D-幻燈片定稿-第11章

第11章單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)本章要點(diǎn)：n

單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)流程n

單片機(jī)可靠性設(shè)計(jì)主要技術(shù)措施11.1應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.1.1系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)確定單片機(jī)控制系統(tǒng)的總體方案，是系統(tǒng)設(shè)計(jì)中十分重要的一步。合理的總體設(shè)計(jì)來(lái)自對(duì)于系統(tǒng)要求的全面分析和對(duì)于實(shí)現(xiàn)方法的正確選擇。一般說(shuō)來(lái)，系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)步驟如下：1．全面分析任務(wù)對(duì)系統(tǒng)的要求其內(nèi)容主要包括以下幾個(gè)方面：（1）需要檢測(cè)的信號(hào)有哪些，變換的快慢怎樣，對(duì)檢測(cè)精度有何要求。相應(yīng)的確定檢測(cè)方法和檢測(cè)元件。（2）執(zhí)行機(jī)構(gòu)是什么，需要輸出幾個(gè)怎樣的控制信號(hào)——模擬量還是數(shù)字量、功率有多大、有何特殊要求、相應(yīng)的確定輸入輸出通道的結(jié)構(gòu)。（3）對(duì)控制的精度有何要求，應(yīng)采用何種控制算法。（4）對(duì)輸出、通信等方面有何要求，相應(yīng)的實(shí)現(xiàn)方法是什么。（5）系統(tǒng)操作方式，比如如何啟動(dòng)和停止，如何設(shè)置參數(shù)等。（6）系統(tǒng)是否有進(jìn)一步擴(kuò)展的需要，輸入/輸出通道和存儲(chǔ)器容量是否要適當(dāng)留下余量。（7）系統(tǒng)的工作環(huán)境如何，是否需要加強(qiáng)抗干擾設(shè)施?？刂葡到y(tǒng)通常都是為某種生產(chǎn)設(shè)備或生產(chǎn)過(guò)程服務(wù)的。在分析對(duì)于系統(tǒng)控制的要求時(shí)，必須了解有關(guān)設(shè)備的運(yùn)行性能和工藝過(guò)程。實(shí)際設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)時(shí)，還往往涉及到電氣設(shè)備的主電路，如電動(dòng)機(jī)等，它們的工作方式與實(shí)際需要有關(guān)，對(duì)此必須考慮到。另外，在進(jìn)行分析研究的過(guò)程中，還必須充分了解這類系統(tǒng)在國(guó)內(nèi)外的現(xiàn)有狀況，努力借鑒已有的經(jīng)驗(yàn)，盡可能使用定型的產(chǎn)品，避免低水平的重復(fù)開(kāi)發(fā)。2．確定系統(tǒng)的構(gòu)成類型單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的構(gòu)成類型包括采用從元件級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)、利用應(yīng)用板構(gòu)成系統(tǒng)和通過(guò)購(gòu)置模塊式工業(yè)控制單片機(jī)組成系統(tǒng)三種，確定采用何種構(gòu)成是系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)中的重大決策。在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的實(shí)際工作中，不一定要對(duì)系統(tǒng)作全面地了解分析之后才確定系統(tǒng)的構(gòu)成類型，而只需根據(jù)系統(tǒng)某些主要的要求即可確定應(yīng)采用何種構(gòu)成。這些主要的要求如：是否需要屏幕顯示，有怎樣的打印要求，微機(jī)工作環(huán)境如何，以及經(jīng)費(fèi)預(yù)算和工期等。據(jù)此結(jié)合單片機(jī)控制系統(tǒng)三種構(gòu)成類型的特點(diǎn)，便可確定采用哪一種類型更為合理。3．劃分硬件和軟件任務(wù)，畫(huà)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖在分析系統(tǒng)要求和確定系統(tǒng)類型之后，就要?jiǎng)澐钟布蛙浖娜蝿?wù)，完成系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。單片機(jī)的硬件和軟件是相互結(jié)合而工作的，有些任務(wù)必須由硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)，另外有些任務(wù)則必須由軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)。但是也有一些任務(wù)既可以由硬件來(lái)完成，也可以由軟件來(lái)完成，例如定時(shí)、邏輯控制等，這就要綜合考慮確定。一般來(lái)說(shuō)，增加硬件會(huì)提高成本，但能夠簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)程序，且實(shí)用性好。反之，加重軟件任務(wù)，會(huì)增加編程調(diào)試工作量，但能降低成本。劃分硬件和軟件任務(wù)時(shí)，要按照各個(gè)部分列出其任務(wù)清單。例如數(shù)據(jù)采集部分，硬件的任務(wù)是提供測(cè)量電路，包括傳感器、信號(hào)轉(zhuǎn)換和放大電路、A/D轉(zhuǎn)換器等；軟件的任務(wù)則為

按照一定的采樣周期，進(jìn)行定時(shí)采樣，把數(shù)據(jù)存入指定區(qū)域。根據(jù)對(duì)硬件任務(wù)和軟件任務(wù)的劃分，可以畫(huà)出系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖包括硬件框圖和應(yīng)用程序結(jié)構(gòu)框圖?？驁D畫(huà)成模塊式，作為下一步硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。如果一個(gè)微機(jī)控制系統(tǒng)（包括智能儀表等）確定采用單片機(jī)，那么系統(tǒng)構(gòu)成一般只限于兩種類型——從元件級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)或利用應(yīng)用板（單片機(jī)）構(gòu)成系統(tǒng)。在這里我們只講述從元件級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)。所謂從元件級(jí)進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即根據(jù)任務(wù)需求分析，選擇合適的單片機(jī)，配置必需的存儲(chǔ)器、接口和外圍設(shè)備組成一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)。在完成總體設(shè)計(jì)之后，系統(tǒng)設(shè)計(jì)的任務(wù)便可細(xì)分為硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分。11.1.2硬件設(shè)計(jì)硬件設(shè)計(jì)的任務(wù)是根據(jù)總體設(shè)計(jì)給出的結(jié)構(gòu)框圖，逐一設(shè)計(jì)出每一個(gè)單元電路，最后組合起來(lái)，成為完整的硬件系統(tǒng)。1．微處理器的選擇從元件級(jí)設(shè)計(jì)控制系統(tǒng)，微處理器一般都選擇單片機(jī)。微處理器的主要性能指標(biāo)是位數(shù)、主頻、尋址能力、指令系統(tǒng)、內(nèi)部寄存器情況等。位數(shù)是重要指標(biāo)，除了影響運(yùn)算精度以外，還關(guān)系到指令系統(tǒng)的功能、尋址能力以及操作速度。主頻影響操作速度。尋址能力決定可能的最大存儲(chǔ)容量。指令系統(tǒng)性能影響數(shù)據(jù)處理、輸入/輸出等操作功能以及編程的方便性。內(nèi)部寄存器的數(shù)量和功能也與操作方便性有關(guān)。此外，單片機(jī)都帶有一定數(shù)量的內(nèi)部RAM，還可能有內(nèi)部ROM或其他部件。對(duì)于工業(yè)控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，一般對(duì)于微處理器的運(yùn)算精度、數(shù)據(jù)處理功能、尋址能力和操作速度，沒(méi)有很高的要求。它的要求偏重于中斷系統(tǒng)、I/O口的數(shù)量和功能、內(nèi)部寄存器和存儲(chǔ)器的類型、容量以及是否集成A/D轉(zhuǎn)換器件等。因此，除了某些高精度快速系統(tǒng)需要采用16位單片機(jī)以外，對(duì)于一般控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，選擇8位單片機(jī)均能滿足要求。8位單片機(jī)的類型很多，計(jì)算機(jī)公司根據(jù)檢測(cè)和控制的需要，還在大力開(kāi)發(fā)新的產(chǎn)品，如增加片內(nèi)ROM的容量、集成高速A/D轉(zhuǎn)換器、附帶看門狗電路等，具有很大的選擇余地。

2．存儲(chǔ)器的配置

存儲(chǔ)器的配置任務(wù)是確定片外存儲(chǔ)器的類型和容量，選定存儲(chǔ)器型號(hào)，設(shè)計(jì)擴(kuò)展電路。

在硬件設(shè)計(jì)階段，由于還沒(méi)有完成軟件設(shè)計(jì)，無(wú)法準(zhǔn)確地估計(jì)所需存儲(chǔ)器的容量。這時(shí)可根據(jù)對(duì)控制系統(tǒng)的分析，憑借經(jīng)驗(yàn)大致地估算所需存儲(chǔ)器的容量，估算時(shí)應(yīng)留有一定的余量。

對(duì)于RAM和ROM，需分別確定容量。選擇存儲(chǔ)器芯片的型號(hào)時(shí)，應(yīng)選擇常用型號(hào)，盡量減少芯片數(shù)量，同時(shí)對(duì)于RAM還需考慮是否需要進(jìn)行掉電保護(hù)。3．輸入通道設(shè)計(jì)輸入通道的設(shè)計(jì)內(nèi)容是確定通道結(jié)構(gòu)和元件配置，合理選擇A/D轉(zhuǎn)換器和其他部件。作為實(shí)際控制系統(tǒng)的完整輸入通道，還包括信號(hào)的檢測(cè)和轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，在設(shè)計(jì)輸入通道時(shí)需要統(tǒng)一考慮。例如，對(duì)于溫度檢測(cè)和控制系統(tǒng)，選用哪種測(cè)溫元件；若傳送距離較長(zhǎng)，是采用電壓信號(hào)、電流信號(hào)還是頻率信號(hào)進(jìn)行傳送。另外，如果采用熱電偶作為檢測(cè)元件，其信號(hào)需要經(jīng)過(guò)放大，還有冷端補(bǔ)償和查分度表的問(wèn)題；如果采用熱電阻做測(cè)溫元件，則信號(hào)需要經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換和放大，還有線性化等一系列問(wèn)題。這些既與輸入通道的硬件設(shè)計(jì)有關(guān)，同時(shí)還涉及到軟件設(shè)計(jì)問(wèn)題。此外，在輸入通道設(shè)計(jì)中，必須采取適當(dāng)?shù)男盘?hào)隔離措施。4．輸出通道設(shè)計(jì)輸出通道的設(shè)計(jì)內(nèi)容也是要確定其通道結(jié)構(gòu)和元件配置，并合理選擇D/A轉(zhuǎn)換器和其他部件。輸出通道的特點(diǎn)是帶有功率驅(qū)動(dòng)，要根據(jù)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的需要，合理的選擇驅(qū)動(dòng)電路。這一部分有時(shí)也會(huì)涉及到電氣設(shè)備的主電路。另外，與輸入通道設(shè)計(jì)相同，輸出通道設(shè)計(jì)時(shí)也要注意采取適當(dāng)措施對(duì)信號(hào)進(jìn)行隔離以抗干擾。5．外圍電路設(shè)計(jì)（1）人機(jī)交互參數(shù)設(shè)定。任何控制系統(tǒng)中都需要人機(jī)交互界面，這其中有些參數(shù)可能需要人為設(shè)定。如實(shí)現(xiàn)某一輸入功能的按鍵、開(kāi)關(guān)等器件，通?？筛鶕?jù)方便操作的原則來(lái)選用。（2）系統(tǒng)啟動(dòng)/停止等操作。為了實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的啟動(dòng)、停止和復(fù)位，要設(shè)置相應(yīng)的按鍵和開(kāi)關(guān)。另外，為了使生產(chǎn)設(shè)備在自動(dòng)控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障的情況下能夠繼續(xù)運(yùn)行，一般需設(shè)置手動(dòng)操作開(kāi)關(guān)，同時(shí)要有自動(dòng)/手動(dòng)切換環(huán)節(jié)。（3）顯示部分的設(shè)計(jì)。在簡(jiǎn)單應(yīng)用系統(tǒng)中，一般不需CRT顯示器，通常使用LED數(shù)碼管顯示器或LCD顯示器。設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)要顯示的數(shù)據(jù)種類、數(shù)目和位數(shù)，確定顯示方式和顯示數(shù)碼管的數(shù)量。當(dāng)用一組數(shù)碼管顯示多種數(shù)據(jù)時(shí)，可以采取多種不同的顯示方式。例如自動(dòng)巡回顯示或由按鍵選擇顯示等。另外，還需根據(jù)實(shí)際需要確定系統(tǒng)采用動(dòng)態(tài)顯示還是靜態(tài)顯示。這些定下來(lái)后就可以著手設(shè)計(jì)顯示部分的電路。（4）打印。當(dāng)系統(tǒng)有打印要求時(shí)，一般可采用安裝在操作面板上的微型打印機(jī)。首先要設(shè)計(jì)其接口電路，此外要確定打印操作方式——定時(shí)打印還是由開(kāi)關(guān)（按鍵）控制打印。若是后者，則需設(shè)置打印開(kāi)關(guān)。（5）報(bào)警。報(bào)警的方式通常有聲（如蜂鳴器）、光（信號(hào)燈）等，這些信號(hào)通常由開(kāi)關(guān)量輸出、經(jīng)驅(qū)動(dòng)電路進(jìn)行控制。另外，還可以采取在聲、光報(bào)警的同時(shí)在數(shù)碼管上顯示特殊字符或符號(hào)進(jìn)行報(bào)警的方法，符號(hào)的顯示一般由軟件完成。根據(jù)系統(tǒng)的報(bào)警需求，確定出報(bào)警的方式，從而設(shè)計(jì)出相應(yīng)的電路。（6）通信。若有通信需求，可利用單片機(jī)上的串行口來(lái)實(shí)現(xiàn)。6．硬件合成以上的各單元電路的設(shè)計(jì)完成之后，就可以進(jìn)行硬件合成了。所謂硬件合成即將各單元電路按照總體設(shè)計(jì)的硬件結(jié)構(gòu)框圖組合在一起，形成一個(gè)完整的硬件系統(tǒng)原理圖。在進(jìn)行硬件合成時(shí)，應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：（1）根據(jù)輸入和輸出的信號(hào)需要，全面地安排微處理器的I/O口，查看是否夠用。如果不夠用，應(yīng)擴(kuò)展I/O口。擴(kuò)展I/O口（以及存儲(chǔ)器）之后，應(yīng)該校核微處理器總線的實(shí)際負(fù)載，必要時(shí)接入總線驅(qū)動(dòng)器。（2）檢查信號(hào)邏輯電平是否兼容。電路中可能兼有TTL和MOS器件，也可能有非標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)電平，若電平不兼容，就要加電平轉(zhuǎn)換電路。（3）從提高可靠性出發(fā)，全面檢查電路設(shè)計(jì)。檢查抗干擾措施是否完備，考慮是否要設(shè)置“看門狗”電路，是否需要增加自檢環(huán)節(jié)等。（4）考慮電源系統(tǒng)。相互隔離部分的電路必須采用各自獨(dú)立的電源和地線，切不可混用。同一部分電路的電源，其電壓種類應(yīng)盡量減少。對(duì)于穩(wěn)壓性能有特殊要求的電路，如A/D轉(zhuǎn)換器的基準(zhǔn)電壓，要確定是否需要單獨(dú)設(shè)置。（5）合理安排地線系統(tǒng)。確定哪些單元電路的地線可以相連，哪些地線接機(jī)殼、接大地或浮空。7．電源配置在確定系統(tǒng)所用的幾種直流電源后，分別估算出其所需功率。如有合適的微機(jī)用整流產(chǎn)品，直接選用即可。在交流側(cè)應(yīng)采用濾波裝置，必要時(shí)加隔離變壓器和交流穩(wěn)壓器。如果沒(méi)有現(xiàn)成產(chǎn)品可用，就要自行設(shè)計(jì)電源變壓器和整流穩(wěn)壓電路。硬件設(shè)計(jì)除了上述七部分內(nèi)容以外，還可能需要進(jìn)行印制電路板、操作面板的設(shè)計(jì)等，這些內(nèi)容都有相關(guān)專業(yè)資料介紹，在此不再贅述。11.1.3軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中最重要、最基本的工作環(huán)節(jié)之一。軟件設(shè)計(jì)的任務(wù)是在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，根據(jù)要求確定程序結(jié)構(gòu)和劃分功能模塊（包括主程序模塊和各子程序模塊），然后編寫(xiě)各模塊程序，分別調(diào)試完畢后連接在一起，構(gòu)成一個(gè)完整的應(yīng)用程序?，F(xiàn)在分別進(jìn)行介紹。1．軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在進(jìn)行系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)時(shí)，已經(jīng)給出軟件結(jié)構(gòu)框圖。但由于總體設(shè)計(jì)時(shí)，硬件系統(tǒng)沒(méi)有明確，因此結(jié)構(gòu)框圖只是一個(gè)粗略的整體框架。當(dāng)硬件設(shè)計(jì)完成后，就能夠具體明確對(duì)軟件的要求。例如：數(shù)據(jù)采集部分，明確CPU對(duì)啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換要發(fā)什么控制信號(hào)；端口地址是什么；CPU用什么方法得知A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束，以便輸入轉(zhuǎn)換結(jié)果；采樣周期多長(zhǎng)等。根據(jù)這些具體信息，便可進(jìn)行軟件結(jié)構(gòu)的具體設(shè)計(jì)。軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)通常采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法。其中心思想是將一個(gè)功能較多、程序量較大的程序整體，按其功能劃分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的程序段（稱為程序模塊），分別進(jìn)行獨(dú)立的設(shè)計(jì)、調(diào)試和查錯(cuò)，最終連接成一個(gè)程序整體。模塊化程序設(shè)計(jì)方法的優(yōu)點(diǎn)是：每個(gè)模塊的程序設(shè)計(jì)無(wú)須過(guò)多了解其它模塊，可以獨(dú)立進(jìn)行；便于修改和調(diào)試；便于程序調(diào)用；程序整體層次清晰，結(jié)構(gòu)一目了然，方便閱讀。一般系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)由主程序模塊和多個(gè)子程序及中斷服務(wù)程序模塊構(gòu)成。主程序的一般結(jié)構(gòu)是先進(jìn)行各種初始化，然后循環(huán)查詢各種軟件標(biāo)志以完成對(duì)事務(wù)的處理。主程序通常是一個(gè)順序執(zhí)行的無(wú)限循環(huán)程序。各個(gè)子程序模塊可根據(jù)其所完成的具體功能來(lái)劃分，例如可分為：定時(shí)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)字濾波、標(biāo)度變換、控制算法、顯示、報(bào)警、打印等，進(jìn)而明確各個(gè)模塊的任務(wù)和相互聯(lián)系，畫(huà)出每個(gè)模塊的算法流程圖。2．主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)

根據(jù)確定的算法流程圖，分別編寫(xiě)主程序和各模塊程序。編程時(shí)盡量利用已有的子程序，以減少工作量。對(duì)于程序的編寫(xiě)，需要說(shuō)明以下幾點(diǎn)：（1）編程語(yǔ)言一般都采用匯編語(yǔ)言，匯編語(yǔ)言具有執(zhí)行速度快、占用內(nèi)存少的特點(diǎn)，適合用于實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)。對(duì)于那些計(jì)算工作量較大的系統(tǒng)，也可以采用高級(jí)語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程的方法。數(shù)據(jù)采集、判斷和控制輸出等程序用匯編語(yǔ)言，而較為復(fù)雜的計(jì)算程序采用高級(jí)語(yǔ)言。在單片機(jī)系統(tǒng)中，可以采用的高級(jí)語(yǔ)言有BASIC語(yǔ)言、C語(yǔ)言、PL/M語(yǔ)言等。借助于一般的單片機(jī)開(kāi)發(fā)裝置，就能使用高級(jí)語(yǔ)言編程。（2）在程序設(shè)計(jì)過(guò)程中，完成預(yù)定的功能是最基本、最重要的任務(wù)，但同時(shí)還必須貫徹可靠性設(shè)計(jì)的原則，例如采取必要的抗干擾措施——數(shù)字濾波、軟件陷阱等。（3）控制算法是微機(jī)控制系統(tǒng)程序設(shè)計(jì)中的重要內(nèi)容，要根據(jù)被控制對(duì)象的特性，合理選擇控制算法，以達(dá)到所要求的控制精度。（4）對(duì)于存儲(chǔ)器空間的使用應(yīng)統(tǒng)一安排。例如在程序存儲(chǔ)器中，安排好用戶程序區(qū)、子程序區(qū)、表格區(qū)等。在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中，安排好采樣數(shù)據(jù)區(qū)、處理結(jié)果數(shù)據(jù)區(qū)、顯示和打印數(shù)據(jù)區(qū)、標(biāo)志區(qū)等。（5）對(duì)于各個(gè)程序模塊，要首先畫(huà)出程序算法流程圖，說(shuō)明其功能。以便于編寫(xiě)子程序時(shí)明確各程序模塊的入口、出口參數(shù)和對(duì)CPU內(nèi)部寄存器的占用情況。（6）對(duì)于程序中的指令應(yīng)有必要的注釋，以便于閱讀與使用。（7）主程序和各模塊程序的設(shè)計(jì)完成后，連接成為一個(gè)完整的程序。最后對(duì)于整個(gè)程序作詳細(xì)的說(shuō)明，內(nèi)容包括占用內(nèi)部資源情況、存儲(chǔ)器分配情況、標(biāo)志的定義以及程序啟動(dòng)方法等。11.1.4軟件與硬件的調(diào)試在整個(gè)系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)基本完成后，就進(jìn)入系統(tǒng)調(diào)試階段。系統(tǒng)調(diào)試通常分為三步，即硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和綜合調(diào)試。1．硬件調(diào)試盡管單片機(jī)系統(tǒng)的硬件和軟件調(diào)試相互密切聯(lián)系，許多硬件錯(cuò)誤是在軟件調(diào)試中發(fā)現(xiàn)的，但是一般還是盡可能的先排除硬件故障后，再進(jìn)行聯(lián)機(jī)調(diào)試。（1）靜態(tài)測(cè)試在樣機(jī)加電之前，首先要進(jìn)行靜態(tài)測(cè)試，主要內(nèi)容有：1）檢查線路。通過(guò)目測(cè)和使用萬(wàn)用表，檢查樣機(jī)連線的正確性，應(yīng)特別注意各電路板之間的連線。對(duì)于自制或委托加工的印制電路板，應(yīng)檢查電路板的線條和元件焊接質(zhì)量。2）核對(duì)元器件，檢查所有元器件是否有插錯(cuò)或損壞現(xiàn)象。3）檢查電源系統(tǒng)。將用戶樣機(jī)中所有芯片都從插座上拔下，給樣機(jī)加電。檢查完整流穩(wěn)壓電路后，逐一檢查各芯片插座上電源引腳及其它引腳電壓是否有異常情況。若一切正常，斷電，插上一個(gè)芯片，重復(fù)檢查電壓，并試摸該芯片是否發(fā)熱。如果電源電壓正常而芯片過(guò)熱，說(shuō)明芯片有故障。如果插上某個(gè)芯片后對(duì)電源系統(tǒng)有影響，則應(yīng)進(jìn)一步檢查與該芯片有關(guān)的電路或更換該芯片再試。在進(jìn)行電源系統(tǒng)檢查時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查CPU插座，該插座上絕對(duì)不能有高于5V的電壓。否則連機(jī)時(shí)將損壞仿真器。電源系統(tǒng)檢查正常后，即可插上全部芯片（CPU除外）。4）外圍電路調(diào)試。將所有能進(jìn)行硬件單獨(dú)調(diào)試的外圍電路如檢測(cè)信號(hào)放大電路、輸出驅(qū)動(dòng)電路等都調(diào)試好。進(jìn)行這些局部電路調(diào)試時(shí)，可能要人為提供有關(guān)模擬信號(hào)或開(kāi)關(guān)信號(hào)。有些系統(tǒng)有多塊外圍電路印制電路板，就要逐塊調(diào)試，所以這一步也稱為“單板調(diào)試”。（2）聯(lián)機(jī)調(diào)試聯(lián)機(jī)調(diào)試是軟硬件結(jié)合調(diào)試，即利用簡(jiǎn)單的調(diào)試程序來(lái)調(diào)試硬件系統(tǒng)。聯(lián)機(jī)調(diào)試需要用專用仿真插頭將用戶樣機(jī)和仿真器連接起來(lái)，分別打開(kāi)用戶樣機(jī)和仿真器的電源，然后按以下步驟進(jìn)行：1）測(cè)試擴(kuò)展RAM（數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器）。用開(kāi)發(fā)裝置將一批數(shù)據(jù)寫(xiě)入用戶樣機(jī)的擴(kuò)展RAM中，然后再將其讀出校驗(yàn)。如果對(duì)于任意區(qū)域讀出和寫(xiě)入的內(nèi)容都一致，表明擴(kuò)展RAM工作正常，否則就有故障?？赡墚a(chǎn)生RAM讀寫(xiě)故障的原因有：工作電源未接通；地址線、數(shù)據(jù)線路短路或接錯(cuò)；讀寫(xiě)信號(hào)線未接好以及RAM芯片損壞等。2）測(cè)試I/O口和I/O設(shè)備。對(duì)于單片機(jī)本身的輸出口，用仿真器內(nèi)部特殊功能寄存器修改命令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入輸出口或運(yùn)行一段給輸出口賦值的程序，然后檢查輸出口的相應(yīng)狀態(tài)及所接設(shè)備的狀態(tài)，如與寫(xiě)入的內(nèi)容一致，說(shuō)明輸出口及輸出設(shè)備工作正常。對(duì)于單片機(jī)本身的輸入口，通過(guò)輸入設(shè)備給輸入口設(shè)置一定的狀態(tài)，然后用讀特殊功能寄存器命令讀出相應(yīng)輸入接口寄存器的狀態(tài)，如與設(shè)定的狀態(tài)一致，說(shuō)明輸入口工作正常。擴(kuò)展I/O口大多是可編程的。檢查時(shí)應(yīng)先向其控制（命令）寄存器寫(xiě)入控制字，設(shè)定接口的工作狀態(tài)，然后再用外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀寫(xiě)命令來(lái)檢查I/O口的狀態(tài)，如果I/O口狀態(tài)與讀寫(xiě)數(shù)據(jù)一致，表明工作正常。3）檢查晶振電路和復(fù)位電路。將仿真器的晶振選擇開(kāi)關(guān)打到用戶一邊，仿真器應(yīng)能正常工作，否則用戶樣機(jī)的晶振電路有故障。用戶樣機(jī)加電或按復(fù)位按鈕時(shí)，仿真系統(tǒng)應(yīng)能復(fù)位，否則復(fù)位電路有故障。4）測(cè)試A/D和D/A轉(zhuǎn)換器。A/D轉(zhuǎn)換器的測(cè)試，一般要編制一段檢測(cè)程序。人為調(diào)節(jié)輸入模擬電壓大小，如果輸出數(shù)字量與輸入模擬量符合轉(zhuǎn)換關(guān)系，則此A/D轉(zhuǎn)換系統(tǒng)工作正常。D/A轉(zhuǎn)換器的測(cè)試也要借助于檢測(cè)程序。如果輸出模擬量與輸入數(shù)字量的對(duì)應(yīng)關(guān)系正確，說(shuō)明D/A轉(zhuǎn)換系統(tǒng)工作正常。5）試驗(yàn)顯示、打印、報(bào)警等電路。顯示、打印、報(bào)警等電路的試驗(yàn)，也需要借助程序進(jìn)行。以上4）、5）兩項(xiàng)的測(cè)試，也可以利用系統(tǒng)應(yīng)用軟件中有關(guān)的程序段來(lái)進(jìn)行，這就歸入下面的“軟件調(diào)試”部分。2．軟件調(diào)試軟件調(diào)試是指應(yīng)用程序調(diào)試。首先要將用匯編語(yǔ)言或高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的源程序進(jìn)行編輯、匯編（或編譯），變成目標(biāo)程序（機(jī)器代碼程序），然后才能調(diào)試，因此，軟件調(diào)試實(shí)際上可分為編輯、匯編（或編譯）和調(diào)試兩部分。（1）程序的編輯、匯編（或編譯）源程序的編輯在PC機(jī)上進(jìn)行，一般利用仿真系統(tǒng)提供的編輯環(huán)境，也可以利用PC機(jī)上的某一種編輯軟件。源程序的編輯完成以后，其匯編（或編譯）工作在開(kāi)發(fā)環(huán)境下使用相應(yīng)軟件來(lái)完成，生成目標(biāo)程序。將該文件送入仿真RAM中，就可以調(diào)試用戶程序。（2）程序調(diào)試在前面曾經(jīng)介紹過(guò)，應(yīng)用程序分成若干功能模塊來(lái)編寫(xiě)和調(diào)試，各程序模塊都調(diào)試通過(guò)后，再將它們組合起來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)統(tǒng)調(diào)。模塊程序從調(diào)試方法來(lái)說(shuō)分為兩種情況。一種是各種計(jì)算程序以及代碼轉(zhuǎn)換程序、靜態(tài)I/O程序。這類程序如果不能正常運(yùn)行，程序中的錯(cuò)誤是靜態(tài)的固定的錯(cuò)誤，因此可以用單步或斷點(diǎn)運(yùn)行方式來(lái)調(diào)試。例如對(duì)于計(jì)算程序，先準(zhǔn)備好一組原始數(shù)據(jù)，寫(xiě)入程序的入口單元，然后設(shè)置幾個(gè)斷點(diǎn)，從程序開(kāi)始運(yùn)行。遇到斷點(diǎn)停下時(shí)檢查計(jì)算的中間結(jié)果是否正確。如果有錯(cuò)誤，改用單步運(yùn)行方式，檢查錯(cuò)誤是在哪一步，予以改正。這樣直到程序運(yùn)行完畢，得到正確的結(jié)果為止。需注意所準(zhǔn)備的原始數(shù)據(jù)要有代表性或可能要有多組，以便使程序中各個(gè)分支都有能得到運(yùn)行，調(diào)試工作不致出現(xiàn)遺漏。另一種是I/O實(shí)時(shí)處理程序和通訊程序。調(diào)試這類程序不能用單步或慢速斷點(diǎn)方式，而必須采用全速斷點(diǎn)或全速連續(xù)運(yùn)行方式。這是因?yàn)閷?shí)時(shí)事件的發(fā)生是隨機(jī)的或不能停止的。例如調(diào)試采用中斷方式的A/D轉(zhuǎn)換程序，首先檢查是否產(chǎn)生中斷，為此可將斷點(diǎn)設(shè)在中斷入口，以全速斷點(diǎn)方式運(yùn)行。如果能遇到斷點(diǎn)，說(shuō)明產(chǎn)生了A/D中斷，然后將斷點(diǎn)設(shè)在A/D中斷服務(wù)程序的結(jié)束處，以全速斷點(diǎn)方式運(yùn)行。遇到斷點(diǎn)后，檢查站A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果是否與輸入電壓相對(duì)應(yīng)。如果有問(wèn)題，需要從硬件和軟件兩個(gè)面方面進(jìn)行檢查和解決。3．綜合調(diào)試當(dāng)硬件調(diào)試及軟件分模塊調(diào)試完成以后，就可以進(jìn)行系統(tǒng)綜合調(diào)試（即系統(tǒng)調(diào)試）。在系統(tǒng)綜合調(diào)試時(shí)，應(yīng)將全部硬件電路都接上，應(yīng)用程序也都組合好，進(jìn)行全系統(tǒng)軟硬件的統(tǒng)調(diào)。綜合調(diào)試的任務(wù)是排除軟硬件中的殘留錯(cuò)誤，使整個(gè)微機(jī)系統(tǒng)能夠完成預(yù)定的工作任務(wù)，達(dá)到要求的技術(shù)性能指標(biāo)。在系統(tǒng)綜合調(diào)試中要注意以下幾點(diǎn)：（1）對(duì)于有電氣控制負(fù)載（如加熱元件、電動(dòng)機(jī)等）的系統(tǒng)，應(yīng)先試驗(yàn)空載，空載正常后再試驗(yàn)負(fù)載的情況。（2）要試驗(yàn)系統(tǒng)的各項(xiàng)功能，避免遺漏。仔細(xì)調(diào)整有關(guān)軟件或硬件，使檢測(cè)和控制達(dá)到要求的精度。（3）當(dāng)主電路投切電氣負(fù)載時(shí)，注意觀察微機(jī)是否有受干擾的現(xiàn)象。如出現(xiàn)程序飛跑情況，要檢查和加強(qiáng)抗干擾措施。也可以根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際工作環(huán)境人為地設(shè)置干擾，如頻繁地開(kāi)停接在同一交流電源上的手電鉆，檢驗(yàn)系統(tǒng)的抗干擾性能。（4）綜合調(diào)試時(shí)，仿真器采用全速斷點(diǎn)或連續(xù)運(yùn)行方式，在綜合調(diào)試的最后階段應(yīng)使用用戶樣機(jī)中的晶振。（5）系統(tǒng)要連續(xù)運(yùn)行一段時(shí)間，以考驗(yàn)硬件部分的穩(wěn)定性。（6）有些系統(tǒng)的實(shí)際工作環(huán)境是在生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，在實(shí)驗(yàn)室作調(diào)試時(shí)某些部分只能進(jìn)行模擬，這樣的系統(tǒng)必須到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)最終完成綜合調(diào)試工作。當(dāng)系統(tǒng)綜合調(diào)試通過(guò)以后，即可將用戶程序固化到ROM中，然后將此ROM芯片插入用戶樣機(jī)，用戶樣機(jī)即可脫離仿真系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。至此系統(tǒng)調(diào)試工作全部完成。以上介紹了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的一般方法和步驟，其整個(gè)流程如圖11-1所示。由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的不同，每個(gè)系統(tǒng)的硬件和軟件都有各自的特點(diǎn)，在進(jìn)行調(diào)試時(shí)應(yīng)從實(shí)際情況出發(fā)制訂出具體實(shí)施方案。圖11-1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程圖11.2系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)接地、屏蔽、隔離和濾波等技術(shù)關(guān)系到單片機(jī)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和可靠性。在現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境下，這些問(wèn)題更顯得格外重要，必須給予充分的注意。11.2.1可靠性設(shè)計(jì) 可靠性是微機(jī)控制系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，有多種因素對(duì)其產(chǎn)生影響。其中比較重要的是接地技術(shù)。下面我們就接地技術(shù)作一下簡(jiǎn)單的介紹。1．接地種類控制系統(tǒng)中通常有兩種接地方式。一種是為人身或設(shè)備安全目的，把設(shè)備的外殼接地，這種接地稱之為外殼接地或安全接地；另外一種接地是為電路工作提供一個(gè)公共的電位參考點(diǎn)，這種接地稱之為工作接地。（1）外殼接地外殼接地是真正的接地、要實(shí)實(shí)在在地與大地連接，以使漏到機(jī)殼上的電荷能及時(shí)泄放到地球上去，這樣才能確保人身和設(shè)備的安全。外殼接地的接地電阻應(yīng)當(dāng)盡可能低，因此在材料及施工方面均有一定的要求。（2）工作接地工作接地是為電路工作需要而進(jìn)行的。許多情況下，工作地不與設(shè)備外殼相連，因此工作地的零電位參考點(diǎn)（即工作地）相對(duì)地球的大地是浮空的。所以也把工作地稱之為“懸浮地”。2．接地系統(tǒng)對(duì)于一個(gè)較大的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)信號(hào)電壓和電流的大小，以及電源的類別等分類接地，構(gòu)成一個(gè)完整的接地系統(tǒng)。接地系統(tǒng)通常分為三類。（1）第一類：弱信號(hào)地即把系統(tǒng)中的小信號(hào)回路、控制回路、邏輯電路以及它們的直流電源等連在一起接地。弱信號(hào)地實(shí)際上就是工作地。（2）第二類：功率地即把系統(tǒng)中的繼電器、電磁閥以及它們的驅(qū)動(dòng)電源等連在一起構(gòu)成功率地。因?yàn)檫@些電路往往功率較大，成為干擾弱信號(hào)回路的噪聲源，因此功率地與工作地不可混接。（3）第三類：機(jī)殼地包括系統(tǒng)中所有機(jī)架、箱體等金屬構(gòu)件的接地，即所謂安全地。通常，兩個(gè)相互獨(dú)立的系統(tǒng)接地可采用如圖11-2所示的方式，也可采用如圖11-3所示的傘狀接地系統(tǒng)，而如圖11-4所示的接地系統(tǒng)則是錯(cuò)誤的方式。

圖11-12相互獨(dú)立的系統(tǒng)接地圖11-3傘狀接地系統(tǒng)

圖11-4不正確的系統(tǒng)接地

3．其它接地問(wèn)題（1）雙絞線或同軸電纜的接地為了減少信號(hào)回路的電磁干擾、送入單片機(jī)的信號(hào)有時(shí)需采用雙絞線或同軸電纜。雙絞線或同軸電纜的接地方式如圖11-5所示。

（a）信號(hào)線用雙絞線

（b）信號(hào)線用同軸電纜圖11-5 采用雙絞線或同軸電纜的接地當(dāng)采用帶屏蔽的雙絞線時(shí)，還應(yīng)注意屏蔽體和工作地的良好連接。而且這種連接只能在一個(gè)點(diǎn)接地，否則屏蔽體兩端就會(huì)形成環(huán)路，在屏蔽體上產(chǎn)生較大的噪聲電流，從而在雙絞線上感應(yīng)出噪聲電壓。屏蔽體的正確接地如圖11-6所示。

圖11-6 屏蔽體接地

（2）工作地與安全地的連接當(dāng)需要把工作地與安全地連在一起時(shí)，對(duì)于兩個(gè)以上設(shè)備應(yīng)注意工作地與安全地只能在一點(diǎn)相連。如圖11-7所示。

（a）發(fā)送一側(cè)接地（b）接收一側(cè)接地（3）變壓器屏蔽層的接地有些變壓器是帶屏蔽層的，因?yàn)槠帘螌涌梢砸种茝碾娫淳€傳導(dǎo)的噪聲。屏蔽層通常采用銅箔或鋁箔制作。使用時(shí)應(yīng)與變壓器的初級(jí)繞組交流一線相連，如圖11-8（a）所示。有些變壓器的初級(jí)和次級(jí)都有屏蔽層，這時(shí)應(yīng)將中間屏蔽層與次級(jí)繞組屏蔽層連接，如圖11-8（b）所示。(a)(b)圖11-8 變壓器屏蔽層接地法11.2.2抗干擾設(shè)計(jì)干擾是指疊加在電源電壓或正常工作信號(hào)上的其他電信號(hào)。干擾有多種來(lái)源，如電網(wǎng)、空間電磁場(chǎng)、輸入/輸出通道等。干擾會(huì)影響傳送信息的正確性，擾亂程序的正常運(yùn)行，使程序“飛走”或進(jìn)入死循環(huán)，還可能損壞電子元器件。通常采取以下幾種抗干擾措施。1．屏蔽技術(shù)高頻電源、交流電源、強(qiáng)電設(shè)備產(chǎn)生的電火花甚至雷電，都能產(chǎn)生電磁波，從而成為電磁干擾的噪聲源。當(dāng)距離較近時(shí)，電磁波會(huì)通過(guò)分布電容和電感耦合到信號(hào)回路而形成電磁干擾；當(dāng)距離較遠(yuǎn)時(shí)，電磁波則以幅射形式構(gòu)成干擾。單片機(jī)使用的振蕩器，也是電磁干擾的薄弱環(huán)節(jié)。以金屬板、金屬網(wǎng)或金屬盒構(gòu)成的屏蔽體能有效地對(duì)付電磁波的干擾。屏蔽體以反射方式和吸收方式來(lái)削弱電磁波，從而形成對(duì)電磁波的屏蔽作用。為了有效發(fā)揮屏蔽體的屏蔽作用，還應(yīng)注意屏蔽體的接地問(wèn)題。為了消除屏蔽體與內(nèi)部電路的寄生電容，屏蔽體應(yīng)按“一點(diǎn)接地”的原則接地。2．隔離技術(shù)隔離包括物理隔離和光電隔離兩種。（1）物理隔離物理隔離是指對(duì)小信號(hào)低電平的隔離。其信號(hào)連線應(yīng)盡量遠(yuǎn)離高電平大功率的導(dǎo)線，以減少噪聲和電磁場(chǎng)的干擾。為了實(shí)行物理隔離，即使在同一設(shè)備的內(nèi)部也應(yīng)當(dāng)把這兩類信號(hào)導(dǎo)線分開(kāi)走線、遠(yuǎn)距離走線時(shí)，更應(yīng)注意把信號(hào)電纜和功率電纜分開(kāi)，并保持一定的距離。必要時(shí)還可以用鋼管把它們分別套起來(lái)，以增加屏蔽效果。（2）光電隔離光電隔離通常通過(guò)光電耦合器來(lái)實(shí)現(xiàn)。常用的光電耦合器符號(hào)如圖11-9所示。

圖11-9

光電耦合器輸入信號(hào)使發(fā)光二極管發(fā)光，其光線又使光敏三極管產(chǎn)生電信號(hào)輸出，從而既完成了信號(hào)的傳遞又實(shí)現(xiàn)了電氣上的隔離。使用光電耦合器可實(shí)現(xiàn)以下兩個(gè)主要功能：1）電平轉(zhuǎn)換如圖11-10所示，TTL電路與28V電源電路之間通過(guò)光電耦合器連接，不需另加匹配電路就可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，從而實(shí)現(xiàn)了電平轉(zhuǎn)換。

圖11-10光電耦合器的電平轉(zhuǎn)換電路

2）隔離如圖11-11所示，由于信號(hào)電路與接收電路之間被隔離，因此即使兩個(gè)電路的接地電位不同，也不會(huì)形成干擾。光電耦合器中光敏三極管的基極有引出和不引出兩種型式?；鶚O引出后通常經(jīng)一個(gè)電阻接地，連接電路如圖11-12所示。通過(guò)接地電阻可以控制耦合的響應(yīng)速度和靈敏度?？偟膩?lái)說(shuō)，電阻越小，響應(yīng)速度越高。圖11-11光電耦合器的隔離電路

圖11-12光電耦合器的基極引出形式3．濾波技術(shù)濾波是為了抑制噪聲干擾。在直流電源回路中，負(fù)載的變化會(huì)引起電源噪聲，例如在數(shù)字電路中，當(dāng)電路從一個(gè)狀態(tài)轉(zhuǎn)換為另一種狀態(tài)時(shí)，就會(huì)在電源線上產(chǎn)生一個(gè)很大的尖峰電流，形成瞬變的噪聲電壓。利用電容、電感等儲(chǔ)能元件可以抑制因負(fù)載變化而產(chǎn)生的噪聲。通常也把這種作用稱之為濾波或去耦。為了進(jìn)行濾波或去耦，可在電源線的輸入端并聯(lián)兩個(gè)電容，這在印刷電路板上是經(jīng)?？吹降?，如圖11-13所示。圖11-13電源濾波4．反電勢(shì)干擾抑制技術(shù)在單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)中，常使用諸如繼電器、電動(dòng)機(jī)、電磁閥等具有較大電感量的元件或設(shè)備。當(dāng)電感回路的電流被切斷時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很大的反電勢(shì)而形成噪聲干擾。對(duì)于反電勢(shì)干擾，可采用如下措施加以抑制：（1）如果通過(guò)電感線圈的是直流電流，可在線圈兩端并聯(lián)二極管和穩(wěn)壓管，如圖11-14所示。（2）如果把穩(wěn)壓管換為電阻，同樣可以達(dá)到抑制反電勢(shì)的目的，因此也適用于直流驅(qū)動(dòng)線圈的電路。在這個(gè)電路中，電阻的阻值范圍可以從幾歐姆到幾十歐姆。阻值太小，反電勢(shì)衰減慢；而阻值太大又會(huì)增大反電勢(shì)的幅值。因此應(yīng)在兩方面找一個(gè)平衡點(diǎn)。（3）反電勢(shì)抑制電路也可由電阻和電容構(gòu)成，如圖11-15所示。（4）反電勢(shì)抑制電路不但可以接在線圈的兩端，也可以接在開(kāi)關(guān)的兩端。

圖11-14由二極管和穩(wěn)壓管構(gòu)成的抑制電路

圖11-15由電阻和電容構(gòu)成的抑制電路5．軟件抗干擾措施通常在軟件設(shè)計(jì)中也可采取適當(dāng)?shù)奶幚硪蕴岣呦到y(tǒng)的抗干擾能力，通常采取的措施有如下幾點(diǎn)：（1）程序中采用數(shù)字濾波。為了減小干擾信號(hào)對(duì)采集系統(tǒng)的影響，可采用數(shù)字濾波的方法。常用的數(shù)字濾波技術(shù)有：中值濾波、算術(shù)平均值濾波、判斷濾波等。（2）采用“看門狗”技術(shù)。當(dāng)程序“跑飛”時(shí)可采用看門狗來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。（3）采用中斷技術(shù)。在程序中使用系統(tǒng)未用的中斷編寫(xiě)針對(duì)錯(cuò)誤處理的相應(yīng)中斷處理程序來(lái)使程序正常返回。（4）采用軟件陷阱。當(dāng)程序進(jìn)入死循環(huán)時(shí)，可在非程序區(qū)設(shè)置陷阱，強(qiáng)迫PC進(jìn)入一個(gè)指定的地址，執(zhí)行一段專門的處理程序，使系統(tǒng)恢復(fù)。例如，假設(shè)系統(tǒng)受到外界干擾進(jìn)入非法程序存儲(chǔ)區(qū)后就可以被軟件陷阱捕捉到，然后強(qiáng)制進(jìn)入下面的自恢復(fù)程序段，轉(zhuǎn)到0000處，重新開(kāi)始執(zhí)行程序：

ERROR：CLREA；關(guān)中斷MOVDPTR，#ERR1；將返回地址壓入堆棧PUSHDPLPUSHDPHRETI；清除高級(jí)中斷申請(qǐng)標(biāo)志ERR1：MOV30H，#0AAH；重建上電標(biāo)志

MOV31H，#44HCLRA；將復(fù)位地址0000H壓入堆棧

PUSHACC PUSHACC RETI；清除低級(jí)中斷申請(qǐng)標(biāo)志11.3單片機(jī)綜合應(yīng)用舉例11.3.1作息時(shí)間控制數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)1．任務(wù)描述作息時(shí)間控制數(shù)字鐘常在學(xué)校中使用。試設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)易數(shù)字時(shí)鐘系統(tǒng)，使其能夠按照已定的作息時(shí)間自動(dòng)完成響鈴等提示動(dòng)作。2．實(shí)現(xiàn)原理分析在單片機(jī)計(jì)時(shí)的過(guò)程中，每一次秒加1時(shí)，都與規(guī)定的作息時(shí)間比較，如比較相等就進(jìn)行電鈴或擴(kuò)音設(shè)備的開(kāi)關(guān)控制，其實(shí)現(xiàn)原理流程如圖11-16所示。圖11-16 時(shí)鐘控制系統(tǒng)原理圖本系統(tǒng)共有4項(xiàng)控制內(nèi)容，即：接通電鈴和斷開(kāi)電鈴以及接通擴(kuò)音設(shè)備和斷開(kāi)擴(kuò)音設(shè)備。由P1口輸出控制碼進(jìn)行控制，其控制口定義為：接通電鈴0FEH斷開(kāi)電鈴0FDH接通擴(kuò)音設(shè)備0FH斷開(kāi)擴(kuò)音設(shè)備0BFH把設(shè)備一次開(kāi)關(guān)的控制碼及預(yù)置時(shí)間結(jié)合在一起，構(gòu)成4個(gè)字節(jié)的存儲(chǔ)字。其中控制設(shè)備開(kāi)關(guān)的控制碼占一個(gè)字節(jié)，預(yù)置時(shí)間的時(shí)、分、秒各占一個(gè)字節(jié)。具體格式為：XXXXXXXX開(kāi)關(guān)設(shè)備控制碼字節(jié)時(shí)字節(jié)分字節(jié)秒字節(jié)假定某校作息時(shí)間如下表所示：08：00～08：50 第一節(jié)課09：00～09：50 第二節(jié)課09：52～10：05 課間操（播放歌曲及廣播操）10：10～11：00 第三節(jié)課11：10～12：00 第四節(jié)課12：00～13：30 午間休息13：30～14：20 第五節(jié)課14：30～15：20 第六節(jié)課15：21～15：50 播放歌曲把存儲(chǔ)字存放在外部RAM50Ｈ開(kāi)始的存儲(chǔ)區(qū)中，如表11-1所示。表11—1作息時(shí)間存儲(chǔ)字存儲(chǔ)單元開(kāi)控制碼時(shí)分秒開(kāi)控制碼時(shí)分秒50H～57H0FEH0800000FDH08001058H～5FH0FEH0850000FDH08501060H～67H0FEH0900000FDH09001068H～6FH0FEH0950000FDH09501070H～77H7EH0952000BFH10050078H～7FH0FEH1010000FDH10101080H～87H0FEH1100000FDH11001088H～8FH0FEH1110000FDH11101090H～97H0FEH1200000FDH12001098H～9FH0FEH1330000FDH1330100A0H～0A7H0FEH1420000FDH1420100A8H～0AFH0FEH1430000FDH1430100B0H～0B7H0FEH1520000FDH1520100B8H～0BFH7EH1521000BFH1550000C0H～0C7H00HXXXXXX

表

11－1中存儲(chǔ)字的存放是按時(shí)間順序。實(shí)際上存儲(chǔ)字的存放順序可以是任意的，這樣就可以通過(guò)增減存儲(chǔ)字隨意修改作息內(nèi)容。設(shè)置控制字00H，表示存儲(chǔ)字結(jié)束

3．

時(shí)鐘計(jì)時(shí)程序（程序略）計(jì)時(shí)程序用于時(shí)鐘計(jì)時(shí)，在本系統(tǒng)中為主程序。此處省略程序而只列出其中使用的時(shí)間單元（內(nèi)部RAM）：20H 時(shí)單元21H 分單元22H 秒單元使用時(shí)，運(yùn)行時(shí)鐘計(jì)時(shí)程序，每進(jìn)行一次秒加1操作時(shí)，都調(diào)用下面的時(shí)間比較子程序，與存儲(chǔ)區(qū)中的預(yù)置時(shí)間進(jìn)行比較，比較時(shí)要用到上述3個(gè)單元。4．時(shí)間比較子程序此程序以計(jì)時(shí)時(shí)間和存儲(chǔ)字中的預(yù)置時(shí)間進(jìn)行比較，如比較相等，則說(shuō)明作息時(shí)間已到，發(fā)出開(kāi)關(guān)控制碼，控制電鈴或擴(kuò)音設(shè)備的開(kāi)或斷；否則子程序返回。本程序使用的工作單元都在內(nèi)部RAM中，具體如下：50H ——存儲(chǔ)區(qū)首地址R0

——存儲(chǔ)區(qū)地址指針2EH ——存儲(chǔ)區(qū)地址指針暫存單元6AH ——存開(kāi)關(guān)控制碼6BH～6DH——依次存放存儲(chǔ)字的秒值、分值和小時(shí)值

LOOP1：MOV R0，#4H；存儲(chǔ)字存儲(chǔ)區(qū)首地址減4

MOV 2EH，R0；送暫存單元LOOP2：MOV R0，2EHMOV R3，＃04H

MOV R1，＃23HLOOP3:INC R0 ；地址指針加4，得開(kāi)關(guān)控

制碼地址DJNZ R2，LOOP3MOV 2EH，R0 ；暫存開(kāi)關(guān)控制碼地址

MOV R3，＃03HMOVX A，＠R0；讀取控制碼

JZ A，LOOP5 ；控制碼為“0”則返回

MOV 6AH，A ；存控制碼LOOP4：INC R0 ；地址指針增量

DEC R1 ；計(jì)時(shí)單元地址減量

MOVX

A，＠R0 ；讀取作息時(shí)間

MOV 6BH，A ；存作息時(shí)間

MOV A，＠R1 ；讀取計(jì)時(shí)時(shí)間CJNE A，6BH，LOOP2 ；計(jì)時(shí)時(shí)間與作息時(shí)間比較

不等則轉(zhuǎn)，繼續(xù)讀下面的控制碼DJNZ R3，LOOP4 ；共讀取3次MOV A，6AH ；開(kāi)關(guān)控制碼送ACPL A ；取反MOV P1，A ；開(kāi)關(guān)控制碼輸出LOOP5： RET；返回

11.3.2交通信號(hào)燈自動(dòng)控制系統(tǒng)1．任務(wù)要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)如圖11-17所示的十字路口交通信號(hào)自動(dòng)控制模擬指示系統(tǒng)。設(shè)該路口由A、B兩條通行干道相交而成，四個(gè)路口各設(shè)二組分別指示直行和左轉(zhuǎn)的紅、黃、綠三色信號(hào)燈，用兩位數(shù)碼管作定時(shí)顯示。這個(gè)題目是2002年山東省大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽基礎(chǔ)部分題目之一。2．系統(tǒng)功能分析（1）以秒為計(jì)時(shí)單位，兩位數(shù)碼管以十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)形式作定時(shí)顯示，在遞減計(jì)數(shù)回零瞬間完成換燈操作。（2）通過(guò)鍵盤(pán)或數(shù)碼撥盤(pán)能對(duì)指示A、B兩條干道直行和左轉(zhuǎn)的紅、黃、綠三色信號(hào)燈所亮?xí)r間在0～99秒內(nèi)任意設(shè)定。（3）在通行干道中，兩位數(shù)碼管按順序分別顯示直行綠燈、黃燈和左轉(zhuǎn)綠燈、黃燈所亮?xí)r