基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

第頁(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題基于單片機(jī)的智能照明控制系統(tǒng)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)201016030121專業(yè)工程機(jī)械控制技術(shù)班級(jí)院（系）機(jī)械與電子信息工程學(xué)院指導(dǎo)教師職稱中級(jí)二○一五年四月六日目錄摘要1Abstract2第一章選題背景 11.1課題研究的背景11.2智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展概況 1第二章系統(tǒng)方案和設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn) 42.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路 42.3通信系統(tǒng) 42.4上位機(jī)系統(tǒng)42.5下位機(jī)系統(tǒng)5第三章硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 73.1系統(tǒng)硬件總述 73.2CPU性能介紹 73.3主控制機(jī)電路設(shè)計(jì) 83.4菲涅爾透鏡93.5熱釋電傳感器及處理電路103.6光照檢測(cè)電路113.7比較電路13第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn) ...154.1系統(tǒng)軟件流程圖 .154.2仿真環(huán)境介紹18第五章系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與測(cè)試235.1干擾產(chǎn)生的后果235.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)235.3軟件抗干擾設(shè)計(jì) 23參考文獻(xiàn) 26致謝17摘要隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)、農(nóng)業(yè)、電力、電子、智能樓宇等行業(yè)，微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心，代替了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路。樓宇智能化的發(fā)展與成熟，也為基于單片機(jī)的照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文介紹了基于單片機(jī)AT89C51的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理，提出了有效的節(jié)能控制方法。該系統(tǒng)采用了當(dāng)今比較成熟的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，利用多參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)學(xué)校教室室內(nèi)照明的控制。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。工作時(shí),光信號(hào)取樣電路采集光照強(qiáng)弱、人體信號(hào)采集電路采集室內(nèi)是否有人、是否為工作時(shí)間等信息并將信號(hào)送到單片機(jī),單片機(jī)根據(jù)這些信息通過(guò)控制電路對(duì)照明設(shè)備進(jìn)行開關(guān)操作,從而實(shí)現(xiàn)照明控制,以達(dá)到節(jié)能的目。關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；光信號(hào)；微型計(jì)算機(jī)；節(jié)能AbstractWiththerapiddevelopmentofelectronictechnology,thesystemofcontrolbasedonSingle-chipMicrocomputeriswidelyappliedinindustry,agriculture,electricpower,electron,intelligentbuildingandsoon.Microcomputer,asthesubjectandcoreoftheembeddedsystemofcontrol,replacesthetraditionalsystem—electroniccircuit.Atthesametime,thedevelopmentandmaturationoftheintelligentbuildinghaveestablishedthesubstantialfoundationforthepopularizationandapplicationofthecontrolsystemforlightingbasedonsingle-chipmicrocomputer。Inthispaper,theIndoorLightingControlSystemBasedonAT89C51anditsprincipleareintroduced.Someeffectiveandenergysavingcontrolstrategysoflightingsystemarebroughtforward.Thecurrentsystemusesarelativelymaturesensortechnologyandcomputercontroltechnology，usingmulti-parametertoachievetheschoolclassroomindoorlightingcontrol.Thesystemincludeshardwareandsoftwaredesignintwoparts.Whenwork,theopticalsignalsamplingcircuitcollectinglightingintensity,indoorcollectingofhumansignalacquisitioncircuitifanyone,whetherforworktimeandotherinformationandsignaltothemicrocontroller,MCUcontrolcircuitibasedontheseinformationthroughtheswitchingoperationoflightingequipmentinordertoachievelightingcontrolstosavaenergy.Keywords:Single-chipmicrocomputer;Opticalsignal;microcomputer;Energyconservation第一章選題背景1.1課題背景隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國(guó)家對(duì)教育的重視，校園規(guī)模也逐漸隨著人數(shù)規(guī)模的壯大而擴(kuò)大。但是普遍學(xué)校都是開放型的管理模式，高校的教室在白天室內(nèi)照度很高的情況下，仍然普遍存在開燈作業(yè)；即使是很少的時(shí)候也是整個(gè)教室的燈全亮著。甚至教室無(wú)人的時(shí)候燈仍然亮著。這些現(xiàn)象普遍存在于各大高校，浪費(fèi)了電力資源。目前通常使用的節(jié)電方式有實(shí)行手工控制，聲控型，太陽(yáng)能燈等。但是它們都存在一定的弊端。手工控制方式操作不便，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且需要人工控制。聲控型則容易存在判斷不準(zhǔn)確，當(dāng)不是人為需要的時(shí)候，其它噪聲也可能會(huì)讓燈亮。太陽(yáng)能設(shè)備投資比較大，且容易受光照強(qiáng)度的影響，不適合用在教室設(shè)施場(chǎng)所。因此市場(chǎng)上迫切需要一種操作方便、價(jià)格低廉、便于大面積推廣的新型節(jié)能方案。1.2智能照明控制系統(tǒng)的發(fā)展概況“智能建筑”是綜合計(jì)算機(jī)、信息通信等方面最先進(jìn)的技術(shù)，使建筑物內(nèi)的電力、空調(diào)、照明、防災(zāi)、防盜、運(yùn)輸設(shè)備等，實(shí)現(xiàn)建筑物綜合管理自動(dòng)化、遠(yuǎn)程通信和辦公自動(dòng)化的有效運(yùn)作，并使這三種功能結(jié)合起來(lái)的建筑。人工智能技術(shù)在建筑與照明中的應(yīng)用趨勢(shì)不斷擴(kuò)大。正如智能燈具、智能照明控制與管理系統(tǒng)，包括在照明方面的計(jì)算機(jī)硬件和軟件。此外計(jì)算機(jī)在照明設(shè)計(jì)和測(cè)試方面也得到廣泛應(yīng)用。澳大利亞邦奇開發(fā)的Dynalie智能照明控制系統(tǒng)，美國(guó)的智能照明建筑，特別是現(xiàn)代化辦公室的智能照明技術(shù)等都值得我們研究與借鑒。第二章系統(tǒng)方案和設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)要點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件和軟件兩大部分，依據(jù)控制系統(tǒng)的工作原理和技術(shù)性能，將硬件和軟件分開設(shè)計(jì)。硬件設(shè)計(jì)部分包括電路原理圖、合理選擇元器件、繪制線路圖，然后對(duì)硬件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，以達(dá)到設(shè)計(jì)要求。硬件電路是采用結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，該方法保證設(shè)計(jì)電路的標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。硬件電路的設(shè)計(jì)最重要的選擇用于控制的單片機(jī)，并確定與之配套的外圍芯片，使所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)既經(jīng)濟(jì)又高性能。硬件電路設(shè)計(jì)還包括輸入輸出接口設(shè)計(jì)，畫出詳細(xì)電路圖，標(biāo)出芯片的型號(hào)、器件參數(shù)值，根據(jù)電路圖在仿真機(jī)上進(jìn)行調(diào)試，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)不當(dāng)及時(shí)修改，最終達(dá)到設(shè)計(jì)目的。軟件設(shè)計(jì)部分，首先在總體設(shè)計(jì)中完成系統(tǒng)總框圖和各模塊的功能設(shè)計(jì)，擬定詳細(xì)的工作計(jì)劃；然后進(jìn)行具體設(shè)計(jì)，包括各模塊的流程圖，選擇合適的編程語(yǔ)言和工具，進(jìn)行代碼設(shè)計(jì)等；最后是對(duì)軟件進(jìn)行調(diào)試、測(cè)試，達(dá)到所需功能要求。本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，先編寫各個(gè)功能模塊子程序，然后進(jìn)行組合與調(diào)整，經(jīng)過(guò)調(diào)試后，達(dá)到設(shè)計(jì)功能要求。2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)主要由三部分組成：（1）上位機(jī)系統(tǒng)；（2）下位機(jī)系統(tǒng)；（3）通信系統(tǒng)。這三部分共同完成了主控制器通過(guò)有線通信方式與分控制器進(jìn)行信息交換，達(dá)到控制照明燈具的目的。2.3通信系統(tǒng)該多機(jī)通信系統(tǒng)采用RS-485半雙工主從式通信系統(tǒng)，主機(jī)可以發(fā)送數(shù)據(jù)或命令到從機(jī)，從機(jī)主要負(fù)責(zé)對(duì)分布的照明燈具進(jìn)行控制，用中斷的方式接收主機(jī)發(fā)來(lái)的命令或數(shù)據(jù)并做出回應(yīng)。如圖2-1所示2.4上位機(jī)系統(tǒng)系統(tǒng)的主控制器通過(guò)RS-485總線將數(shù)據(jù)或命令發(fā)送給分控制器，同時(shí)將信息送給數(shù)碼顯示單元進(jìn)行顯示，并有看門狗電路對(duì)運(yùn)行程序進(jìn)行有效監(jiān)視。主控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2-2所示。分控制器接收主控制器的發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)和命令，通過(guò)可控硅電路對(duì)照明燈具進(jìn)行開關(guān)控制，并且利用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)開關(guān)控制。2.5下位機(jī)系統(tǒng)分控制器硬件電路結(jié)構(gòu)如圖2-3所示。系統(tǒng)在單片機(jī)的控制之下完成數(shù)據(jù)的通信、顯示，同時(shí)能夠控制照明燈具，其硬件電路只是系統(tǒng)的實(shí)施工具，大量的工作是由軟件來(lái)完成的。這些程序是系統(tǒng)的靈魂，是負(fù)責(zé)完成硬件電路實(shí)現(xiàn)功能和與用戶交互的橋梁，是維護(hù)系統(tǒng)正常工作的工具。室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)可以根據(jù)氣候、人體等因素全天候自動(dòng)模糊控制室內(nèi)照明電器的開和關(guān)。做到光線暗時(shí)開燈，雨天陰天時(shí)開燈，無(wú)人時(shí)關(guān)燈，光線亮?xí)r關(guān)燈，晴天時(shí)關(guān)燈。在確保室內(nèi)正常照明同時(shí)，可有效防止無(wú)人燈（無(wú)人時(shí)開燈）﹑無(wú)效燈（光線亮?xí)r開燈），從而達(dá)到節(jié)電目的。根據(jù)上述要求，可以畫出如表2-1所示控制系統(tǒng)邏輯功能表。關(guān)系如果假設(shè)：第三章硬件電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)硬件總述系統(tǒng)以單片微型計(jì)算機(jī)為核心外加多種接口電路組成，共有六個(gè)主要部分：AT89C51芯片、光信號(hào)采集電路、人體信號(hào)采集電路、延時(shí)選擇電路、輸出控制電路、時(shí)間顯示電路，如圖3-1所示。3.2CPU性能介紹本系統(tǒng)采用了ATMEL公司MCS-51系列單片機(jī)中的AT89C51芯片，它是低壓高性能CMOS8位微處理器，帶有4k字節(jié)Flash閃速存儲(chǔ)器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，15個(gè)I／O口線，兩個(gè)16位定時(shí)／計(jì)數(shù)器，—個(gè)5向量?jī)杉?jí)中斷結(jié)構(gòu)，一個(gè)全雙工串行通信口3.3主控制機(jī)電路設(shè)計(jì)主控制器采用AT89C51單片機(jī)作為微處理器，AT89C51是美國(guó)ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS8位單片機(jī)，片內(nèi)含4Kbytes的可反復(fù)擦寫的Flash只讀程序存儲(chǔ)器和128bytes的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲(chǔ)單元。主控制器系統(tǒng)的外圍接口電路由信號(hào)處理電路、LED顯示及控制電路、時(shí)間顯示電路等幾部分組成。主控制器系統(tǒng)的硬件電路原理圖如圖3-2所示。3.4菲涅爾透鏡菲涅爾透鏡作用有兩個(gè)：一是聚焦作用，即將熱釋紅外信號(hào)折射（反射）在PIR上，第二個(gè)作用是將探測(cè)區(qū)域內(nèi)分為若干個(gè)明區(qū)和暗區(qū)，使進(jìn)入探測(cè)區(qū)域的移動(dòng)物體能以溫度變化的形式在PIR上產(chǎn)生變化熱釋紅外信號(hào)。當(dāng)人進(jìn)入感應(yīng)范圍，人體釋放的紅外光透過(guò)鏡片被聚集在遠(yuǎn)距離A區(qū)或中距離B區(qū)或近距離C區(qū)的某個(gè)段的同心環(huán)上，同心環(huán)與紅外線探頭有一個(gè)適當(dāng)?shù)慕咕?，紅外光正好被探頭接收，探頭將光信號(hào)變成電信號(hào)送入電子電路驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。整個(gè)接收人體紅外光的方式也被稱為被動(dòng)式紅外活動(dòng)目標(biāo)探測(cè)器。鏡片主要有三種顏色：（1）聚乙烯材料原色，略透明，透光率好，不易變形（2)白色主要用于適配外殼顏色(3)黑色用于防強(qiáng)光干擾。鏡片還可以結(jié)合產(chǎn)品外觀注色，使產(chǎn)品整體更美觀。每一種鏡片有一型號(hào)（以年號(hào)+系列號(hào)命名），鏡片主要參數(shù)鏡片與探頭的配合應(yīng)用——我們常用的是雙源式探頭，揭開濾光玻璃片，其內(nèi)部有兩點(diǎn)對(duì)7—14um的紅外波長(zhǎng)特別敏感的TO—5材料連接著場(chǎng)效管圖3-3信號(hào)產(chǎn)生輸出示意圖靜態(tài)情況下空間存在紅外光線，由于雙源式探頭采用互補(bǔ)技術(shù)，不會(huì)產(chǎn)生電信號(hào)輸出。動(dòng)態(tài)情況下，人體經(jīng)過(guò)探頭先后被A源或被B源感應(yīng)，Sa<Sb或Sa>Sb產(chǎn)生差值，雙源失去互補(bǔ)平衡作用而很敏感地產(chǎn)生信號(hào)輸出，見圖3-3。當(dāng)人對(duì)著探頭呈垂直狀態(tài)運(yùn)動(dòng)，Sa=Sb不產(chǎn)生差值，雙源很難產(chǎn)生信號(hào)輸出。因此，探測(cè)器安裝的位置與人行走方向呈平行為宜3.5熱釋電傳感器及處理電路熱釋電紅外傳感器能以非接觸形式檢測(cè)出人體輻射的紅外線，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)。熱釋電傳感器具有成本低、不需要用紅外線或電磁波等發(fā)射源、靈敏度高、可流動(dòng)安裝等特點(diǎn)。實(shí)際使用時(shí)，在熱釋電傳感器前需安裝菲涅爾透鏡，這樣可大大提高接收靈敏度，增加檢測(cè)距離及范圍。實(shí)驗(yàn)證明，熱釋電紅外傳感器若不加菲涅爾透鏡，則其檢測(cè)距離僅為2m左右；而配上菲涅爾透鏡后，其檢測(cè)距離可增加到10m以上。由于熱釋電傳感器輸出的信號(hào)變化緩慢、幅值小(小于1mV)，不能直接作為照明系統(tǒng)的控制信號(hào)，因此傳感器的輸出信號(hào)必須經(jīng)過(guò)一個(gè)專門的信號(hào)處理電路，使得傳感器輸出信號(hào)的不規(guī)則波形轉(zhuǎn)變成適合于單片機(jī)處理的數(shù)字信號(hào)。根據(jù)以上要求，人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖如圖3-4所示。圖3-4人體熱釋電檢測(cè)電路組成框圖本設(shè)計(jì)采用BIS0001來(lái)完成對(duì)熱釋電傳感器輸出信號(hào)的處理。它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件就可構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)、報(bào)警用人體熱釋電傳感器等。它能自動(dòng)快速開啟各類白熾燈、熒光燈、蜂鳴器、自動(dòng)門、電風(fēng)扇、烘干機(jī)和自動(dòng)洗手池等裝置，特別適用于企業(yè)、賓館、商場(chǎng)、庫(kù)房及家庭的過(guò)道、走廊等敏感區(qū)域，或用于安全區(qū)域的自動(dòng)燈光、照明和報(bào)警系統(tǒng)。它主要由運(yùn)算放大器、電壓比較器、狀態(tài)控制器、延遲時(shí)間定時(shí)器以及封鎖時(shí)間定時(shí)器等構(gòu)成。BIS0001的引腳圖如圖3-5BIS0001的引腳圖由BIS0001構(gòu)成的信號(hào)處理電路如圖3-6所示。圖3-6BIS0001的熱釋電紅外開關(guān)應(yīng)用電路圖圖3-6中，運(yùn)算放大器OP1將熱釋電紅外傳感器的輸出信號(hào)作第一級(jí)放大，然后由C3耦合給運(yùn)算放大器OP2進(jìn)行第二級(jí)放大，再經(jīng)由電壓比較器COP1和COP2構(gòu)成的雙向鑒幅器處理后，檢出有效觸發(fā)信號(hào)Vs去啟動(dòng)延遲時(shí)間定時(shí)器，輸出信號(hào)Vo經(jīng)晶體管T1放大驅(qū)動(dòng)繼電器去接通負(fù)載。R3為光敏電阻，用來(lái)檢測(cè)環(huán)境照度。當(dāng)作為照明控制時(shí)，若環(huán)境較明亮，R3的電阻值會(huì)降低，使9腳的輸入保持為低電平，從而封鎖觸發(fā)信號(hào)Vs。SW1是工作方式選擇開關(guān)，當(dāng)SW1與1端連通時(shí)，芯片處于可重復(fù)觸發(fā)工作方式；當(dāng)SW1與2端連通時(shí)，芯片則處于不可重復(fù)觸發(fā)工作方式。輸出延遲時(shí)間Tx由外部的R9和C7的大小調(diào)整，值為Tx≈24576xR9C7；觸發(fā)封鎖時(shí)間Ti由外部的R10和C6的大小調(diào)整，值為Ti≈24xR10C6。3.6光照檢測(cè)電路如圖3-2所示，當(dāng)外界環(huán)境光照強(qiáng)時(shí)，光敏電阻R13阻值較小，則A點(diǎn)電平較低；當(dāng)外界環(huán)境光照弱時(shí)，光敏電阻R13阻值較大，則A點(diǎn)電平較高，將此電平送到單片機(jī)，由程序控制是否實(shí)現(xiàn)照明3.7比較電路比較電路如圖2-5所示，由兩個(gè)運(yùn)算放大器組成，輸入信號(hào)來(lái)自于紅外人體探頭輸出。比較電路中的基準(zhǔn)電壓分別由兩個(gè)獨(dú)立的分壓電路得到，供電路比較所用。即運(yùn)算放大器D1的6腳和D2的1腳電壓分別為0.45V和2.0V。 通過(guò)比較電路將相應(yīng)的電壓比較結(jié)果以數(shù)字信號(hào)輸出。當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)感應(yīng)到人體信號(hào)后，運(yùn)算放大器的“2腳”或“5腳”的電壓降為3.0V；當(dāng)被動(dòng)紅外探頭在有效范圍內(nèi)沒有感應(yīng)人體紅外信號(hào)時(shí)，“2腳”或“5腳”的電壓降為1.0V。探頭故障斷路時(shí)，則“2腳”或“5腳”的電壓降為0V。紅外探頭工作正?！?腳”的電壓恒定為2.0V，“2腳”的電壓有1V或是3.0V兩種狀態(tài)，“6腳”的電壓恒定為0.45V，“5腳”的電壓與“2腳”的電壓保持一致。探頭將會(huì)根據(jù)有無(wú)人體信號(hào)在“2腳”產(chǎn)生1.0V或3.0V兩種電壓信號(hào)。紅外探頭不正常工作“1腳”的電壓恒定為2.0V，“2腳”的電壓為0V，“6腳”的電壓恒定為0.45V，“5腳”的電壓為0V。探頭將只會(huì)產(chǎn)生一種電壓信號(hào)0V。具體的比較結(jié)果如下表1-3所示。通過(guò)比較電路，不僅解決了不同工作狀態(tài)時(shí)被動(dòng)紅外探頭的對(duì)外界人體紅外信號(hào)的采集，而且也實(shí)現(xiàn)了僅通過(guò)被動(dòng)紅外探頭的兩根電源線同時(shí)也傳輸了所采集的周圍環(huán)境的紅外信號(hào)，一舉兩得。 第四章系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)4.1系統(tǒng)軟件流程圖軟件部分的主要任務(wù)是完成對(duì)光照檢測(cè)電路和對(duì)熱釋電傳感器信號(hào)處理電路的輸出信號(hào)進(jìn)行處理。在光照較強(qiáng)時(shí)，系統(tǒng)繼續(xù)對(duì)光照檢測(cè)電路的輸出狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)。光照較弱時(shí)，系統(tǒng)對(duì)信號(hào)處理電路的輸出狀態(tài)Vo進(jìn)行檢測(cè)。若室內(nèi)有人時(shí)Vo為高電平，系統(tǒng)控制照明設(shè)備點(diǎn)亮并按設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行延時(shí)。在延時(shí)時(shí)間內(nèi)再一次檢測(cè)到有人時(shí)，則系統(tǒng)又按設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行延時(shí)；若在延時(shí)時(shí)間內(nèi)檢測(cè)到室內(nèi)無(wú)人時(shí)，則系統(tǒng)控制照明設(shè)備熄滅并重新對(duì)信號(hào)處理電路的輸出狀態(tài)Vo進(jìn)行檢測(cè)?；谏鲜龇治?，系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)流程如圖4-1所示。4.2仿真環(huán)境介紹隨著單片機(jī)開發(fā)技術(shù)的不斷發(fā)展，從普遍使用匯編語(yǔ)言到逐漸使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)，單片機(jī)的開發(fā)軟件也在不斷發(fā)展，Keil軟件是目前最流行開發(fā)MCS-51系列單片機(jī)的軟件，這從近年來(lái)各仿真機(jī)廠商紛紛宣布全面支持Keil。該軟件是美國(guó)KeilSoftware公司出品的軟件開發(fā)系統(tǒng)，其允許用戶使用匯編或者C語(yǔ)言來(lái)開發(fā)MCS-51單片機(jī)（或與MSC-51指令兼容的其它單片機(jī)）的應(yīng)用軟件。功能上，KeilC51軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開發(fā)調(diào)試工具，包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過(guò)一個(gè)集成開發(fā)環(huán)境（uVision）將這些部份組合在一起。外觀上采用全Windows界面，容易上手。性能上，即便是使用高級(jí)語(yǔ)言開發(fā)應(yīng)用程序，其生成的目標(biāo)代碼效率也非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊 第五章系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)與測(cè)試在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)，在安裝、調(diào)試后完全符合設(shè)計(jì)要求，但把系統(tǒng)置入現(xiàn)場(chǎng)后，系統(tǒng)常常不能正常穩(wěn)定地工作。產(chǎn)生這種情況的原因主要是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜和各種各樣的電磁干擾，所以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)、抗干擾技術(shù)變得越來(lái)越重要了。工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中干擾是以脈沖產(chǎn)的形式進(jìn)人單片機(jī)系統(tǒng)的，其主要的渠道有三條，即空干擾多發(fā)生在高電壓、大電流、高頻電磁場(chǎng)附近，并通過(guò)靜電感應(yīng)，電磁感應(yīng)等方式侵入系統(tǒng)內(nèi)部；供電系統(tǒng)干擾是由電源的噪聲干擾引起的；過(guò)程通道干擾是干擾通過(guò)前向通道和后向通道進(jìn)入系統(tǒng)的。干擾一般沿各種線路侵入系統(tǒng)。系統(tǒng)接地裝置不可靠，也是產(chǎn)生干擾的重要原因；各類傳感器，輸人/輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干撫5.1干擾產(chǎn)生的后果（1）數(shù)據(jù)采集誤差的加大。當(dāng)干擾侵入單片機(jī)系統(tǒng)的前向通道疊加在信號(hào)上，會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差增大，特別是前向通道的傳感器接口是小電壓輸入時(shí)，此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重（2）程序運(yùn)行失常：①控制狀態(tài)失靈。在單片機(jī)系統(tǒng)中，由于干擾的加人使輸出誤差加大，造成邏輯狀態(tài)改變，最終導(dǎo)致控制失常。②死機(jī)。在單片機(jī)系統(tǒng)受強(qiáng)干擾后，造成程序計(jì)數(shù)器（PC）值的改變，破壞程序正常運(yùn)行（3）系統(tǒng)被控對(duì)象誤操作。①單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂，指向了其它地方，運(yùn)行了錯(cuò)誤的程序；②DRAM中的某些數(shù)據(jù)被沖亂或者特殊寄存器的值被改變，使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果。③中斷誤觸發(fā)，使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的中斷處理5.2單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì)（1）供電系統(tǒng)。①防止從電源系統(tǒng)引入干擾，可采取交流穩(wěn)壓器保證供電的穩(wěn)定性，防止電源的過(guò)壓和欠壓。使用隔離變壓器濾掉高頻噪聲，低通濾波器濾掉工頻干擾。②采用開關(guān)電源并提供足夠的功率余量，主機(jī)部分使用單獨(dú)的穩(wěn)壓電路，必要時(shí)I/O供電分別采用DC-DC模塊隔離，以避免各個(gè)部分相互干擾。（2）注意印制電路板的布線與工藝。①盡量采用多層印制電路板，多層板可提供良好的接地網(wǎng)，可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合。②印制電路板要合理分區(qū)。模擬電路區(qū)、數(shù)字電路區(qū)、功率驅(qū)動(dòng)區(qū)要盡量分開，地線不能相混，分別和電源端的地線相連。③元件面和焊接面應(yīng)采用相互垂直、斜交、或者彎曲走線，避免相互平行以減小寄生耦合：避免相鄰導(dǎo)線平行段過(guò)長(zhǎng)；加大信號(hào)線間距。高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線盡量短，使用45°或者圓弧折線布線，不要使用90°折線，以減小高頻