容進(jìn)行比較，從而判斷出ROM的完好性。2.?ROM診斷373.外部RAM診斷可采用與片內(nèi)RAM診斷相同的方法。此外，由于RAM的故障多數(shù)是以大片區(qū)域被破壞的形式出現(xiàn)的，因此也可采用RAM分段放置標(biāo)志數(shù)的方法來(lái)判斷RAM區(qū)是否被破壞。3.外部RAM診斷384.?A/D、D/A轉(zhuǎn)換通道的診斷和校正在使用模擬電路的系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器芯片只有一片時(shí)，通常是用多路模擬開(kāi)關(guān)(一些A/D轉(zhuǎn)換器自帶多路模擬開(kāi)關(guān))來(lái)切換各路輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)分時(shí)采樣轉(zhuǎn)換。對(duì)A/D通道的診斷方法是在某一路模擬輸入端加上一個(gè)已知的模擬電壓，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果等于預(yù)定值，則A/D通道正常，若有少許偏差，則說(shuō)明A/D通道發(fā)生少許漂移，應(yīng)求出校正系數(shù)，供信號(hào)通道進(jìn)行校正運(yùn)算，如果偏差過(guò)大，則為故障現(xiàn)象。4.?A/D、D/A轉(zhuǎn)換通道的診斷和校正39解決零點(diǎn)漂移和增益校正的方法是將多路模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)輸入端接信號(hào)公共點(diǎn)(模擬電壓為零伏)，另一個(gè)輸入端接參考電源，然后分別啟動(dòng)這兩路，讀取兩路A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并保存起來(lái)。零漂和增益校正的測(cè)定可以每隔一定時(shí)間進(jìn)行一次，進(jìn)行這種校正時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)如下計(jì)算就可以求得最終數(shù)據(jù)。解決零點(diǎn)漂移和增益校正的方法是將多路模擬開(kāi)關(guān)的40其中：DS——校正后的數(shù)據(jù)；DSN——測(cè)定信號(hào)得A/D轉(zhuǎn)換值；DOS——零點(diǎn)電壓的A/D轉(zhuǎn)換值；DFS——A/D轉(zhuǎn)換器滿量程值；DRE——參考電壓輸入的A/D轉(zhuǎn)換值。D/A通道診斷需借助A/D的一個(gè)輸入通道，在已經(jīng)進(jìn)行過(guò)A/D診斷并獲知其正常后，將預(yù)定值送D/A轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換后的模擬電壓通過(guò)分壓電阻接到A/D轉(zhuǎn)換的某個(gè)輸入端，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換得到變換后的數(shù)字量。將D/A送出的數(shù)字量和讀入的A/D數(shù)字量進(jìn)行比較，看兩者相差多少，從而可判斷D/A轉(zhuǎn)換器工作是否正常。其中：415.數(shù)字I/O通道診斷數(shù)字顯示功能的診斷：數(shù)碼管顯示裝置顯示的內(nèi)容有數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)、符號(hào)、提示符等，自檢程序可將數(shù)碼管的所有筆劃段點(diǎn)亮（包括小數(shù)點(diǎn)），由操作者檢查數(shù)碼管是否缺段；也可以設(shè)置循環(huán)輸出全0到全9的數(shù)字，小數(shù)點(diǎn)在各位上循環(huán)顯示，以及顯示特定的提示信息，借以檢查數(shù)字I/O通道是否正常。鍵盤(pán)的診斷：當(dāng)操作者按下某個(gè)鍵后，自檢程序可通過(guò)一個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲或由數(shù)碼管顯示器顯示出某個(gè)數(shù)字及符號(hào)。當(dāng)某鍵聽(tīng)不到發(fā)聲或顯示錯(cuò)誤，就可以判斷鍵盤(pán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。如果是某個(gè)鍵有問(wèn)題，往往是接觸不良；如果是某排鍵有問(wèn)題，一定是對(duì)應(yīng)的鍵掃描電路有故障；若全部鍵無(wú)相應(yīng)，則鍵盤(pán)掃描系統(tǒng)已癱瘓或監(jiān)控程序已癱瘓。5.數(shù)字I/O通道診斷428.3.3系統(tǒng)抗干擾性能1.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的主要干擾源工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的，串入系統(tǒng)的干擾主要有三種來(lái)源，即場(chǎng)干擾，通過(guò)電磁波輻射串入系統(tǒng)；輸入/輸出通道干擾，通過(guò)與主機(jī)相連的輸入/輸出通道及與其他主機(jī)相連的通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾，從電源供電電路引入干擾。一般情況下場(chǎng)干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)干擾源，而且場(chǎng)干擾可用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以解決，因此單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中重點(diǎn)防止輸入/輸出通道與供電系統(tǒng)的干擾。8.3.3系統(tǒng)抗干擾性能1.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)432.硬件抗干擾措施1)輸入/輸出通道干擾的抑制措施輸入/輸出通道干擾的抑制通常采用隔離和濾波技術(shù)。常用的隔離器件有隔離變壓器、光電耦合器、繼電器和隔離放大器等，其中光電耦合器應(yīng)用最為廣泛。在輸入和輸出通道中采用光電耦合器將單片機(jī)系統(tǒng)與各種傳感器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開(kāi)來(lái)，很大一部分干擾將被阻擋。在模擬通道中使用光電耦合器隔離時(shí)，應(yīng)保證被傳送信號(hào)的變化范圍始終在光電耦合器的線性區(qū)內(nèi)，否則會(huì)產(chǎn)生較大的誤差。應(yīng)盡可能將隔離器件設(shè)置在執(zhí)行部件或傳感器附近，通常是將光電隔離器放在A/D、D/A附近。2.硬件抗干擾措施44光電隔離前后兩部分電路應(yīng)分別采用兩組獨(dú)立的電源供電。當(dāng)數(shù)字通道輸出的開(kāi)關(guān)量是用于控制大負(fù)荷設(shè)備時(shí)，就不宜用光電耦合器，而采用繼電器隔離輸出，此時(shí)要在單片機(jī)輸出端的鎖存器74LS273與繼電器間設(shè)置一個(gè)OC門(mén)驅(qū)動(dòng)器，用以提供較高的驅(qū)動(dòng)電流（一般OC門(mén)驅(qū)動(dòng)器的低電平輸出電流約有300mA左右，足以驅(qū)動(dòng)小型繼電器）。硬件濾波電路常采用RC低通濾波器，將它接在一些低頻信號(hào)傳送電路中，可大大削弱各類高頻干擾信號(hào)。光電隔離前后兩部分電路應(yīng)分別采用兩組獨(dú)立的電452)供電系統(tǒng)干擾的抑制措施單片機(jī)系統(tǒng)的供電線路和產(chǎn)生干擾的用電設(shè)備分開(kāi)供電。通常干擾源為各類大功率設(shè)備，如電機(jī)。對(duì)于小的單片機(jī)系統(tǒng)，可采用CMOS芯片，設(shè)計(jì)成低功耗系統(tǒng)用電池供電，干擾可大大減少。通過(guò)低通濾波器和隔離變壓器接入電網(wǎng)。低通濾波器可以吸收大部分電網(wǎng)中的“毛刺”，隔離變壓器是在初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間多加一層屏蔽層，并將它和鐵芯一起接地，防止干擾通過(guò)初次級(jí)之間的電容效應(yīng)進(jìn)入單片機(jī)供電系統(tǒng)。該屏蔽層也可用加繞的一層線圈來(lái)充當(dāng)（一頭接地，另一頭空置）。2)供電系統(tǒng)干擾的抑制措施46整流元件上并接濾波電容，可以在很大程度上削弱高頻干擾，濾波電容選用1000pF～0.01μF的無(wú)感的瓷片電容為好。選用高質(zhì)量的穩(wěn)壓電路，使輸出直流電壓上的紋波很小，干擾難在輸出端形成。數(shù)字信號(hào)采用負(fù)邏輯傳輸。如果定義低電平為有效電平，高電平為無(wú)效電平，就可以減少干擾引起的誤動(dòng)作，提高數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)目煽啃?。整流元件上并接濾波電容，可以在很大程度上削弱473)電磁場(chǎng)干擾的抑制措施電磁場(chǎng)的干擾可采用屏蔽和接地措施。用金屬外殼或金屬屏蔽罩將整機(jī)或部分元器件包圍起來(lái)，再將金屬外殼接地，就能起到屏蔽作用。單片機(jī)系統(tǒng)中有數(shù)字地、模擬地、交流地、信號(hào)地、屏蔽地（機(jī)殼地），應(yīng)分開(kāi)連接不同性質(zhì)的地。印制板中的地線應(yīng)接成網(wǎng)狀，而且其他布線不要形成回路，特別是環(huán)繞外周的環(huán)路；接地線最好根據(jù)電路通路逐漸加寬，并且不要小于3mm；在高頻情況下，電路板多采用大面積地線直接與機(jī)殼直接相連，形成多點(diǎn)接地方式。強(qiáng)信號(hào)地線和弱信號(hào)地線要分開(kāi)。3)電磁場(chǎng)干擾的抑制措施484)減小CPU芯片工作時(shí)形成的電磁輻射如果CPU工作產(chǎn)生的電磁輻射干擾了系統(tǒng)內(nèi)無(wú)線接收電路時(shí)，除了對(duì)CPU芯片采取屏蔽措施外，還必須：在滿足速度要求前提下，盡可能降低系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。因?yàn)闀r(shí)鐘頻率越低，晶振電路產(chǎn)生的電磁輻射量越小。盡量避免擴(kuò)展外部存儲(chǔ)器，即盡可能使用內(nèi)含F(xiàn)lashROM、OTPROM存儲(chǔ)器的芯片，且禁止ALE輸出。4)減小CPU芯片工作時(shí)形成的電磁輻射49圖8-3輸出信號(hào)上下沿過(guò)沖圖8-3輸出信號(hào)上下沿過(guò)沖50圖8-4在CPU輸出引腳加緩沖電阻或RC緩沖網(wǎng)絡(luò)圖8-4在CPU輸出引腳加緩沖電阻或RC緩沖網(wǎng)絡(luò)513.軟件抗干擾技術(shù)1)指令冗余當(dāng)CPU受到干擾后，往往將一些操作數(shù)當(dāng)作指令來(lái)執(zhí)行，引起程序混亂。當(dāng)程序彈飛到某一單字節(jié)指令時(shí)，便自動(dòng)納入正軌。當(dāng)彈飛到某一雙字節(jié)或三字節(jié)指令時(shí)，有可能落到其操作數(shù)上，從而繼續(xù)出錯(cuò)。因此，應(yīng)多采用單字節(jié)指令，并在關(guān)鍵的地方人為地插入一些單字節(jié)指令(NOP)或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書(shū)寫(xiě)，這就是指令冗余。指令冗余無(wú)疑會(huì)降低系統(tǒng)效率，但在絕大多數(shù)情況下，CPU還不致于忙到不能多執(zhí)行幾條指令的程度，故這種技術(shù)還是被廣泛采用的。3.軟件抗干擾技術(shù)1)指令冗余522)軟件“看門(mén)狗”有時(shí)為了簡(jiǎn)化硬件電路，也可以設(shè)置一個(gè)純軟件的“看門(mén)狗”。用一個(gè)定時(shí)器來(lái)做“看門(mén)狗”，將它的溢出中斷設(shè)定為高級(jí)中斷，系統(tǒng)中的其他中斷可設(shè)為低級(jí)中斷。當(dāng)“看門(mén)狗”啟動(dòng)后，在主程序中必須在一定時(shí)間內(nèi)(小于定時(shí)器初值)重新給定時(shí)器賦初值，這樣在程序正常運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生溢出中斷。當(dāng)程序掉入死循環(huán)后，由于定時(shí)溢出中斷的是高級(jí)中斷，可奪走對(duì)CPU的控制權(quán)，則經(jīng)過(guò)定時(shí)時(shí)間后產(chǎn)生一次定時(shí)器溢出中斷，從而退出死循環(huán)。定時(shí)器溢出中斷可直接轉(zhuǎn)向出錯(cuò)處理程序，在中斷向量區(qū)安排一條LJMPERR即可。由出錯(cuò)程序來(lái)完成各種善后工作，并用軟件方法使系統(tǒng)復(fù)位。2)軟件“看門(mén)狗”533)軟件陷阱指令冗余使彈飛的程序安定下來(lái)是有條件的，首先彈飛的程序必須落到程序區(qū)，其次必須執(zhí)行到冗余指令。所謂軟件陷阱，就是一條引導(dǎo)指令強(qiáng)行將捕獲的程序引向一個(gè)指定的地址，在那里有一段專門(mén)對(duì)程序出錯(cuò)進(jìn)行處理的指令。如果我們把這段程序的入口地址記為ERR的話，軟件陷阱即為一條無(wú)條件轉(zhuǎn)移指令，為了加強(qiáng)其捕獲效果，一般還在它前面加幾條NOP指令，因此真正的軟件陷阱由以下4條指令構(gòu)成： NOP NOP NOP LJMPERR3)軟件陷阱54軟件陷阱可安排在未使用的中斷向量區(qū)、未使用的大片ROM空間或表格后面等正常程序執(zhí)行不到的地方，故不影響程序執(zhí)行效率。采用硬件看門(mén)狗后，在程序存儲(chǔ)器空間容量足夠的情況下，就可以在每條跳轉(zhuǎn)指令后增加軟件陷阱，如：軟件陷阱可安排在未使用的中斷向量區(qū)、未使用的55SJMPNEONE ;在短跳轉(zhuǎn)指令后，加軟件陷阱NOPNOPNOPNOPCLREA ;關(guān)閉中斷，進(jìn)入死循環(huán)SJMP$…LJMPSTART ;在長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令后，加軟件陷阱NOPNOPNOPNOPCLREA ;關(guān)閉中斷后，進(jìn)入死循環(huán)SJMP$SJMPNEONE ;在短跳轉(zhuǎn)指令后，加軟件56第8章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)8.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程8.2單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具及選擇8.3系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)第8章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)8.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)578.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程8.1.1總體設(shè)計(jì)1.理解系統(tǒng)功能和技術(shù)指標(biāo)2.選擇單片機(jī)類型貨源充足、穩(wěn)定。

(2)性價(jià)比要高。

(3)研制周期。 3.關(guān)鍵器件的選擇

4.軟硬件功能劃分8.1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程8.1.1總體設(shè)計(jì)58圖8-1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程圖8-1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程598.1.2硬件設(shè)計(jì)元器件選擇原則(1)性能參數(shù)和經(jīng)濟(jì)性。在選擇元器件時(shí)必須按照器件手冊(cè)所提供的各種參數(shù)(如工作條件、電源要求、邏輯特性等)指標(biāo)綜合考慮，但不能單純追求超出系統(tǒng)性能要求的高速、高精度、高性能。例如，一般10位精度的A/D轉(zhuǎn)換器價(jià)格遠(yuǎn)高于同類8位精度的A/D轉(zhuǎn)換器；陶瓷封裝(一般適用于-25℃～+85℃或-55℃～+125℃)的芯片價(jià)格略高于塑料封裝(0℃~+70℃)的同類型芯片。8.1.2硬件設(shè)計(jì)元器件選擇原則(160(2)通用性。在應(yīng)用系統(tǒng)中，盡量采用通用的大規(guī)模集成電路芯片，這樣可大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，也有助于提高系統(tǒng)的可靠性。(3)型號(hào)和公差。在確定元器件參數(shù)之后，還要確定元器件的型號(hào)，這主要取決于電路所允許元器件的公差范圍。如電解電容器可滿足一般的應(yīng)用，但對(duì)于電容公差要求高的電路，電解電容則不宜采用。(2)通用性。在應(yīng)用系統(tǒng)中，盡量采用通用的61(4)與系統(tǒng)速度匹配。單片機(jī)時(shí)鐘頻率一般可在一定范圍內(nèi)選擇（如增強(qiáng)型MCS-51單片機(jī)芯片可在0～33MHz之間任意選擇），在不影響系統(tǒng)性能的前提下，時(shí)鐘頻率選低些好，這樣可降低系統(tǒng)內(nèi)其他元器件的速度要求，從而降低成本和提高系統(tǒng)的可靠性。在選擇比較高的時(shí)鐘頻率時(shí)，需挑選和單片機(jī)速度相匹配的元器件。另一方面，較低的時(shí)鐘頻率會(huì)降低晶振電路產(chǎn)生的電磁干擾。(5)電路類型。對(duì)于低功耗應(yīng)用系統(tǒng)，必須采用CHMOS或CMOS芯片，如74HC系列、CD4000系列；而一般系統(tǒng)可使用TTL數(shù)字集成電路芯片。(4)與系統(tǒng)速度匹配。單片機(jī)時(shí)鐘頻率一般可622.系統(tǒng)構(gòu)成方式選擇專用系統(tǒng)。(2)模塊化系統(tǒng)。(3)單片單板機(jī)系統(tǒng)。2.系統(tǒng)構(gòu)成方式選擇專用系統(tǒng)。633.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原則一般在系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循以下原則：(1)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的典型電路，且符合單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的常規(guī)用法。(2)系統(tǒng)配置及擴(kuò)展標(biāo)準(zhǔn)必須充分滿足系統(tǒng)的功能要求，并留有余地，以利于系統(tǒng)的二次開(kāi)發(fā)。(3)硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用程序設(shè)計(jì)一并考慮。軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來(lái)完成，以簡(jiǎn)化硬件結(jié)構(gòu)。3.系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)原則64(4)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。(5)單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。(6)可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分。(7)?TTL電路未用引腳的處理。(8)工藝設(shè)計(jì)，包括機(jī)架機(jī)箱、面板、配線、接插件等，必須考慮安裝、調(diào)試、維護(hù)的方便。(4)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。654.印制電路板設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)產(chǎn)品在結(jié)構(gòu)上離不開(kāi)用于固定單片機(jī)芯片及其他元器件的印制板。通常這類印制板布線密度高、焊點(diǎn)分布密度大，需要雙面、甚至多層板才能滿足電路要求。在編輯印制板時(shí)，需要遵循下列原則：(1)晶振必須盡可能靠近CPU晶振引腳，且晶振電路下方不能走線，最好在晶振電路下方放置一個(gè)與地線相連的屏蔽層。4.印制電路板設(shè)計(jì)66(2)電源、地線要求。在雙面印制板上，電源線和地線應(yīng)安排在不同的面上，且平行走線，這樣寄生電容將起濾波作用。對(duì)于功耗較大的數(shù)字電路芯片，如CPU、驅(qū)動(dòng)器等應(yīng)采用單點(diǎn)接地方式，即這類芯片電源、地線應(yīng)單獨(dú)走線，并直接接到印制板電源、地線入口處。電源線和地線寬度盡可能大一些，或采用微帶走線方式。(3)模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)不能共地，即采用單點(diǎn)接地方式。(4)在中低頻應(yīng)用系統(tǒng)(晶振頻率小于20MHz)中，走線轉(zhuǎn)角可取45°；在高頻系統(tǒng)中，必要時(shí)可選擇圓角模式。盡量避免使用90°轉(zhuǎn)角。(2)電源、地線要求。在雙面印制板上，電源線67(5)對(duì)于輸入信號(hào)線，走線盡可能短，必要時(shí)在信號(hào)線兩側(cè)放置地線屏蔽，防止可能出現(xiàn)的干擾；不同信號(hào)線避免平行走線，上下兩面的信號(hào)線最好交叉走線，相互干擾可減到最小。(6)為減低系統(tǒng)功耗，對(duì)于未用TTL電路單元必須按如下方式處理：在印制板設(shè)計(jì)時(shí)，最容易忽略未用單元電路輸入端的處理(因?yàn)樵韴D中沒(méi)有給出)。盡管它不影響電路的功能，但卻增加系統(tǒng)的功耗，尤其是當(dāng)系統(tǒng)靠電池供電時(shí)，就更應(yīng)該注意未用單元引腳的連接。在小規(guī)模TTL電路芯片中，同一芯片內(nèi)常含有多套電路。例如，在74LS00芯片中，就含有四套“2輸入與非門(mén)”。(5)對(duì)于輸入信號(hào)線，走線盡可能短，必要時(shí)688.1.3資源分配1.?I/O引腳資源分配單片機(jī)芯片各I/O引腳功能不完全相同，如部分引腳具有第二輸入/輸出功能；各I/O引腳輸出級(jí)電路結(jié)構(gòu)不盡相同，如8XC5X的P0口采用漏極開(kāi)路輸出方式，P1～P3口采用準(zhǔn)雙向結(jié)構(gòu)。此外，在87LPC76X系列中，P1.5引腳只能作為輸入引腳使用。因此，在分配I/O引腳時(shí)，需要認(rèn)真對(duì)待。

例如，在8XC5X系統(tǒng)中，當(dāng)外中斷不夠用時(shí)，可使用定時(shí)器T2溢出率作為串行口發(fā)送、接收波特率，此時(shí)P1.1引腳就可以作為下降沿觸發(fā)的外中斷源使用。又如，在P87LPC762/4中，當(dāng)需要4根引腳作為直接編碼輸入鍵盤(pán)時(shí)，可考慮使用P0.3、P0.4、P0.5、P0.6引腳作為鍵盤(pán)輸入引腳，這樣基本保留了模擬比較器2的資源。8.1.3資源分配1.?I/O引腳資源分配692.程序存儲(chǔ)器資源分配片內(nèi)ROM存儲(chǔ)器用于存放程序和數(shù)據(jù)表格。按照MCS-51單片機(jī)的復(fù)位及中斷入口的規(guī)定，002FH以前的地址單元都作為中斷、復(fù)位入口地址區(qū)。在這些單元中一般都設(shè)置了轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序或復(fù)位啟動(dòng)程序。當(dāng)程序存儲(chǔ)器中存放的功能程序及子程序數(shù)量較多時(shí)，應(yīng)盡可能為它們?cè)O(shè)置入口地址表。一般的常數(shù)、表格集中設(shè)置表格區(qū)。二次開(kāi)發(fā)擴(kuò)展區(qū)應(yīng)盡可能放在高位地址區(qū)。2.程序存儲(chǔ)器資源分配703.?RAM資源分配RAM分為片內(nèi)RAM和片外RAM。片外RAM的容量比較大，通常用來(lái)存放批量大的數(shù)據(jù)，如采樣結(jié)果數(shù)據(jù)；片內(nèi)RAM容量較少，盡可能重疊使用，如數(shù)據(jù)暫存區(qū)與顯示、打印緩沖區(qū)重疊。對(duì)于MCS-51單片機(jī)來(lái)說(shuō)，片內(nèi)RAM是指00H～7FH單元，這128個(gè)單元的功能并不完全相同，分配時(shí)應(yīng)注意發(fā)揮各自的特點(diǎn)，做到物盡其用。3.?RAM資源分配7100～1FH這32個(gè)字節(jié)可以作為工作寄存器組，在工作寄存器的8個(gè)單元中，R0和R1具有指針功能，是編程的重要角色，應(yīng)充分發(fā)揮其作用。系統(tǒng)上電復(fù)位時(shí)，置PSW=00H，SP=07H，則RS1(PSW.4)、RS0(PSW.3)位均為0，CPU自動(dòng)選擇工作寄存器組0作為當(dāng)前工作寄存器，而工作寄存器組1為堆棧，并向工作寄存器組2、3延伸。例如，此時(shí)當(dāng)CPU執(zhí)行諸如MOVR1，#2FH指令時(shí)，R1即是指01H單元。在中斷服務(wù)程序中，如果也要使用R1寄存器且不將原來(lái)的數(shù)據(jù)沖掉，則可在主程序中先將堆?？臻g設(shè)置在其他位置，然后在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后選擇工作寄存器組1、2或3，這時(shí)若再執(zhí)行諸如MOVR1，#00H指令時(shí)，就不會(huì)沖掉R1(01H單元)中原來(lái)的內(nèi)容了，因?yàn)檫@時(shí)R1的地址已改變?yōu)?9H、11H或19H。在中斷服務(wù)程序結(jié)束時(shí)，可重新選擇工作寄存器組0。因此，通?？稍趹?yīng)用程序中安排主程序及其調(diào)用的子程序使用工作寄存器組0，而安排定時(shí)器溢出中斷、外部中斷、串行口中斷使用工作寄存器組1、2或3。00～1FH這32個(gè)字節(jié)可以作為工作寄存器組7220H～2FH這16個(gè)字節(jié)具有位尋址功能，可用來(lái)存放各種軟件標(biāo)志、邏輯變量、位輸入信息、位輸出信息副本、狀態(tài)變量、邏輯運(yùn)算的中間結(jié)果等。當(dāng)這些項(xiàng)目全部安排好后，保留一兩個(gè)字節(jié)備用，剩下的單元可改作其他用途。30H～7FH為一般通用寄存器，只能存入整字節(jié)信息。通常用來(lái)存放各種參數(shù)、指針、中間結(jié)果，或用作數(shù)據(jù)緩沖區(qū)。此外，也常將堆棧安放在片內(nèi)RAM的高端，如60H～7FH；設(shè)置堆棧區(qū)時(shí)應(yīng)事先估算出子程序和中斷嵌套的級(jí)數(shù)以及程序中棧操作指令使用情況，其大小應(yīng)留有余量。當(dāng)系統(tǒng)中擴(kuò)展了RAM，應(yīng)把使用頻率最高的數(shù)據(jù)緩沖區(qū)安排在片內(nèi)RAM中，以提高處理速度。20H～2FH這16個(gè)字節(jié)具有位尋址功能，可738.2單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具及選擇8.2.1仿真器1.仿真器種類基于Bondout仿真技術(shù)的仿真器使用專門(mén)設(shè)計(jì)的仿真芯片，能真實(shí)地仿真某一特定廠家、系列的單片機(jī)芯片——不占用硬件資源、仿真頻率高。但這類仿真器的缺點(diǎn)是通用性差（某一專用的仿真芯片只能仿真某一系列的單片機(jī)CPU），價(jià)格高，開(kāi)發(fā)設(shè)備更新?lián)Q代速度慢——新單片機(jī)CPU出現(xiàn)后，開(kāi)發(fā)商才會(huì)根據(jù)市場(chǎng)需要來(lái)設(shè)計(jì)配套的仿真芯片。以前國(guó)內(nèi)開(kāi)發(fā)的普及型MCS-51仿真器大多采用價(jià)格低廉、僅支持標(biāo)準(zhǔn)MCS-51系列的仿真芯片；而支持增強(qiáng)型MCS-51或更高檔次CPU的專用仿真芯片價(jià)格昂貴，一般用戶很難接受。8.2單片機(jī)開(kāi)發(fā)工具及選擇8.2.1仿真器74HOOKS仿真技術(shù)由Philips公司開(kāi)發(fā)，該技術(shù)的核心是通過(guò)分時(shí)復(fù)用I/O引腳方式來(lái)重構(gòu)MCS-51系列P0、P2口，使支持HOOKS技術(shù)的MCS-51芯片進(jìn)入HOOKS仿真狀態(tài)后，通過(guò)硬件將復(fù)用的P0、P2口擴(kuò)展為獨(dú)立的仿真總線及用戶P0、P2口。該方法的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)須專用的仿真芯片，如用普通的51系列即可進(jìn)行相同芯片(或硬件資源兼容芯片)仿真，因此成本低，只要實(shí)時(shí)加入新型CPU數(shù)據(jù)資料，換上相應(yīng)CPU即可仿真新的CPU，仿真開(kāi)發(fā)設(shè)備更新速度快，投入少。但HOOKS仿真器通過(guò)硬件、軟件模擬實(shí)際MCS-51系列芯片的P0、P2口，因此與實(shí)際CPU的P0、P2口尚有區(qū)別，另外仿真頻率也不能太高。HOOKS仿真技術(shù)由Philips公司開(kāi)75目前國(guó)內(nèi)仿真器開(kāi)發(fā)商通過(guò)授權(quán)、轉(zhuǎn)讓的方式從Philips公司引進(jìn)了HOOKS仿真技術(shù)，開(kāi)發(fā)了基于HOOKS仿真技術(shù)的仿真器，如廣州周立功單片機(jī)發(fā)展有限公司的TKS-HOOKS系列等。這些仿真器適應(yīng)性廣，通過(guò)更改仿真頭內(nèi)的CPU芯片即可仿真不同系列的CPU。例如TKS-HOOKS系列內(nèi)的TKS-668仿真器，更換仿真頭內(nèi)的CPU后，可仿真Philips公司的P8XC5X、P8XC5XX2、P89C6XX2、P89C51RX、P89C66X等系列芯片。目前國(guó)內(nèi)仿真器開(kāi)發(fā)商通過(guò)授權(quán)、轉(zhuǎn)讓的方式從P76此外，根據(jù)仿真器的適應(yīng)性，可把仿真器分為專用仿真器和通用仿真器。專用仿真器只能仿真某一系列的CPU，如南京偉福公司的K51系列和E51系列仿真器只能仿真MCS-51及兼容芯片，專用仿真器最大特點(diǎn)是價(jià)格低廉。通用仿真器適應(yīng)性強(qiáng)，更換不同的仿真頭，即可仿真不同種類的CPU，如南京偉福公司的E6000系列、E2000系列，更換不同仿真頭后即可仿真IntelMCS-51及兼容CPU、Philips公司增強(qiáng)型80C51內(nèi)核CPU(包括8XC5X系列、89C51RX系列、552系列、592系列、76X系列等)以及Microchip公司的PIC系列CPU。通用仿真器價(jià)格高，一次性投入較大，但與仿真器配套的各系列仿真頭價(jià)格較低，更重要的是可在同一仿真開(kāi)發(fā)環(huán)境下使用，也是物有所值。此外，根據(jù)仿真器的適應(yīng)性，可把仿真器分為專用772.仿真器的選擇(1)不占用硬件資源。一些低檔的MCS-51仿真器(仿真頭)只能將P0、P2口作為總線使用，不能作為I/O口使用。(2)隨機(jī)瀏覽、修改內(nèi)部RAM、特殊功能寄存器內(nèi)容。(3)瀏覽、編輯程序存儲(chǔ)器各存儲(chǔ)單元內(nèi)容。(4)隨機(jī)修改程序計(jì)數(shù)器PC的值。(5)瀏覽、修改外部RAM單元內(nèi)容。(6)具備連續(xù)、單步、跟蹤執(zhí)行功能，以方便程序的調(diào)試。(7)靈活、方便的斷點(diǎn)設(shè)置和取消功能。斷點(diǎn)數(shù)目最好沒(méi)有限制，以方便程序調(diào)試。2.仿真器的選擇(1)不占用硬件資源。一78(8)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的匯編器(仿真開(kāi)發(fā)軟件)必須具備如下功能：·源程序編輯操作方式與用戶熟悉的通用字處理軟件(如Word)相同或相近?！し奖恪㈧`活的查找和定位功能，以便迅速找到源程序中特定字符串(如標(biāo)號(hào)、變量、操作碼或操作數(shù)助記符)。(9)匯編器(仿真開(kāi)發(fā)軟件)應(yīng)具備一定的容錯(cuò)能力。由于MCS-51匯編指令助記符與IntelX86通用CPU相似，因此編輯源程序時(shí)，可能將MCS-51指令系統(tǒng)的“ANL”(與運(yùn)算操作助記符)寫(xiě)成“AND”，“ORL”(或運(yùn)算操作助記符)寫(xiě)成“OR”，“XRL”(異或運(yùn)算操作助記符)寫(xiě)成“XOR”；又如將“PUSHAcc”指令寫(xiě)成“PUSHA”，“POPAcc”指令寫(xiě)成“POPA”等。匯編程序應(yīng)該能夠理解這樣的錯(cuò)誤。(8)開(kāi)發(fā)系統(tǒng)提供的匯編器(仿真開(kāi)發(fā)軟件)必79(10)匯編器最好支持“過(guò)程匯編”偽指令，這對(duì)于程序設(shè)計(jì)、編寫(xiě)將非常方便。采用過(guò)程偽指令后，過(guò)程內(nèi)的標(biāo)號(hào)就可以分為兩類：公共標(biāo)號(hào)和局部標(biāo)號(hào)。公共標(biāo)號(hào)在整個(gè)程序內(nèi)有效，而局部標(biāo)號(hào)只在本過(guò)程內(nèi)有效，這樣不同子過(guò)程（實(shí)際上就是子程序）內(nèi)就能重復(fù)使用公共標(biāo)號(hào)外的標(biāo)號(hào)名，避免了因標(biāo)號(hào)重定義造成的錯(cuò)誤，也使不同過(guò)程內(nèi)的局部標(biāo)號(hào)名含義明確。過(guò)程定義偽指令格式如下：PROC Sub1,Sub2,… ;其中PROC為過(guò)程定義偽指令，Sub1、 Sub2等是公共標(biāo)號(hào) Sub1: … ;過(guò)程內(nèi)指令(10)匯編器最好支持“過(guò)程匯編”偽指令，這80RET ;如果過(guò)程是子程序，則最后一條指令是返回指令RET；如果 ;過(guò)程是中斷服務(wù)程序，則最后一條指令是中斷返回指令RETIEND ;過(guò)程結(jié)束偽指令例如：；使P1.0引腳上生產(chǎn)100ms低電平和75ms高電平信號(hào)PROCPwavePwave: CRLP1.0;延遲100msMOVTIME,#10RET ;如果過(guò)程是子程序，則最后一條指令是返回指令RE81LOOP1:MOVX_TIME,#109MOVY_TIME,#45LCALLDELAY ;調(diào)用延遲子程序，延遲10msDJNZTIME,LOOP1SETBP1.0 ;延遲100ms后，將P1.0引腳置1MOVTIME,#75LOOP1:82LOOP2:MOVX_TIME,#96MOVY_TIME,#5LCALLDELAY ;每次延遲1ms，共要進(jìn)行75次DJNZTIME,LOOP2RETEND;通用延遲子程序PROCDelayDelay:PUSHPSWCLRRS0SETBRS1 ;使用2區(qū)MOVR7,Y_TIME ;取延遲時(shí)間參數(shù)yLOOP2:83LOOP1:MOVR6,X_TIME ;取延遲時(shí)間參數(shù)xLOOP2:DJNZR6,LOOP2DJNZR7,LOOP1POPPSWRETEND(11)除了支持A51匯編語(yǔ)言外，最好支持C語(yǔ)言。LOOP1:(11)除了支持A51匯編語(yǔ)言外，最好支持C語(yǔ)848.2.2其他工具1.邏輯筆邏輯筆主要用于判別電路某點(diǎn)的電平狀態(tài)（高電平、低電平，還是脈沖），是數(shù)字電路系統(tǒng)常用的檢測(cè)工具。2.萬(wàn)用表（數(shù)字或指針式）萬(wàn)用表是最基本的電子測(cè)量工具，主要用于測(cè)量電路系統(tǒng)中各節(jié)點(diǎn)間電壓或各節(jié)點(diǎn)對(duì)地電壓，電路中兩點(diǎn)通斷，判別元器件的好壞。8.2.2其他工具853.通用編程器由于目前內(nèi)置OTPROM、FlashROM存儲(chǔ)器芯片的單片機(jī)CPU已成為主流芯片，程序調(diào)試結(jié)束后，需要在編程器上將調(diào)試好的程序代碼寫(xiě)入CPU內(nèi)的程序存儲(chǔ)器中。4.?IC插座在單片機(jī)開(kāi)發(fā)過(guò)程中，可能需要各種規(guī)格的IC插座。例如當(dāng)遇到目標(biāo)板上CPU插座周圍的元器件，如電解電容、晶振等太高，妨礙仿真頭插入時(shí)，可使用一兩塊IC插座抬高CPU插座，以方便仿真頭的插入。3.通用編程器868.3系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)8.3.1硬件可靠性設(shè)計(jì)提高元器件的可靠性2.冗余與容錯(cuò)設(shè)計(jì)3.采用抗干擾措施8.3系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)8.3.1硬件可靠性設(shè)計(jì)提高元87圖8-2系統(tǒng)監(jiān)視電路圖8-2系統(tǒng)監(jiān)視電路88圖8-2中使用了一片MAX813L（705/706）系統(tǒng)監(jiān)視電路產(chǎn)品，該電路具有上電使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位，也允許人工隨時(shí)手動(dòng)復(fù)位，自動(dòng)監(jiān)視系統(tǒng)(掉電)等電源故障，程序跑飛使單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位的系統(tǒng)監(jiān)視功能。該電路監(jiān)視功能的具體實(shí)現(xiàn)說(shuō)明如下：(1)電源故障監(jiān)視。當(dāng)電源正常時(shí)，未穩(wěn)壓的直流電源電壓經(jīng)電阻R1和R2分壓，使電源故障輸入端PFI的電位大于1.25V?(內(nèi)部參考電壓)，一旦電源發(fā)生故障，PFI的電位低于1.25V，則電源故障輸出PFO將從高電平變?yōu)榈碗娖剑瑥亩饐纹瑱C(jī)中斷，CPU響應(yīng)中斷后可迅速執(zhí)行諸如保護(hù)重要數(shù)據(jù)、發(fā)出電源故障報(bào)警等工作。圖8-2中使用了一片MAX813L（70589(2)看門(mén)狗定時(shí)器?？撮T(mén)狗電路監(jiān)視單片機(jī)的P1.0線，正常情況下，P1.0線不超過(guò)1.6s觸發(fā)一次。若在1.6s內(nèi)單片機(jī)不產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)，看門(mén)狗輸出端將變?yōu)榈碗娖?。由于與手動(dòng)復(fù)位端(與TTL/CMOS兼容，可用外部邏輯線驅(qū)動(dòng))相連，當(dāng) 低電平維持時(shí)間超過(guò)140ms，MAX813L（705/706）將復(fù)位，同時(shí)使看門(mén)狗清零和使變?yōu)楦唠娖剑@樣在MAX705/706/813L的復(fù)位信號(hào)維持200ms結(jié)束后，單片機(jī)脫離復(fù)位狀態(tài)，開(kāi)始恢復(fù)程序并正常運(yùn)行。(2)看門(mén)狗定時(shí)器?？撮T(mén)狗電路監(jiān)視單片機(jī)的P908.3.2系統(tǒng)自診斷技術(shù)1.?CPU診斷指令系統(tǒng)診斷：?jiǎn)纹瑱C(jī)執(zhí)行完一個(gè)包含有傳送指令、算術(shù)運(yùn)算指令、邏輯運(yùn)算指令、位傳送指令、位邏輯操作指令的程序后，累加器A中的數(shù)據(jù)應(yīng)為預(yù)定值，否則就有問(wèn)題。(1)片內(nèi)RAM診斷：可采用如下過(guò)程對(duì)片內(nèi)RAM每一個(gè)單元進(jìn)行測(cè)試：讀出－備份－寫(xiě)入－再讀出－與備份比較，若相同則重新寫(xiě)入原單元，否則設(shè)置不正確標(biāo)志，說(shuō)明片內(nèi)RAM有問(wèn)題。8.3.2系統(tǒng)自診斷技術(shù)1.?CP91(2)定時(shí)器及中斷診斷：用軟件延時(shí)來(lái)檢測(cè)定時(shí)的準(zhǔn)確性，即定時(shí)器以定時(shí)方式運(yùn)行，如能按時(shí)溢出，則置位溢出標(biāo)志，否則延時(shí)時(shí)間到停止定時(shí)器計(jì)數(shù)，無(wú)溢出，表明定時(shí)器有問(wèn)題；利用定時(shí)中斷來(lái)檢測(cè)中斷系統(tǒng)是否有問(wèn)題，即若允許定時(shí)中斷，并在中斷服務(wù)程序中作一件事通知自檢程序，則可以根據(jù)這件事是否發(fā)生來(lái)判斷中斷是否發(fā)生。注意：對(duì)于8031單片機(jī)，診斷程序放在片外ROM中，因此CPU診斷過(guò)程必須以三總線(包括地址鎖存器)沒(méi)有問(wèn)題和EPROM中的診斷程序也正確為前提。(2)定時(shí)器及中斷診斷：用軟件延時(shí)來(lái)檢測(cè)定時(shí)922.?ROM診斷ROM診斷常用靜態(tài)測(cè)試法，在將系統(tǒng)程序及自檢程序固化到ROM中去的時(shí)候，先仔細(xì)計(jì)算其機(jī)器代碼的累加和，并取其結(jié)果的最低16位。在固化程序的同時(shí)，將上述累加結(jié)果一起固化到ROM特定單元中（一般是放在ROM的最后兩個(gè)地址單元中）。在對(duì)ROM進(jìn)行檢查時(shí)，只需對(duì)固化在ROM的程序代碼計(jì)算累加和，并將結(jié)果與事先固化的內(nèi)容進(jìn)行比較，從而判斷出ROM的完好性。2.?ROM診斷933.外部RAM診斷可采用與片內(nèi)RAM診斷相同的方法。此外，由于RAM的故障多數(shù)是以大片區(qū)域被破壞的形式出現(xiàn)的，因此也可采用RAM分段放置標(biāo)志數(shù)的方法來(lái)判斷RAM區(qū)是否被破壞。3.外部RAM診斷944.?A/D、D/A轉(zhuǎn)換通道的診斷和校正在使用模擬電路的系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換器芯片只有一片時(shí)，通常是用多路模擬開(kāi)關(guān)(一些A/D轉(zhuǎn)換器自帶多路模擬開(kāi)關(guān))來(lái)切換各路輸入信號(hào)，實(shí)現(xiàn)分時(shí)采樣轉(zhuǎn)換。對(duì)A/D通道的診斷方法是在某一路模擬輸入端加上一個(gè)已知的模擬電壓，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果。如果等于預(yù)定值，則A/D通道正常，若有少許偏差，則說(shuō)明A/D通道發(fā)生少許漂移，應(yīng)求出校正系數(shù)，供信號(hào)通道進(jìn)行校正運(yùn)算，如果偏差過(guò)大，則為故障現(xiàn)象。4.?A/D、D/A轉(zhuǎn)換通道的診斷和校正95解決零點(diǎn)漂移和增益校正的方法是將多路模擬開(kāi)關(guān)的一個(gè)輸入端接信號(hào)公共點(diǎn)(模擬電壓為零伏)，另一個(gè)輸入端接參考電源，然后分別啟動(dòng)這兩路，讀取兩路A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果并保存起來(lái)。零漂和增益校正的測(cè)定可以每隔一定時(shí)間進(jìn)行一次，進(jìn)行這種校正時(shí)測(cè)得的數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)如下計(jì)算就可以求得最終數(shù)據(jù)。解決零點(diǎn)漂移和增益校正的方法是將多路模擬開(kāi)關(guān)的96其中：DS——校正后的數(shù)據(jù)；DSN——測(cè)定信號(hào)得A/D轉(zhuǎn)換值；DOS——零點(diǎn)電壓的A/D轉(zhuǎn)換值；DFS——A/D轉(zhuǎn)換器滿量程值；DRE——參考電壓輸入的A/D轉(zhuǎn)換值。D/A通道診斷需借助A/D的一個(gè)輸入通道，在已經(jīng)進(jìn)行過(guò)A/D診斷并獲知其正常后，將預(yù)定值送D/A轉(zhuǎn)換，D/A轉(zhuǎn)換后的模擬電壓通過(guò)分壓電阻接到A/D轉(zhuǎn)換的某個(gè)輸入端，啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換得到變換后的數(shù)字量。將D/A送出的數(shù)字量和讀入的A/D數(shù)字量進(jìn)行比較，看兩者相差多少，從而可判斷D/A轉(zhuǎn)換器工作是否正常。其中：975.數(shù)字I/O通道診斷數(shù)字顯示功能的診斷：數(shù)碼管顯示裝置顯示的內(nèi)容有數(shù)字、小數(shù)點(diǎn)、符號(hào)、提示符等，自檢程序可將數(shù)碼管的所有筆劃段點(diǎn)亮（包括小數(shù)點(diǎn)），由操作者檢查數(shù)碼管是否缺段；也可以設(shè)置循環(huán)輸出全0到全9的數(shù)字，小數(shù)點(diǎn)在各位上循環(huán)顯示，以及顯示特定的提示信息，借以檢查數(shù)字I/O通道是否正常。鍵盤(pán)的診斷：當(dāng)操作者按下某個(gè)鍵后，自檢程序可通過(guò)一個(gè)I/O口驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲或由數(shù)碼管顯示器顯示出某個(gè)數(shù)字及符號(hào)。當(dāng)某鍵聽(tīng)不到發(fā)聲或顯示錯(cuò)誤，就可以判斷鍵盤(pán)系統(tǒng)出現(xiàn)故障。如果是某個(gè)鍵有問(wèn)題，往往是接觸不良；如果是某排鍵有問(wèn)題，一定是對(duì)應(yīng)的鍵掃描電路有故障；若全部鍵無(wú)相應(yīng)，則鍵盤(pán)掃描系統(tǒng)已癱瘓或監(jiān)控程序已癱瘓。5.數(shù)字I/O通道診斷988.3.3系統(tǒng)抗干擾性能1.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的主要干擾源工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都是以脈沖的形式進(jìn)入單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的，串入系統(tǒng)的干擾主要有三種來(lái)源，即場(chǎng)干擾，通過(guò)電磁波輻射串入系統(tǒng)；輸入/輸出通道干擾，通過(guò)與主機(jī)相連的輸入/輸出通道及與其他主機(jī)相連的通道進(jìn)入；供電系統(tǒng)干擾，從電源供電電路引入干擾。一般情況下場(chǎng)干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其他兩個(gè)干擾源，而且場(chǎng)干擾可用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以解決，因此單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中重點(diǎn)防止輸入/輸出通道與供電系統(tǒng)的干擾。8.3.3系統(tǒng)抗干擾性能1.單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)992.硬件抗干擾措施1)輸入/輸出通道干擾的抑制措施輸入/輸出通道干擾的抑制通常采用隔離和濾波技術(shù)。常用的隔離器件有隔離變壓器、光電耦合器、繼電器和隔離放大器等，其中光電耦合器應(yīng)用最為廣泛。在輸入和輸出通道中采用光電耦合器將單片機(jī)系統(tǒng)與各種傳感器、開(kāi)關(guān)、執(zhí)行機(jī)構(gòu)從電氣上隔離開(kāi)來(lái)，很大一部分干擾將被阻擋。在模擬通道中使用光電耦合器隔離時(shí)，應(yīng)保證被傳送信號(hào)的變化范圍始終在光電耦合