片機(jī)原理及其接口技術(shù)

1、第7章 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主要內(nèi)容： 從總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)、可靠性設(shè)計(jì)、系統(tǒng)調(diào)試與測(cè)試等幾個(gè)方面介紹了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的方法及基本過(guò)程，并給出了典型設(shè)計(jì)實(shí)例，同時(shí)還簡(jiǎn)單介紹了C51編程方法和Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。重點(diǎn)在于單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法與實(shí)際應(yīng)用，難點(diǎn)在于將單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的方法應(yīng)用于實(shí)際工程中，設(shè)計(jì)出最優(yōu)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.1 概述 由于單片機(jī)具有體積小、功耗低、功能強(qiáng)、可靠性高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)、簡(jiǎn)單易學(xué)、使用方便靈巧、易于維護(hù)和操作、性能價(jià)格比高、易于推廣應(yīng)用、可實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信等技術(shù)特點(diǎn)。因此，單片機(jī)在自動(dòng)化裝置、智能儀表、家用電器，

2、乃至數(shù)據(jù)采集、工業(yè)控制、計(jì)算機(jī)通信、汽車(chē)電子、機(jī)器人等領(lǐng)域得到了日益廣泛的應(yīng)用。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)考慮其主要技術(shù)性能（速度 精度 功耗 可靠性 驅(qū)動(dòng)能力等），還應(yīng)當(dāng)考慮功能需求，應(yīng)用需求，開(kāi)發(fā)條件，市場(chǎng)情況，可靠性需求，成本需求，盡量以軟件代替硬件等。下頁(yè)圖描述了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的一般過(guò)程。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.2 MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) 7.2.1 總體設(shè)計(jì)1明確設(shè)計(jì)任務(wù) 認(rèn)真進(jìn)行目標(biāo)分析，根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合、工作環(huán)境、具體用途，考慮系統(tǒng)的可靠性、通用性、可維護(hù)性、先進(jìn)性，以及成本等，提出合理的、詳盡的功能技術(shù)指標(biāo)。 2器件選擇（1）單片機(jī)選擇 主要從性能指

3、標(biāo)如字長(zhǎng)、主頻、尋址能力、指令系統(tǒng)、內(nèi)部寄存器狀況、存儲(chǔ)器容量、有無(wú)A/D、D/A通道、功耗、價(jià)能比等方面進(jìn)行選擇。對(duì)于一般的測(cè)控系統(tǒng)，選擇8位機(jī)即能滿足要求。片機(jī)原理及其接口技術(shù)（2）外圍器件的選擇 外圍器件應(yīng)符合系統(tǒng)的精度、速度和可靠性、功耗、抗干擾等方面的要求。應(yīng)考慮功耗、電壓、溫度、價(jià)格、封裝形式等其他方面的指標(biāo)，應(yīng)盡可能選擇標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、功能強(qiáng)、集成度高的典型電路。3總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)就是根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)、指標(biāo)要求和給定條件，設(shè)計(jì)出符合現(xiàn)場(chǎng)條件的軟、硬件方案。并進(jìn)行方案優(yōu)化。應(yīng)劃分硬件、軟件任務(wù)，畫(huà)出系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。要合理分配系統(tǒng)內(nèi)部的硬件、軟件資源。包括以下幾個(gè)方面： （1）從系統(tǒng)功能

4、需求出發(fā)設(shè)計(jì)功能模塊。包括顯示器、鍵盤(pán)、數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)、通信、控制、驅(qū)動(dòng)、供電方式等 （2）從系統(tǒng)應(yīng)用需求分配元器件資源。包括定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷系統(tǒng)、串行口、I/O接口、A/D、D/A、信號(hào)調(diào)理、時(shí)鐘發(fā)生器等。 （3）從開(kāi)發(fā)條件與市場(chǎng)情況出發(fā)選擇元器件。包括仿真器、編程器、元器件、語(yǔ)言、程序設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)易等。 （4）從系統(tǒng)可靠性需求確定系統(tǒng)設(shè)計(jì)工藝。包括去耦、光隔、屏蔽、印制板、低功耗、散熱、傳輸距離/速度、節(jié)電方式、掉電保護(hù)、軟件措施等。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.2.2 硬件設(shè)計(jì) 由總體設(shè)計(jì)所給出的硬件框圖所規(guī)定的硬件功能，在確定單片機(jī)類(lèi)型的基礎(chǔ)上進(jìn)行硬件設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)。進(jìn)行必要的工藝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，制作

5、出印刷電路板，組裝后即完成了硬件設(shè)計(jì)。 一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)包含系統(tǒng)擴(kuò)展和系統(tǒng)的配置（按照系統(tǒng)功能要求配置外圍設(shè)備）兩部分。1硬件電路設(shè)計(jì)的一般原則 （1）采用新技術(shù)，注意通用性，選擇典型電路。 （2）向片上系統(tǒng)（SOC）方向發(fā)展。擴(kuò)展接口盡可能采用PSD等器件。 （3）注重標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化。 （4）滿足應(yīng)用系統(tǒng)的功能要求，并留有適當(dāng)余地，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 （5）工藝設(shè)計(jì)時(shí)要考慮安裝、調(diào)試、維修的方便。片機(jī)原理及其接口技術(shù)2硬件電路各模塊設(shè)計(jì)的原則 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般結(jié)構(gòu) 如下圖所示。各模塊電路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面： （1）存儲(chǔ)器擴(kuò)展：類(lèi)型、容量、速度和接口，盡量減少芯片的數(shù)量。

6、 （2）I/O接口的擴(kuò)展：體積、價(jià)格、負(fù)載能力、功能，合適的地址譯碼方法。片機(jī)原理及其接口技術(shù) （3）輸入通道的設(shè)計(jì)：開(kāi)關(guān)量（接口形式、電壓等級(jí)、隔離方式、擴(kuò)展接口等），模擬輸入通道（信號(hào)檢測(cè)、信號(hào)傳輸、隔離、信號(hào)處理、 A/D、擴(kuò)展接口、速度、精度和價(jià)格等）。 （4）輸出通道的設(shè)計(jì)：開(kāi)關(guān)量（功率、控制方式等），模擬量輸出通道（輸出信號(hào)的形式、 D/A 、隔離方式、擴(kuò)展接口等） （5）人機(jī)界面的設(shè)計(jì)：鍵盤(pán)、開(kāi)關(guān)、撥碼盤(pán)、啟/停操作、復(fù)位、顯示器、打印、指示、報(bào)警、擴(kuò)展接口等。 （6）通信電路的設(shè)計(jì)：根據(jù)需要選擇RS-232C、RS-485、紅外收發(fā)等通信標(biāo)準(zhǔn)。 （7）印刷電路板的設(shè)計(jì)與制作：專(zhuān)

7、業(yè)設(shè)計(jì)軟件（ Protel，OrCAD等）、設(shè)計(jì)、專(zhuān)業(yè)化制作廠家、安裝元件、調(diào)試等。片機(jī)原理及其接口技術(shù) （8）負(fù)載容限：總線驅(qū)動(dòng)。 （9）信號(hào)邏輯電平兼容性：電平兼容和轉(zhuǎn)換。 （10）電源系統(tǒng)的配置：電源的組數(shù)、輸出功率、抗干擾。 （11）抗干擾的實(shí)施：芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。 7.2.3 軟件設(shè)計(jì) 軟件設(shè)計(jì)流程圖如右圖所示?？煞譃橐韵聨讉€(gè)方面。片機(jī)原理及其接口技術(shù)1總體規(guī)劃 結(jié)合硬件結(jié)構(gòu)，明確軟件任務(wù)，確定具體實(shí)施的方法，合理分配資源。定義輸入/輸出、確定信息交換的方式（數(shù)據(jù)速率、數(shù)據(jù)格式、校驗(yàn)方法、狀態(tài)信號(hào)等）、時(shí)間要求，檢查與糾正錯(cuò)誤。2程序設(shè)計(jì)技術(shù) 軟件

8、結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化，各功能程序?qū)嵭心K化、子程序化。一般有以下兩種設(shè)計(jì)方法： （1）模塊程序設(shè)計(jì)：優(yōu)點(diǎn)是單個(gè)功能明確的程序模塊的設(shè)計(jì)和調(diào)試比較方便，容易完成，一個(gè)模塊可以為多個(gè)程序所共享。其缺點(diǎn)是各個(gè)模塊的連接有時(shí)有一定難度。 （2）自頂向下的程序設(shè)計(jì)：優(yōu)點(diǎn)是比較符合于人們的日常思維，設(shè)計(jì)、調(diào)試和連接同時(shí)按一個(gè)線索進(jìn)行，程序錯(cuò)誤可以較早的發(fā)現(xiàn)。缺點(diǎn)是上一級(jí)的程序錯(cuò)誤將對(duì)整個(gè)程序產(chǎn)生影響，一處修改可能引起對(duì)整個(gè)程序的全面修改。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3程序設(shè)計(jì) （1）建立數(shù)學(xué)模型：描述出各輸入變量和各輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系。 （2）繪制程序流程圖：以簡(jiǎn)明直觀的方式對(duì)任務(wù)進(jìn)行描述。 （3）程序的編制：選擇

9、語(yǔ)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、控制算法、存儲(chǔ)空間分配，系統(tǒng)硬件資源的合理分配與使用，子程序的入/出口參數(shù)的設(shè)置與傳遞。 4軟件裝配 各程序模塊編輯之后，需進(jìn)行匯編或編譯、調(diào)試，當(dāng)滿足設(shè)計(jì)要求后，將各程序模塊按照軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的要求連接起來(lái)，即為軟件裝配。在軟件裝配時(shí)，應(yīng)注意軟件接口。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.2.4 可靠性設(shè)計(jì) 可靠性：通常是指在規(guī)定的條件（環(huán)境條件如溫度、濕度、振動(dòng)，供電條件等）下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)（平均無(wú)故障時(shí)間）完成規(guī)定功能的能力。 提高單片機(jī)本身的可靠性措施：降低外時(shí)鐘頻率，采用時(shí)鐘監(jiān)測(cè)電路與看門(mén)狗技術(shù)、低電壓復(fù)位、EFT抗干擾技術(shù)、指令設(shè)計(jì)上的軟件抗干擾等幾方面。 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的主要干擾渠

10、道：空間干擾、過(guò)程通道干擾、供電系統(tǒng)干擾。應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，應(yīng)重點(diǎn)防止供電系統(tǒng)與過(guò)程通道的干擾。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)1供電系統(tǒng)干擾與抑制 干擾源：電源及輸電線路的內(nèi)阻、分布電容和電感等。 抗干擾措施：采用交流穩(wěn)壓器、電源低通濾波器、帶屏蔽層的隔離變壓器、獨(dú)立的（或?qū)I(yè)的）直流穩(wěn)壓模塊，交流引線應(yīng)盡量短，主要集成芯片的電源采用去耦電路，增大輸入/輸出濾波電容等措施 。 2過(guò)程通道的干擾與抑制 干擾源：長(zhǎng)線傳輸。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，從現(xiàn)場(chǎng)信號(hào)輸出的開(kāi)關(guān)信號(hào)或從傳感器輸出的微弱模擬信號(hào)，經(jīng)傳輸線送入單片機(jī)，信號(hào)在傳輸線上傳輸時(shí)，會(huì)產(chǎn)生延時(shí)、畸變、衰減及通道干擾。 抗干擾措施：

11、（1）采用隔離技術(shù)：光電隔離、變壓器隔離、繼電器隔離和布線隔離等。典型的信號(hào)隔離是光電隔離。其優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過(guò)程通道上的信噪比大大提高。片機(jī)原理及其接口技術(shù) （2）采用屏蔽措施：金屬盒罩、金屬網(wǎng)狀屏蔽線。但金屬屏蔽本身必須接真正的地（保護(hù)地）。 （3）采用雙絞線傳輸：雙絞線能使各個(gè)小環(huán)路的電磁感應(yīng)干抗相互抵消。其特點(diǎn)是波阻抗高、抗共模噪聲能力強(qiáng)，但頻帶較差。 （4）采用長(zhǎng)線傳輸?shù)淖杩蛊ヅ洌河兴姆N形式，如下圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù) 終端并聯(lián)阻抗匹配：如上頁(yè)圖（a）所示， RP= R1/R2 ，其特點(diǎn)是終端阻值低，降低了高電平的抗干擾能力。 始端串聯(lián)匹配：如上

12、頁(yè)圖（b）所示，匹配電阻R的取值為RP與A門(mén)輸出低電平的輸出阻抗ROUT（約20）之差值，其特點(diǎn)是終端的低電平抬高，降低了低電平的抗干擾能力。 終端并聯(lián)隔直流匹配：如圖上頁(yè)（c）所示，R=Rp，其特點(diǎn)是增加了對(duì)高電平的抗干擾能力。 終端接鉗位二極管匹配：如圖上頁(yè)（d）所示，利用二極管D把B門(mén)輸入端低電平鉗位在0.3V以下。其特點(diǎn)是減少波的反射和振蕩，提高動(dòng)態(tài)抗干擾能力。注意：長(zhǎng)線傳輸時(shí)，用電流傳輸代替電壓傳輸，可獲得較好的抗干擾能力。片機(jī)原理及其接口技術(shù)3其他硬件抗干擾措施 （1）對(duì)信號(hào)整形 可采用斯密特電路整形。 （2）組件空閑輸入端的處理 組件空閑輸入端的處理方法如下圖所示。其中，圖（a）

13、所示的方法最簡(jiǎn)單，但增加了前級(jí)門(mén)的負(fù)擔(dān)。圖（b）所示的方法適用于慢速、多干擾的場(chǎng)合。圖（c）利用印刷電路板上多余的反相器，讓其輸入端接地，使其輸出去控制工作門(mén)不用的輸入端。片機(jī)原理及其接口技術(shù) （3）機(jī)械觸點(diǎn)，接觸器、可控硅的噪聲抑制 開(kāi)關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)等在操作時(shí)應(yīng)采取去抖處理。 在輸入/輸出通道中使用接觸器、繼電器時(shí)，應(yīng)在線圈兩端并接噪聲抑制器，繼電器線圈處要加裝放電二極管。 可控硅兩端并接RC抑制電路，可減小可控硅產(chǎn)生的噪聲。 （4）印刷電路板（PCB）設(shè)計(jì)中的抗干擾問(wèn)題 合理選擇PCB板的層數(shù)，大小要適中，布局、分區(qū)應(yīng)合理，把相互有關(guān)的元件盡量放得靠近一些。印刷導(dǎo)線的布設(shè)應(yīng)盡量短而寬

14、，盡量減少回路環(huán)的面積，以降低感應(yīng)噪聲。導(dǎo)線的布局應(yīng)當(dāng)是均勻的、分開(kāi)的平行直線，以得到一條具有均勻波阻抗的傳輸通路。應(yīng)盡可能地減少過(guò)孔的數(shù)量。在PCB板的各個(gè)關(guān)鍵部位應(yīng)配置去耦電容。要將強(qiáng)、弱電路嚴(yán)格分開(kāi)，盡量不要把它們?cè)O(shè)計(jì)在一塊印刷電路板上。電源線的走向應(yīng)盡量與數(shù)據(jù)傳遞方向一致，電源線、地線應(yīng)盡量加粗，以減小阻抗。片機(jī)原理及其接口技術(shù)（5）地線設(shè)計(jì) 地線結(jié)構(gòu)大致有保護(hù)地、系統(tǒng)地、機(jī)殼地（屏蔽地）、數(shù)字地、模擬地等。 在設(shè)計(jì)時(shí)，數(shù)字地和模擬地要分開(kāi)，分別與電源端地線相連；屏蔽線根據(jù)工作頻率可采用單點(diǎn)接地或多點(diǎn)接地；保護(hù)地的接地是指接大地。不能把接地線與動(dòng)力線的零線混淆。 此外，應(yīng)提高元器件的可

15、靠性，注意各電路之間的電平匹配，總線驅(qū)動(dòng)能力要符合要求，單片機(jī)的空閑端要接地或接電源，或者定義成輸出。室外使用的單片機(jī)系統(tǒng)或從室外架空引入室內(nèi)的電源線、信號(hào)線，要防止雷擊，常用的防雷擊器件有：氣體放電管，TVS（瞬態(tài)電壓抑制器）等。片機(jī)原理及其接口技術(shù)4軟件的抗干擾設(shè)計(jì) 常用的軟件抗干擾技術(shù)有軟件陷阱、時(shí)間冗余、指令冗余、空間冗余、容錯(cuò)技術(shù)、設(shè)置特征標(biāo)志和軟件數(shù)字濾波等 （1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件抗干擾 采用軟件數(shù)字濾波。常用的方法有以下幾種： 算術(shù)平均值法：對(duì)一點(diǎn)數(shù)據(jù)連續(xù)采樣多次（可取35次），以平均值作為該點(diǎn)的采樣結(jié)果。這種方法可以減少系統(tǒng)的隨機(jī)干擾對(duì)采集結(jié)果的影響。 比較舍取法：對(duì)每個(gè)

16、采樣點(diǎn)連續(xù)采樣幾次，根據(jù)所采樣數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，確定取舍辦法來(lái)剔除偏差數(shù)據(jù)。例如，“采三取二”，即對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采樣三次，取兩次相同數(shù)據(jù)作為采樣結(jié)果。 中值法：對(duì)一個(gè)采樣點(diǎn)連續(xù)采集多個(gè)信號(hào)，并對(duì)這些采樣值進(jìn)行比較，取中值作為該點(diǎn)的采樣結(jié)果。 片機(jī)原理及其接口技術(shù) 一階遞推數(shù)字濾波法：利用軟件完成RC低通濾波器的算法。 其公式為：Yn=QXn+（1Q）Yn1 其中：Q 數(shù)字濾波器時(shí)間常數(shù)； Xn第n次采樣時(shí)的濾波器的輸入； Yn1第n1次采樣時(shí)的濾波器的輸出。 Yn第n次采樣時(shí)的濾波器的輸出。 注意：選取何種方法必須根據(jù)信號(hào)的變化規(guī)律予以確定。（2）開(kāi)關(guān)量控制系統(tǒng)的軟件抗干擾 可采取軟件冗余、設(shè)

17、置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存單元、設(shè)置自檢程序等軟件抗干擾措施。片機(jī)原理及其接口技術(shù)5程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策 程序運(yùn)行失常：當(dāng)系統(tǒng)受到干擾侵害，致使程序計(jì)數(shù)器PC值改變，造成程序的無(wú)序運(yùn)行，甚至進(jìn)入死循環(huán)。 程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策：發(fā)現(xiàn)失常狀態(tài)后，及時(shí)引導(dǎo)系統(tǒng)恢復(fù)原始狀態(tài)。可采用以下方法： （1）程序監(jiān)視定時(shí)器（Watchdag，WDT）技術(shù) 程序監(jiān)視定時(shí)器（也稱(chēng)為“看門(mén)狗” ）的作用：通過(guò)不斷監(jiān)視程序每周期的運(yùn)行事件是否超過(guò)正常狀態(tài)下所需要的時(shí)間，從而判斷程序是否進(jìn)入了“死循環(huán)”，并對(duì)進(jìn)入“死循環(huán)”的程序作出系統(tǒng)復(fù)位處理。 “看門(mén)狗”技術(shù)：可由硬件、軟件或軟硬結(jié)合實(shí)現(xiàn)。 硬件“看門(mén)狗”可以很好地解決主

18、程序陷入死循環(huán)的故障，但是，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)出現(xiàn)中斷關(guān)閉故障使系統(tǒng)無(wú)法定時(shí)“喂狗”，無(wú)法探測(cè)到這種故障，硬件“看門(mén)狗”電路失效。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)表2-5 工作寄存器組選擇控制表 軟件“看門(mén)狗” 可以保證對(duì)中斷關(guān)閉故障的發(fā)現(xiàn)和處理，但若單片機(jī)的死循環(huán)發(fā)生在某個(gè)高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)程序中，軟件“看門(mén)狗”也無(wú)法完成其作用。 利用軟硬結(jié)合的“看門(mén)狗”組合可以克服單一“看門(mén)狗”功能的缺陷，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)故障的全方位監(jiān)控。 （2）設(shè)置軟件陷阱 軟件陷阱：指將捕獲的“跑飛”程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。 設(shè)置方法： 在EPROM中，非程序區(qū)設(shè)置軟件陷阱，軟件陷阱一般1KB空間有23個(gè)就可以進(jìn)行有效攔

19、截。指令如下： NOP NOP LJMP 0000H 片機(jī)原理及其接口技術(shù) 在未使用的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時(shí)捕獲錯(cuò)誤的中斷。指令如下： NOP NOP RETI（3）指令冗余技術(shù)指令冗余：在程序的關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫(xiě)，稱(chēng)為指令冗余。作用：可將“跑飛”程序納入正軌。 設(shè)置方法：通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的NOP。這樣即使程序“跑飛”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(dāng)做操作數(shù)執(zhí)行，程序自動(dòng)納入正軌。此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令（如RET，RETI，LCALL，LJMP，JC等指令）之前也可插入兩條NO

20、P指令，確保這些重要指令的執(zhí)行。 片機(jī)原理及其接口技術(shù) 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件制作完成后，必須反復(fù)進(jìn)行調(diào)試、修改，直至完全正常工作，經(jīng)過(guò)測(cè)試，功能完全符合系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)才算完成。 1硬件調(diào)試 （1）靜態(tài)檢查 根據(jù)硬件電路圖核對(duì)元器件的型號(hào)、極性、安裝是否正確，檢查硬件電路連線是否與電路圖一致，有無(wú)短路、虛焊等現(xiàn)象。 （2）通電檢查 通電檢查時(shí)，可以模擬各種輸入信號(hào)分別送入電路的各有關(guān)部分，觀察I/O口的動(dòng)作情況，查看電路板上有無(wú)元件過(guò)熱、冒煙、異味等現(xiàn)象，各相關(guān)設(shè)備的動(dòng)作是否符合要求，整個(gè)系統(tǒng)的功能是否符合要求。7.2.5 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試、測(cè)試 片機(jī)原理及其接口技術(shù)2軟

21、件調(diào)試 程序模塊編寫(xiě)完成后，通過(guò)匯編或編譯后，在開(kāi)發(fā)系統(tǒng)上進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí)應(yīng)先分別調(diào)試各模塊子程序，調(diào)試通過(guò)后，再調(diào)試中斷服務(wù)子程序，最后調(diào)試主程序，并將各部分進(jìn)行聯(lián)調(diào)。3系統(tǒng)調(diào)試 當(dāng)硬件和軟件調(diào)試完成之后，就可以進(jìn)行全系統(tǒng)軟、硬件調(diào)試，對(duì)于有電氣控制負(fù)載的系統(tǒng)，應(yīng)先試驗(yàn)空載，空載正常后再試驗(yàn)負(fù)載情況。系統(tǒng)調(diào)試的任務(wù)是排除軟、硬件中的殘留錯(cuò)誤，使整個(gè)系統(tǒng)能夠完成預(yù)定的工作任務(wù)，達(dá)到要求的性能指標(biāo)。4程序固化 系統(tǒng)調(diào)試成功之后，就可以將程序通過(guò)專(zhuān)用程序固化器固化到ROM中。片機(jī)原理及其接口技術(shù)5脫機(jī)運(yùn)行調(diào)試 將固化好程序的ROM插回到應(yīng)用系統(tǒng)電路板的相應(yīng)位置，即可脫機(jī)運(yùn)行。系統(tǒng)試運(yùn)行要連續(xù)運(yùn)行相

22、當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間（也稱(chēng)為考機(jī)），以考驗(yàn)其穩(wěn)定性。并要進(jìn)一步進(jìn)行修改和完善處理。6測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性 單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成時(shí)，一般需進(jìn)行單片機(jī)軟件功能的測(cè)試，上電、掉電測(cè)試，老化測(cè)試，靜電放電（ElectroStatic Discharge，ESD）抗擾度和電快進(jìn)瞬變脈沖群（Electrical Fast Transient，EFT）抗擾度等測(cè)試?？梢允褂酶鞣N干擾模擬器來(lái)測(cè)試單片機(jī)系統(tǒng)的可靠性，還可以模擬人為使用中可能發(fā)生的破壞情況。 經(jīng)過(guò)調(diào)試、測(cè)試后，若系統(tǒng)完全正常工作，功能完全符合系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，則一個(gè)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的研制過(guò)程全部結(jié)束。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.3 C51編程簡(jiǎn)介 MCS-51

23、的編程語(yǔ)言常用的有兩種，一種是匯編語(yǔ)言，一種是C語(yǔ)言（C51）。 匯編語(yǔ)言的特點(diǎn)：機(jī)器代碼生成效率很高，可讀性差，編程難度大。 C51的特點(diǎn)：C語(yǔ)言程序本身不依賴(lài)于機(jī)器硬件系統(tǒng)，基本上不作修改就可將程序從不同的單片機(jī)中移植過(guò)來(lái)。 C51提供了很多數(shù)學(xué)函數(shù)并支持浮點(diǎn)運(yùn)算，開(kāi)發(fā)效率高，程序的可讀性和可維護(hù)性較好。而且C51還可以嵌入?yún)R編語(yǔ)言來(lái)解決高時(shí)效性的代碼編寫(xiě)問(wèn)題。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.3.1 MCS-51單片機(jī)C51語(yǔ)言簡(jiǎn)介1. C51的優(yōu)點(diǎn) C51與ASM-51（匯編語(yǔ)言）相比，有如下優(yōu)點(diǎn)： 對(duì)單片機(jī)的指令系統(tǒng)、硬件不要求了解，僅要求對(duì)MCS-51的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)有初步了解，就能夠編程。 程

24、序有規(guī)范的結(jié)構(gòu)，易于結(jié)構(gòu)化、模塊化和移植，已編好的程序可以很容易地植入新程序。 寄存器分配、存儲(chǔ)器的尋址及數(shù)據(jù)類(lèi)型，中斷服務(wù)程序的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)，中斷向量表的填寫(xiě)都由C51編譯器處理。 提供豐富的庫(kù)函數(shù)供用戶(hù)直接調(diào)用，不同函數(shù)的數(shù)據(jù)實(shí)行覆蓋，有效地利用了片上有限的RAM空間。具有較強(qiáng)的數(shù)據(jù)處理能力。片機(jī)原理及其接口技術(shù) C51提供了復(fù)雜的數(shù)據(jù)類(lèi)型（數(shù)組、結(jié)構(gòu)、聯(lián)合、枚舉、指針等），極大地增強(qiáng)了程序處理能力和靈活性；提供auto，extern，static，const等存儲(chǔ)類(lèi)型和專(zhuān)門(mén)針對(duì)MCS-51單片機(jī)的data，bdata，idata，pdata，xdata，code等存儲(chǔ)類(lèi)型，自動(dòng)為變量合

25、理地分配地址；提供small，compact，large等編譯模式，以適應(yīng)片上存儲(chǔ)器的大??；完整的編譯控制指令為程序調(diào)試提供必要的符號(hào)信息。 頭文件中允許定義宏、說(shuō)明復(fù)雜數(shù)據(jù)類(lèi)型和函數(shù)原型，有利于程序的移植和支持單片機(jī)的系列化產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)。 可方便地接受多種實(shí)用程序的服務(wù)，有專(zhuān)門(mén)的實(shí)用程序自動(dòng)生成；有實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可調(diào)度多道任務(wù)，簡(jiǎn)化用戶(hù)編程，提高運(yùn)行的安全性等。 2. 單片機(jī)C51語(yǔ)言與C語(yǔ)言的異同 單片機(jī)的C51是繼承了標(biāo)準(zhǔn)C的絕大部分的特性，基本語(yǔ)法相同，但其本身在特定的硬件結(jié)構(gòu)上又有所擴(kuò)展（如專(zhuān)門(mén)針對(duì)MCS-51單片機(jī)的存儲(chǔ)類(lèi)型等 ），需要在C51的實(shí)際編程應(yīng)用過(guò)程中逐步體會(huì)。片機(jī)

26、原理及其接口技術(shù)7.3.2 C51的基本語(yǔ)法 1. C51的程序結(jié)構(gòu) 與一般C語(yǔ)言的結(jié)構(gòu)相同，以main（）函數(shù)為程序入口，程序體中包含若干語(yǔ)句，還可以包含若干函數(shù)。2. C51的數(shù)據(jù)類(lèi)型 常用的數(shù)據(jù)類(lèi)型有：位型（bit，1位）、字符型（char，1字節(jié)）、整型（int，2字節(jié)）、長(zhǎng)整型（long int，4字節(jié)）、浮點(diǎn)型（float，4字節(jié)）、數(shù)組型、指針型等。3. C51數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類(lèi)型 C51數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)類(lèi)型如下表所示。 片機(jī)原理及其接口技術(shù) 4. C51包含的頭文件 C51包含的頭文件通常有reg51.h，math.h，ctype.h，stdio.h，stdlib.h，absacc.h。其

27、中，常用的有reg51.h（定義特殊功能寄存器和位寄存器）和math.h（定義常用數(shù)學(xué)運(yùn)算）。 5.C51的運(yùn)算符 C51的運(yùn)算符與C語(yǔ)言基本相同：+（加）、-（減）、*（乘）、/（除）、（大于）、=（大于等于）、（小于）、（位右移）、（位左移）、&（按位與）、|（按位或）、（按位異或）、（按位取反）。 6.C51的基本語(yǔ)句 C51的基本語(yǔ)句與標(biāo)準(zhǔn)C語(yǔ)言基本相同：if（選擇語(yǔ)句）、switch/case（多分支選擇語(yǔ)句）、while（循環(huán)語(yǔ)句）、for（循環(huán)語(yǔ)句）、do-while（循環(huán)語(yǔ)句）等。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.3.3 C51編譯器 Franklin C51交叉編譯器是專(zhuān)為80C51系

28、列單片機(jī)設(shè)計(jì)的一種高效的C語(yǔ)言編譯器，使用它可以縮短開(kāi)發(fā)周期，降低開(kāi)發(fā)成本，而且開(kāi)發(fā)出的系統(tǒng)易于維護(hù)，可靠性高，可移植性好，代碼的使用效率高。 1. C51語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)的基本技巧 （1）采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計(jì) （2）采用模塊化程序設(shè)計(jì)，分別指定個(gè)功能模塊相應(yīng)的入口參數(shù)和出口參數(shù)，而經(jīng)常使用的一些程序最好編成函數(shù)。 （3）充分利用C51語(yǔ)言的預(yù)處理命令。 （4）采用宏定義“define”（或集中起來(lái)）將一些常用的常數(shù)、各種特殊功能寄存器或程序中一些重要的、依據(jù)外界條件可變的常量放在一個(gè)頭文件中進(jìn)行定義，然后采用文件包含命令“#include”將其加入到程序中去，便于修改，有利于文件的維護(hù)和更新。片機(jī)

29、原理及其接口技術(shù)2. C51語(yǔ)言與匯編語(yǔ)言程序的混合編程 有時(shí)為了編程直觀或某些特殊地址的處理， C51程序中還須采用一些匯編語(yǔ)言編程。而在另一些場(chǎng)合，出于某種目的，匯編語(yǔ)言也可調(diào)用C語(yǔ)言。在這種混合編程中，關(guān)鍵是參數(shù)的傳遞和函數(shù)的返回值。它們必須有完整的約定，否則數(shù)據(jù)的交換就可能出錯(cuò)。3. C51中斷處理過(guò)程 C51編譯器支持在C源程序中直接開(kāi)發(fā)中斷，中斷服務(wù)函數(shù)的完整語(yǔ)法如下： void函數(shù)名（void）模式 再入interrupt n using r 其中：n（031）-代表中斷號(hào)； r（03）-代表第r組寄存器； 再入-說(shuō)明中斷處理函數(shù)有無(wú)“再入”能力。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.3.4

30、Keil C51開(kāi)發(fā)系統(tǒng)簡(jiǎn)介1. 系統(tǒng)概述 Keil C51是美國(guó)Keil Software公司出品的51系列兼容單片機(jī)C語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)。其特點(diǎn)是提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面；生成的目標(biāo)代碼效率非常高，多數(shù)語(yǔ)句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開(kāi)發(fā)大型軟件時(shí)更能體現(xiàn)高級(jí)語(yǔ)言的優(yōu)勢(shì)。2. Keil C51單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的功能 Keil C51單片機(jī)軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真等整個(gè)開(kāi)發(fā)流程。開(kāi)發(fā)人員可用集成開(kāi)發(fā)環(huán)境IDE本身或其他編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及A51編譯器編譯生成目標(biāo)文件（.OBJ）。目標(biāo)文件可由L51

31、創(chuàng)建生成庫(kù)文件，也可以與庫(kù)文件一起，經(jīng)L51連接定位，生成絕對(duì)目標(biāo)文件（.ABS）。片機(jī)原理及其接口技術(shù) Keil C51工具包各部分功能如下： （1）C51是C語(yǔ)言編譯器，其使用方法為： C51 sourcefile 編譯控制指令 或者 C51 commandfile其中：sourcefile-C源文件（.C）。大量的編譯控制指令完成C51編譯器的全部功能。包括C51輸出文件C.LST，.OBJ，.I和.SRC文件及源文件（.C）的控制等。 Commandfile-一個(gè)連接控制文件，其內(nèi)容包括：.C源文件及各編譯控制指令，它沒(méi)有固定的名字，開(kāi)發(fā)人員可根據(jù)自己的習(xí)慣指定，它適用于控制指令較多的

32、場(chǎng)合。 （2）A51是匯編語(yǔ)言編譯器，使用方法為： A51 sourcefile 編譯控制指令 或者 A51 commandfile其中：sourcefile-匯編源文件（.asm或.a51），而編譯控制指令的使用與其他匯編（如ASM）語(yǔ)言類(lèi)似。 Commandfile-C51中的Commandfile類(lèi)似，它使A51的使用和修改比較方便。片機(jī)原理及其接口技術(shù)（3）L51是Keil C51軟件包提供的連接器/定位器，其功能是將編譯生成的.OBJ文件與庫(kù)文件連接定位，生成絕對(duì)目標(biāo)文件（.ABS），其使用方法為： L51 目標(biāo)文件列表 庫(kù)文件列表 to outputfile 連接控制指令 或者 L

33、51 Commandfile 源程序的多個(gè)模塊分別經(jīng)C51與A51編譯后生成多個(gè).OBJ文件，連接時(shí)，這些文件全列于目標(biāo)文件列表中，作為輸入文件，如果還需與庫(kù)文件（.LIB）相連接，則庫(kù)文件也必須列在其后。 其中：outputfile-輸出文件名，默認(rèn)為第一模塊名，后綴為.ABS。連接控制指令提供了連接定位時(shí)的所有控制功能。 Commandfile-連接控制文件，其具體內(nèi)容包括了目標(biāo)文件列表、庫(kù)文件列表及輸出文件、連接控制命令。第2種方法簡(jiǎn)單，在設(shè)計(jì)時(shí)較多見(jiàn)。 （4）BL51也是C51軟件包的代碼連接器/定位器，除具有L51的所有功能外，它還可以連接定位大于64KB的程序，具有代碼域及域切換功

34、能，可用于RTX51操作系統(tǒng)等功能。片機(jī)原理及其接口技術(shù)（5）RTX51是一個(gè)實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，可以不用main（）函數(shù)，是單片機(jī)系統(tǒng)軟件向RTOS發(fā)展是一種趨勢(shì)。（6）dScope51是一個(gè)源級(jí)調(diào)試器和模擬器，它可以調(diào)試由C51編譯器、A51匯編器、PL/M-51編譯器及ASM51匯編器產(chǎn)生的程序。它不需目標(biāo)板，只能進(jìn)行軟件模擬，但其功能強(qiáng)大，可模擬CPU及其外圍器件，能對(duì)嵌入式軟件功能進(jìn)行有效測(cè)試。（7）Initfile為一個(gè)初始化文件，它在啟動(dòng)dScope51后，在debugfile之前裝入，裝有一些dScope的初始化參數(shù)及常用調(diào)試函數(shù)等。（8）tScope51也為一個(gè)初始化文件，與

35、dScope51不同的是，tScope51必須帶目標(biāo)板，目前它可以通過(guò)兩種方式訪問(wèn)目標(biāo)板。 通過(guò)EMul51在線仿真器，tScope51為該仿真器準(zhǔn)備了一個(gè)動(dòng)態(tài)連接文件EMUL51.IOT，但該方法必須配合該仿真器。 通過(guò)Monitov51監(jiān)控程序。tScope51為訪問(wèn)Monitor51，專(zhuān)門(mén)帶有MON51.IOT連接程序，使用時(shí)可通過(guò)串口及監(jiān)控程序來(lái)調(diào)試目標(biāo)板。片機(jī)原理及其接口技術(shù)（9）Monitor 51是一個(gè)監(jiān)控程序，通過(guò)PC的串口與目標(biāo)板進(jìn)行通信，Monitor操作需要MON51或dScope51 for Windows。（10）Ishell for DOS是一個(gè)DOS環(huán)境下的IDE

36、，直接在命令行輸入Ishell，則進(jìn)入該環(huán)境。它使用簡(jiǎn)單方便，其命令行與DOS命令行具有同樣的功能。（11）uVision for Windows是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的Windows應(yīng)用程序，它是C51的一個(gè)集成軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，具有源代碼編輯、Project管理、集成的Make等功能，它的人機(jī)界面友好，操作方便，是開(kāi)發(fā)者的首選。3. Keil C51與標(biāo)準(zhǔn)C 對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C的擴(kuò)展是學(xué)習(xí)C51的關(guān)鍵之一。 C51直接針對(duì)8051系列CPU對(duì)標(biāo)準(zhǔn)C的擴(kuò)展包括8051存儲(chǔ)類(lèi)型及存儲(chǔ)區(qū)域、存儲(chǔ)模式、存儲(chǔ)器類(lèi)型聲明、變量類(lèi)型聲明、位變量與位尋址、特殊功能寄存器（SFR）、C51指針、函數(shù)屬性等8類(lèi)。片機(jī)原理及其接口技術(shù)（

37、1）Keil C51擴(kuò)展關(guān)鍵字 C51 V4.0的擴(kuò)展關(guān)鍵字如下（共19個(gè)）： at idata sfr16 alien interrupt small bdata large task code bit pdata using reentrant xdata compact sbit data sfr（2）內(nèi)存區(qū)域（Memory Areas） 由code說(shuō)明可有多達(dá)64KB的程序存儲(chǔ)器。 內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器可用以下關(guān)鍵字說(shuō)明： data：直接尋址區(qū)，為內(nèi)部RAM的低128字節(jié) 00H7FH； idata：間接尋址區(qū)，包括整個(gè)內(nèi)部RAM區(qū) 00HFFH； bdata：可位尋址區(qū)，20H2FH。片機(jī)

38、原理及其接口技術(shù) 外部RAM視使用情況可由以下關(guān)鍵字標(biāo)志： xdata：可指定多達(dá)64KB的外部直接尋址區(qū)，地址范圍 0000H0FFFFH； pdata：能訪問(wèn)1頁(yè)（256字節(jié)）的外部RAM，主要用于緊 湊模式（Compact Model）。 8051提供128字節(jié)的SFR尋址區(qū)，可由以下幾種關(guān)鍵字說(shuō)明： sfr：字節(jié)尋址，如 sfr P0=0 x80，指出P0口地址為 80H，“=”后為00HFFH之間的常數(shù)。 sfr16：字尋址，如sfr16 T2=0 xCC，指定T2口地址為 TL2=0 xCCH，TH2=0 xCDH。 sbit：位尋址，如sbit EA=0 xAF，指定第0 xAF

39、H位為EA， 即中斷允許。 還可以有如下定義方法： sbit OV=PSW2（定義OV為PSW的第2位） sbit OV=0 xDo2（同上）或bit OV=0 xDo2（同上）。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.3.5 C51應(yīng)用舉例 例題 設(shè)單片機(jī)的fOSC=12MHz，要求用T0的方式編程，在P1.0引腳輸出周期為2ms的方波。解：用C語(yǔ)言編寫(xiě)的中斷服務(wù)程序如下： #include sbit P1_0=P10; void timer0(void)interrupt 1 using 1 /*T0中斷服務(wù)程序入口*/ P1_0=!P1_0; TH0=-(1000/256); /*計(jì)數(shù)初值重裝*/ TL

40、0=-(1000%256); void main(void) TMOD=0 x01; /*T0工作在定時(shí)器方式1*/ P1_0=0; TH0=-(1000/256); /*預(yù)置計(jì)數(shù)初值*/ TL0=-(1000%256); EA=1; /*CPU開(kāi)中斷*/ ET0=1; /*T0開(kāi)中斷*/ TR0=1; /*啟動(dòng)T0*/ dowhile(1); 片機(jī)原理及其接口技術(shù) 注意：在編寫(xiě)中斷服務(wù)程序時(shí)必須注意不能進(jìn)行參數(shù)傳遞，不能有返回值。例題 拆字程序。將2000H的內(nèi)容拆開(kāi)，高位送2001H低位，低位送2002H低位。解：匯編語(yǔ)言程序如下：ORG 1000HSE02:MOV DPTR, #2000

41、HMOVX A, DPTRMOV B, A ; (2000H)ABSWAP A ; 交換ANL A, #0FH ; 屏蔽高位 INC DPTR MOVX DPTR, A ; 送2001H INC DPTRMOV A, BANL A, #0FH ; (2000H)內(nèi)容屏蔽高位MOVX DPTR, A ; 送2002HSJMP $ END片機(jī)原理及其接口技術(shù)C51程序如下： #include main( ) unsigned char xdata *p=0 x2000;/*指針指向2000H單元*/ /* 2002H單元高4位清零，低4位裝2000H單元低4位 */ *(p+2)=(*p)&0 x

42、0f; /* 2001H單元高4位清零，低4位裝2000H單元高4位 */ *(p+1)=(*p)4; 片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.4 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)舉例 7.4.1 單片機(jī)在控制系統(tǒng)中的應(yīng)用 單片機(jī)的一個(gè)廣泛應(yīng)用領(lǐng)域就是控制系統(tǒng)。 1設(shè)計(jì)思想 通過(guò)傳感電路不斷循環(huán)檢測(cè)室內(nèi)溫度、濕度、有害氣體（如煤氣）濃度等環(huán)境參數(shù)，然后與由控制鍵盤(pán)預(yù)置的參數(shù)臨界值相比較，從而作出開(kāi)/關(guān)窗、啟/停換氣扇、升/降溫（濕）等判斷，再結(jié)合窗狀態(tài)檢測(cè)電路所檢測(cè)到的窗狀態(tài)，發(fā)出一系列的控制命令，完成下雨則自動(dòng)關(guān)窗、室內(nèi)有害氣體超標(biāo)則自動(dòng)開(kāi)窗、開(kāi)/啟換氣扇、恒溫（濕）等自動(dòng)控制功能。用戶(hù)還可通過(guò)控制鍵盤(pán)，直接控制窗戶(hù)的開(kāi)/關(guān)

43、、換氣扇的啟/停、溫（濕）度的升/降，選擇所顯示參數(shù)的種類(lèi)等。 2系統(tǒng)組成和部分電路設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)主要由控制器、數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感電路、A/D轉(zhuǎn)換器、窗驅(qū)動(dòng)控制接口電路、窗驅(qū)動(dòng)電路等組成。其系統(tǒng)原理圖如下頁(yè)圖所示。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)片機(jī)原理及其接口技術(shù) 控制器采用美國(guó)Atmel公司的AT89C51單片機(jī)。利用89C51的P0口采集數(shù)據(jù)，完成控制信息的采集和控制功能。利用P1.0P1.3作為窗狀態(tài)檢測(cè)端口，完成對(duì)窗狀態(tài)（即窗是否移到邊框）的檢測(cè)。 數(shù)據(jù)檢測(cè)傳感電路由溫度傳感電路、濕度傳感電路、有害氣體傳感電路、紅外防盜傳感器四個(gè)部分組成。在此只以溫度傳感電路為例進(jìn)行設(shè)計(jì)。 根據(jù)溫度檢測(cè)的要求，溫度

44、的檢測(cè)選用集成溫度傳感器AD590（測(cè)溫范圍為55+150）。測(cè)量電路如圖右所示。 片機(jī)原理及其接口技術(shù) 傳感器的采集信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理電路，必須通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器才能與單片機(jī)連接，本系統(tǒng)中有4路模擬輸入， A/D轉(zhuǎn)換器選用了ADC0809，89C51通過(guò)中斷方式讀取A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)。通過(guò)A/D轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)的數(shù)據(jù)采集電路如下圖所示。 A/D轉(zhuǎn)換器的口地址為7FFFH。片機(jī)原理及其接口技術(shù) 根據(jù)驅(qū)動(dòng)信號(hào)與所控對(duì)象的關(guān)系，將系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)電路分解為移窗驅(qū)動(dòng)電路、換窗驅(qū)動(dòng)電路、鎖窗驅(qū)動(dòng)電路、溫度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路、濕度調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路、換氣扇驅(qū)動(dòng)電路和報(bào)警驅(qū)動(dòng)電路等，分別用它們?nèi)タ刂?個(gè)對(duì)象。 窗狀態(tài)檢測(cè)電路采用4個(gè)開(kāi)關(guān)

45、型磁敏器件。在外窗、內(nèi)窗的左、右邊上，與磁敏器件相對(duì)應(yīng)的地方，各貼上一小片磁鐵，當(dāng)小磁鐵隨窗戶(hù)的移動(dòng)而移近相對(duì)應(yīng)的磁敏器件時(shí)，該磁敏器件的輸出信號(hào)從高電平變?yōu)榈碗娖?，表示窗?hù)已移到相應(yīng)邊上。 鍵盤(pán)輸入及顯示電路采用Intel公司生產(chǎn)的8279通用可編程鍵盤(pán)、顯示器接口芯片?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)鍵盤(pán)和顯示器的自動(dòng)掃描，并識(shí)別鍵盤(pán)上閉合鍵的鍵號(hào)。 對(duì)于控制鍵盤(pán)，采用微動(dòng)開(kāi)關(guān)制作，并安裝在窗戶(hù)的固定邊框上。通過(guò)控制鍵盤(pán)，用戶(hù)可設(shè)置各環(huán)境參數(shù)的臨界值、隨意選擇所顯示參數(shù)的種類(lèi)、直接控制窗戶(hù)的開(kāi)/關(guān)、換氣扇的啟/停、溫（濕）度的升/降等。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)3軟件設(shè)計(jì) 控制系統(tǒng)的軟件主要由一個(gè)主程序和兩個(gè)中斷服務(wù)

46、程序等組成。 主程序的主要作用是在系統(tǒng)復(fù)位后對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行初始化，設(shè)置8279，ADC0809等的工作方式和初始狀態(tài)，設(shè)置各中斷的優(yōu)先級(jí)別并開(kāi)中斷，首次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換等，然后向8279循環(huán)送顯示字符，進(jìn)行顯示。程序框圖如右上圖所示。 鍵中斷服務(wù)程序的主要作用是在AT89 C51響應(yīng)中斷（有鍵按下，則產(chǎn)生該中斷）后，讀出鍵值，并根據(jù)鍵值依序發(fā)出相應(yīng)的控制命令字，完成相應(yīng)的控制功能。該中斷應(yīng)設(shè)為高優(yōu)先級(jí)。程序框圖如右下圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù) 循環(huán)檢測(cè)中斷服務(wù)程序的主要作用是在89C51響應(yīng)中斷后，將A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果送相應(yīng)緩沖區(qū)，然后判斷該轉(zhuǎn)換結(jié)果是否在上、下限值之間，并根據(jù)判斷結(jié)果按序發(fā)出相應(yīng)的控

47、制命令字，完成相應(yīng)的控制、報(bào)警功能。然后重新選擇被轉(zhuǎn)換量，再次啟動(dòng)A/D轉(zhuǎn)換后，返回主程序。該中斷應(yīng)設(shè)為低優(yōu)先級(jí)，并設(shè)為電平觸發(fā)方式。程序流程圖如右圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.4.2 單片機(jī)在家用電器中的應(yīng)用 單片機(jī)在家電行業(yè)具有廣泛的應(yīng)用。下面以單片機(jī)在電冰箱控制系統(tǒng)中的應(yīng)用為例加以介紹。1總體方案設(shè)計(jì)直冷式電冰箱的控制原理：根據(jù)蒸發(fā)器的溫度控制制冷壓縮機(jī)的啟動(dòng)、停止，使冰箱內(nèi)的溫度保持在設(shè)定溫度范圍內(nèi)。 采用單片機(jī)控制壓縮機(jī)的啟動(dòng)和停止，可以使控制更準(zhǔn)確、更靈活。電冰箱采用單片機(jī)控制的性能指標(biāo)如下： 設(shè)定3個(gè)測(cè)溫點(diǎn)，測(cè)量范圍在26+26之間，精度為0.5。 利用功能鍵分別控制溫度設(shè)定、

48、速凍設(shè)定、冷藏室及冷凍室溫度設(shè)定等。片機(jī)原理及其接口技術(shù) 利用數(shù)碼管顯示冷凍室、冷藏室溫度，壓縮機(jī)啟動(dòng)、停止和速凍、報(bào)警狀態(tài)。 制冷壓縮機(jī)停機(jī)后，自動(dòng)延時(shí)3分鐘才能再啟動(dòng)。 電冰箱具有自動(dòng)除霜功能，當(dāng)霜的厚度達(dá)3cm時(shí)自動(dòng)除霜。 開(kāi)門(mén)延時(shí)超過(guò)2分鐘發(fā)出聲音報(bào)警。 連續(xù)速凍時(shí)間設(shè)定范圍為18小時(shí)。 工作電壓在180240V之間，當(dāng)欠壓或過(guò)壓時(shí)，禁止啟動(dòng)壓縮機(jī)，并用指示燈顯示。 根據(jù)上面所列出的控制系統(tǒng)要求，可估算出所需要的程序存儲(chǔ)器的容量不會(huì)超過(guò)4KB，因此可以采用Philips公司生產(chǎn)的80C51單片機(jī)（片內(nèi)有4KB的ROM， 128字節(jié)的RAM ），不用進(jìn)行外部擴(kuò)展存儲(chǔ)器，可以大大簡(jiǎn)化系統(tǒng)的

49、硬件電路。此外，80C51單片機(jī)在市場(chǎng)上的貨源充足，技術(shù)比較成熟，同時(shí)也具有較好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)2硬件設(shè)計(jì)（1）主電路設(shè)計(jì) 主電路采用80C51單片機(jī)，擴(kuò)展一片A/D轉(zhuǎn)換芯片ADC0809，構(gòu)成基本的系統(tǒng)。由于本系統(tǒng)無(wú)通信要求，可以通過(guò)串行口擴(kuò)展四片74LS164作為四位LED顯示器接口和一片74LS164來(lái)實(shí)現(xiàn)鍵盤(pán)功能。本系統(tǒng)還有一些附加的電路，如除霜電路、電壓檢測(cè)電路和開(kāi)關(guān)報(bào)警電路等。電冰箱控制系統(tǒng)的電路原理圖如下頁(yè)圖所示。（2）A/D轉(zhuǎn)換電路 A/D轉(zhuǎn)換電路采用ADC0809。ADC0809共有8路模擬輸入通道（本系統(tǒng)只用到其中的4路IN0IN3 ）。其中，IN0作為冷

50、凍室溫度檢測(cè)通道，IN1作為冷藏室溫度檢測(cè)通道，IN2作為除霜檢測(cè)通道，IN3作為電源電壓檢測(cè)通道。ADC0809與單片機(jī)接口電路見(jiàn)電路原理圖如下頁(yè)圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)片機(jī)原理及其接口技術(shù) 上頁(yè)圖中，ADC0809的A，B，C三個(gè)引腳直接和80C51單片機(jī)的P0.0P0.2三個(gè)引腳相連，用于選擇不同的模擬通道信號(hào)。P1.6與讀寫(xiě)控制信號(hào)端和經(jīng)過(guò)或非門(mén)連接到ADC0809的START，ALE，OE端，分別控制ADC0809的啟動(dòng)、地址鎖存、讀操作和寫(xiě)操作。ADC0809的EOC端懸空，A/D轉(zhuǎn)換后利用軟件延時(shí)一段時(shí)間來(lái)讀取轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)。（3）功能鍵和顯示電路 功能鍵和顯示電路如上頁(yè)圖所示

51、。采用6個(gè)功能鍵控制冷凍室、冷藏室及速凍溫度設(shè)定，4位LED顯示器用于顯示冷凍、冷藏室溫度，以及壓縮機(jī)啟動(dòng)、停止和報(bào)警等狀態(tài)。 LED顯示及功能鍵都是通過(guò)80C51的串行口擴(kuò)展的。顯示輸出通道和鍵盤(pán)輸入通道的選擇由端口線P3.2和與門(mén)完成。當(dāng)P3.2為“1”時(shí)，數(shù)據(jù)輸出到顯示器。當(dāng)P3.2為“0”時(shí)，80C51王誠(chéng)對(duì)鍵盤(pán)的掃描。片機(jī)原理及其接口技術(shù)（4）除霜電路 選用MF53-1型熱敏電阻作為溫度傳感器（Rt），它具有負(fù)溫度系數(shù)，靈敏度較高。把熱敏電阻安裝在距蒸發(fā)器3mm的某個(gè)合適的位置上，當(dāng)霜厚大于3mm時(shí)，熱敏電阻Rt接觸到霜從而感受到較低的溫度，其電阻值變大，A點(diǎn)溫度降低，運(yùn)算放大器輸出

52、信號(hào)有變化，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后送入CPU，經(jīng)單片機(jī)分析、判斷，給出除霜命令。除霜電路如下圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)熱敏電阻Rt的阻值和溫度的關(guān)系為：（k）A點(diǎn)電壓與溫度的關(guān)系為：（5）制冷壓縮機(jī)和除霜電熱絲啟動(dòng)、停止控制電路 其電路如下頁(yè)圖所示，加熱絲和壓縮機(jī)的工作原理如下： 80C51單片機(jī)控制信號(hào)經(jīng)P1.3和P1.4端口輸出，并通過(guò)P1.7的控制，將信號(hào)鎖存在74LS273中，74LS273的輸出經(jīng)過(guò)達(dá)林頓驅(qū)動(dòng)器DS2003后，驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器RELAY1和RELAY2。當(dāng)DS2003的16腳有高電平輸出時(shí)，RELAY1的3，4腳接通，使加熱絲接通電源，開(kāi)始除霜。當(dāng)DS2003的15腳輸出高電

53、平時(shí)，RELAY2的3，4腳接通，使壓縮機(jī)繞組接通電源而啟動(dòng)，開(kāi)始制冷。74LS273的鎖存控制信號(hào)，一方面增加輸出功率，另一方面也防止單片機(jī)復(fù)位時(shí)引起控制的誤動(dòng)作。片機(jī)原理及其接口技術(shù)片機(jī)原理及其接口技術(shù) 電冰箱控制程序主要分為三大部分：主程序、定時(shí)器T0中斷服務(wù)程序和定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序。（1）主程序 主程序是整個(gè)電冰箱的總控制程序，主要實(shí)現(xiàn)控制各單元初始化、控制中斷、定時(shí)、顯示、鍵盤(pán)程序的啟動(dòng)與重復(fù)等功能。主程序的程序流程圖如右圖所示。3軟件設(shè)計(jì)片機(jī)原理及其接口技術(shù) T0中斷服務(wù)程序主要完成電源欠壓、過(guò)壓處理，開(kāi)門(mén)狀態(tài)檢查，以及處理等功能。其程序流程圖如右圖所示。（2）T0中斷服務(wù)程序

54、片機(jī)原理及其接口技術(shù)（3）Tl中斷服務(wù)程序 Tl工作于計(jì)數(shù)方式，用于制冷壓縮機(jī)停機(jī)后自動(dòng)延時(shí)3分鐘才能再啟動(dòng)的時(shí)間延時(shí)。Tl的中斷服務(wù)程序主要完成3分鐘定時(shí)，以及溫度、除霜、速凍等各種檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，比較、分析得出執(zhí)行元器件工作的狀態(tài)，并控制對(duì)應(yīng)的元器件工作。Tl中斷服務(wù)程序流程圖如右圖所示。片機(jī)原理及其接口技術(shù)7.4.3 單片機(jī)在里程、速度計(jì)量中的應(yīng)用 設(shè)計(jì)要求：利用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)的自行車(chē)?yán)锍?速度計(jì)能自動(dòng)顯示自行車(chē)行駛的總里程數(shù)及自行車(chē)行駛速度，具有超速信號(hào)提醒功能，里程數(shù)據(jù)自動(dòng)記憶。也可應(yīng)用于電動(dòng)自行車(chē)、摩托車(chē)、汽車(chē)等機(jī)動(dòng)車(chē)儀表上。1. 總體設(shè)計(jì) 控制器采用AT89C52單片機(jī)，速度及里

55、程傳感器采用霍爾元件，顯示器通過(guò)AT89C52的P0口和P2口擴(kuò)展。外部存儲(chǔ)器采用E2PROM存儲(chǔ)器AT24C01，用于存儲(chǔ)里程和速度等數(shù)據(jù)。并用控制器來(lái)控制里程/速度指示燈，里程指示燈亮?xí)r，顯示里程；速度指示燈亮?xí)r，顯示速度。超速報(bào)警采用揚(yáng)聲器，用一個(gè)發(fā)光二極管來(lái)配合揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器響時(shí)，二極管亮，表明超速。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)2. 硬件電路設(shè)計(jì) 電路原理圖如下頁(yè)圖所示。P0口和P2口用于七段LED顯示器的段碼及掃描輸出。在顯示里程時(shí)，第三位小數(shù)點(diǎn)用P3.7口（）控制點(diǎn)亮。P1.0口和P1.1口分別用于顯示里程狀態(tài)和速度狀態(tài)。P1.2，P1.3，P1.6和P1.7口分別用于設(shè)置輪圈的大小。P

56、3.0口的開(kāi)關(guān)用于確定顯示的方式。當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，顯示速度；斷開(kāi)時(shí)，顯示里程。外中斷用于對(duì)輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)輸入，輪子每轉(zhuǎn)一圈，霍爾傳感器輸出一個(gè)低電平脈沖。外中斷用于控制定時(shí)器T1的啟停，當(dāng)輸入為0時(shí)關(guān)閉定時(shí)器。此控制信號(hào)是將輪子圈數(shù)的計(jì)數(shù)脈沖經(jīng)二分頻后形成，這樣，每次定時(shí)器T1的開(kāi)啟時(shí)間正好為輪子轉(zhuǎn)一圈的時(shí)間，根據(jù)輪子的周長(zhǎng)就可以計(jì)算出自動(dòng)車(chē)的速度。P1.4口和P1.5口用于E2PROM存儲(chǔ)器24C01的存取控制。11腳（TXD）輸出用于速度超速時(shí)的報(bào)警。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)片機(jī)原理及其接口技術(shù)3. 軟件設(shè)計(jì)軟件主要包括：主程序、初始化程序、里程計(jì)數(shù)子程序、數(shù)據(jù)處理子程序、計(jì)數(shù)器中斷服務(wù)程序、

57、E2PROM存取程序、顯示子程序。 （1）主程序 根據(jù)P0口的開(kāi)關(guān)狀態(tài)切換顯示狀態(tài)，即選擇里程顯示和速度顯示。其流程圖如右圖所示。 片機(jī)原理及其接口技術(shù)程序如下： ORG 0000H LJMP START ; 跳至主程序 ORG 0003H ; 外中斷0中斷程序入口 LJMP INTEX0 ; 跳至INTEX0中斷服務(wù)程序 ORG 000BH ; 定時(shí)器T0中斷程序入口 RETT1 ; 中斷返回 ORG 0013H ; 外中斷1中斷入口 LJMP INTEX1 ; 跳至INTEX1中斷服務(wù)程序 ORG 001BH ; 定時(shí)器T1中斷程序入口 LJMP INTT1 ; 跳至INTT1中斷服務(wù)程序

58、 ORG 0023H ; 串口中斷入口地址 RET1 ; 中斷返回 ORG 002BH ; 定時(shí)器T2中斷入口地址 RET1 ; 中斷返回 ORG 0050H START: LCALL CLEARMEN ; 上電初始化 START1: JB P0.4, DISPLAYS ; P0.4=1，則顯示里程 LCALL DISPLAYV ; P0.4=0，顯示速度 START2: SJMP START ; 轉(zhuǎn)START循環(huán)片機(jī)原理及其接口技術(shù)（2）初始化程序 初始化程序主要功能是將T1設(shè)為外部控制定時(shí)器方式，外中斷 及 設(shè)為邊沿觸發(fā)方式，將部分內(nèi)存單元清0，設(shè)置車(chē)輪周長(zhǎng)值，開(kāi)中斷、啟動(dòng)定時(shí)器，將AT24C01中的數(shù)據(jù)調(diào)入內(nèi)存中，設(shè)置車(chē)輪圈出錯(cuò)處理程序。 程序如下：CLEARMEN:MOV TMOD, #90 ; T1為16位外部控制定時(shí)器 MOV SP, #75H ; 堆棧在75H開(kāi)始 SETB PX0 ; 外中斷0優(yōu)先級(jí)為1 SETB IT0 ; 外中斷0用邊沿觸發(fā) SETB IT1 ; 外中斷1用邊沿觸發(fā) MOV A, #00H ; 清A MOV 20H, A ; 清內(nèi)存中特定單元 MOV 6CH, A MOV 6DH, A MOV 70H, A MOV 71