單片機(jī) 系統(tǒng)設(shè)計課件

1、第11章應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)與實例 設(shè)計自己的單片機(jī)系統(tǒng)第11章 應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)與實例11.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)流程 11.2 抗干擾設(shè)計 11.3 應(yīng)用舉例概述本章從單片機(jī)應(yīng)用開發(fā)的一般步驟入手，著重介紹總體設(shè)計、硬件設(shè)計、軟件設(shè)計、開發(fā)裝置的使用與系統(tǒng)調(diào)試、編程器的使用與程序固化、產(chǎn)品驗收與交付使用等技術(shù)環(huán)節(jié)要完成的任務(wù)和實際開發(fā)中應(yīng)注意的問題，軟硬件的抗干擾技術(shù),最后給出一個開發(fā)實例以便模仿。內(nèi)容上貼近實際，注意對自上而下的任務(wù)逐級分解過程的介紹，力圖按工程的要求，使開發(fā)進(jìn)程有條不紊，有理有據(jù)，文檔齊全。由于篇幅限制，許多地方只能簡略介紹。1111 總體設(shè)計1用戶需求分析對用戶提出的功能

2、需求、技術(shù)指標(biāo)等，進(jìn)行必要的可行性論證。明確設(shè)計任務(wù)，并以書面形式確定以下幾方面的內(nèi)容，經(jīng)用戶認(rèn)可，形成設(shè)計任務(wù)書。(1)產(chǎn)品名稱；(2)設(shè)計目的；(3)系統(tǒng)功能要求(4)系統(tǒng)性能指標(biāo)(5)總體要求；(6)設(shè)計周期；(7)設(shè)計費(fèi)用；(8)其他。2構(gòu)建系統(tǒng)總體架構(gòu)1根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求，在滿足功能、性能等用戶需求的基礎(chǔ)上，初步提出可選技術(shù)路線，并對各方案進(jìn)行必要的分析，充分聽取方方面面的意見，選擇一種實施方案。實施方案中的系統(tǒng)總體架構(gòu)應(yīng)以用戶需求為出發(fā)點。主要包括：選擇機(jī)型；根據(jù)需要確定擴(kuò)展；確定主要的軟硬件功能；明確用戶界面(鍵盤、顯示、打印等)的形式；確定系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)(或建議，經(jīng)用戶確認(rèn))；單

3、片機(jī)內(nèi)部資源分配及任務(wù)分解。2構(gòu)建系統(tǒng)總體架構(gòu)2在總體設(shè)計階段應(yīng)形成總體報告（實施方案）和設(shè)計任務(wù)書。報告形成后，就可分成兩組進(jìn)行同步設(shè)計了。第一組負(fù)責(zé)硬件，第二組負(fù)責(zé)軟件，兩個組由項目負(fù)責(zé)人協(xié)調(diào)。有的時候項目較小或者其它原因,只有一個人,就要先設(shè)計硬件部分,然后交給線路板廠制版,在此期間開始軟件設(shè)計。2構(gòu)建系統(tǒng)總體架構(gòu)3硬件設(shè)計除了主要完成PCB線路板設(shè)計外，還應(yīng)考慮可靠性和保密性，最終形成PCB圖、元器件清單、網(wǎng)絡(luò)表、端口地址表等技術(shù)文檔；軟件設(shè)計主要完成軟件功能模塊劃分、出口入口參數(shù)定義、最終形成程序(子程序)框圖、源程序清單等技術(shù)文檔。軟硬件調(diào)試必須由軟硬件設(shè)計人員共同參與，形成調(diào)試報

4、告。最后向用戶提交產(chǎn)品、產(chǎn)品說明書等。圖11-2 新的產(chǎn)品開發(fā)流程圖 現(xiàn)在有了proteus軟件，不等做出電路板就可以提前進(jìn)行功能測試，大大節(jié)省了時間和金錢成本，其流程可以修改成如上。 1112 硬件設(shè)計和制作硬件原理設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計開始后最重要的第一步。硬件原理設(shè)計中存在的缺陷將對整個設(shè)計產(chǎn)生影響，所以原理設(shè)計要特別細(xì)心周到。原理設(shè)計完成后，將產(chǎn)生硬件原理圖、網(wǎng)絡(luò)表、元件清單等重要文檔，這些文檔是后續(xù)工作的基礎(chǔ)。在硬件原理圖基礎(chǔ)上，可以采用CAD自動布局、自動布線來自動地完成印制板繪制。通過印制板和原理圖各自生成的網(wǎng)絡(luò)表，可以驗證所繪制的線路板與原理圖是否一致。網(wǎng)絡(luò)表還用于檢查生產(chǎn)出來的印制板

5、上線路的通斷。1 硬件原理設(shè)計1硬件原理設(shè)計的任務(wù)是設(shè)計并繪制硬件原理圖，主要應(yīng)從以下幾個方面考慮。（1）最小應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計包括微處理器的選擇、程序存儲器的選擇、晶振的選擇、總線是否驅(qū)動、復(fù)位電路的設(shè)計、內(nèi)部資源(如定時、計數(shù)、中斷)的使用等。（2）I/O通道設(shè)計包括開關(guān)量I/O通道，接口電路、端口地址等問題，模擬量I/O通道中A/D、D/A轉(zhuǎn)換芯片的選擇等。（3）人機(jī)界面設(shè)計人機(jī)界面設(shè)計包括鍵盤、顯示和打印電路及其接口設(shè)計。1 硬件原理設(shè)計2（4）其他系統(tǒng)擴(kuò)展設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)需要擴(kuò)展外部RAM、ROM、定時計數(shù)、中斷管理、串行口擴(kuò)展等。（5）.電源設(shè)計根據(jù)系統(tǒng)的供電要求和使用環(huán)境，確定供電方案。比

6、如手持式設(shè)備往往需要電池供電；有的設(shè)備需要備用電源等。交流供電也要設(shè)計變換電路，可以選擇模擬穩(wěn)壓電源或開關(guān)穩(wěn)壓電源等。（6）接插件定義確定線路板之間的數(shù)據(jù)通信形式，包括接插件的類型，接插件管腳定義等。2 資源分配完成了原理設(shè)計之后，硬件資源就基本確定了，適時地進(jìn)行資源分配，對后續(xù)工作能起到很好的限定作用。此外，在資源分配時能及時發(fā)現(xiàn)資源的利用情況，一方面減少資源浪費(fèi)，另一方面發(fā)現(xiàn)資源不足，及時修正原理設(shè)計中的潛在問題。資源分配的主要任務(wù)是對單片機(jī)內(nèi)部RAM、2(或3)個定時計數(shù)器、5(或6)個中斷源、1個全雙工異步串行口、4個并行I/O口等單片機(jī)內(nèi)部資源及擴(kuò)展資源逐個分析其用途、工作方式、工作

7、起止時間和限定條件，分配端口地址等。3 線路板圖繪制原理圖最終還要通過CAD軟件繪制出線路板圖才能交付生產(chǎn)，這個工作要在仿真實驗完成之后進(jìn)行，否則可能會白白浪費(fèi)時間和金錢。在繪制線路板時一定要注意以下幾個問題。（1）器件的布局原則器件布局是指在線路板上布置元器件的位置。在電路板設(shè)計時應(yīng)合理地分區(qū)，如強(qiáng)、弱信號，數(shù)字、模擬信號，輸入、輸出通道等安排在不同區(qū)域，盡可能使干擾源(如電機(jī)、繼電器)與敏感元件(如單片機(jī))遠(yuǎn)離，應(yīng)考慮走線的密度均衡、發(fā)熱均衡等因素。除了按用戶要求的鍵盤、顯示等器件的位置已確定外，其他器件最好是環(huán)繞CPU或在CPU引出的總線兩側(cè)。（2）布線原則2單片機(jī)和大功率器件的地線要單

8、獨接地，以減少相互干擾。大功率器件盡可能放在電路板邊緣。有條件應(yīng)盡量采用四層以上印制板，中間兩層為電源及地。（2）布線原則3當(dāng)大電流線寬到一定程度時，由于占用線路板資源太多，一般采用粗導(dǎo)線“跨接”的方法，這樣不僅節(jié)省了線路板資源，而且避免了由于大電流導(dǎo)致線路板被“加熱”。走線應(yīng)避免出現(xiàn)直角或銳角，以減少高頻噪聲發(fā)射。注意晶振布線，晶振與單片機(jī)引腳盡量靠近，用地線把時鐘區(qū)隔離起來，晶振外殼接地并固定。4.可靠性設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是指在指定的應(yīng)用環(huán)境和條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定工作的能力。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由于具有很高的性能價格比，已逐步深入到各個領(lǐng)域，對單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性也就提出了越來越高的要求。

9、因為系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，將帶來一系列損失，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。提高系統(tǒng)的可靠性可以從兩方面入手，一方面從硬件設(shè)計角度提高系統(tǒng)抗干擾能力，另一方面從軟件角度提高系統(tǒng)的可靠性。具體措施在下一節(jié)詳述。 5 保密性設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用產(chǎn)品多數(shù)采用雙面板，線路板上走線一目了然，很容易將線路板測繪出來。保密設(shè)計多采用以下兩種方法：(1).程序加密：將程序固化在單片機(jī)內(nèi)部的方法。選用內(nèi)含程序存儲器帶“加密”位的單片機(jī)，這樣做的結(jié)果是使得解密變得麻煩，提高解密成本。(2).可編程邏輯陣列加密：PAL、GAL等小規(guī)?？删幊踢壿嬯嚵性趩纹瑱C(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中很實用，可以直接取代TTL組合邏輯，且多數(shù)PAL、GAL器件可以設(shè)置加密(不

10、可讀)，使“仿制”者不能輕易得手。6 硬件線路板的焊接與測試(2).元件焊接對于產(chǎn)品開發(fā)，IC多采用焊IC座的方法，便于線路修改。如果是批量生產(chǎn)的產(chǎn)品，除了易損壞的IC之外，為了確保硬件線路的可靠性，應(yīng)把IC直接焊在線路板上。在元件焊接時，要注意避免漏焊、錯焊和虛焊。忠告：手工焊接水平的提高需要很好的訓(xùn)練。(3).局部線路測試局部線路測試是通過編寫測試程序，檢查局部硬件線路能否正常工作。如果不能正常工作需查找問題并解決。注意:硬件的設(shè)計是最基礎(chǔ)的,任何一點馬虎或疏漏都有可能造成難以挽回的損失.1113 軟件設(shè)計軟件設(shè)計是對我們耐心和毅力的考驗，許多細(xì)節(jié)問題是比較繁瑣的。首先要進(jìn)行軟件任務(wù)劃分，

11、數(shù)據(jù)類型規(guī)劃，資源使用約定，模塊功能定義以及模塊接口定義等軟件總體設(shè)計工作。軟件的開發(fā)過程可以套用軟件工程的要求。除此之外，還有一些單片機(jī)系統(tǒng)開發(fā)的特殊性。 1 軟件設(shè)計的前期準(zhǔn)備(1).模塊功能定義主要是根據(jù)項目的功能要求來確定整個程序的功能，并將這些功能分解成若干子功能，確定完成這些功能的程序模塊，還要確定各個模塊之間的關(guān)系和數(shù)據(jù)傳遞方式等，使其成為一個有機(jī)的整體。模塊功能定義包括：單片機(jī)的初始化模塊、主控程序模塊、程序中使用的一些模塊子程序中斷服務(wù)子程序等。規(guī)定其執(zhí)行(觸發(fā))條件、入口出口參數(shù)、子程序完成的具體功能等。這些計劃在具體編程的過程中還有可能進(jìn)行局部修改。1 軟件設(shè)計的前期準(zhǔn)備

12、(3).內(nèi)存資源分配的確認(rèn)硬件設(shè)計中已經(jīng)將單片機(jī)的資源基本分配完畢，軟件設(shè)計中的資源分配主要是將還未具體分配的各RAM單元進(jìn)行合理分配，尤其是片內(nèi)RAM。例如，規(guī)定工作寄存器的使用。規(guī)定需要使用哪些標(biāo)志，占用從20H開始的幾個字節(jié)用來存放這些標(biāo)志位。其余RAM單元可以存放字節(jié)信息(包括20H到2FH單元未被用于標(biāo)志的單元)，這些單元的使用還要扣除堆棧區(qū)。單片機(jī)內(nèi)部其他RAM單元對多數(shù)開發(fā)應(yīng)用來說是夠用的。51子系列內(nèi)部RAM單元不夠用可以用52子系列，應(yīng)確保單片機(jī)內(nèi)部RAM均被用于存放最常用的變量。1 軟件設(shè)計的前期準(zhǔn)備RAM資源初步劃定后，工作進(jìn)程中可能發(fā)現(xiàn)某些資源分配不盡合理，需要局部改動

13、或增減。RAM資源的管理最好通過偽指令定位的方法，避免使用直接地址，這樣，可以很方便地進(jìn)行修改。程序規(guī)模的估計，因為單片機(jī)的存儲器數(shù)量有限，再好的程序沒有地方存放也是不行的。2 系統(tǒng)監(jiān)控程序設(shè)計監(jiān)控程序其實就是主程序,監(jiān)控的任務(wù)簡單地說主要是調(diào)度：根據(jù)當(dāng)前單片機(jī)內(nèi)、外部的狀態(tài)或發(fā)生的“事件”，適時決策，執(zhí)行相應(yīng)的模塊，完成指定的作業(yè)。監(jiān)控程序的結(jié)構(gòu)一般有作業(yè)順序調(diào)度、鍵盤驅(qū)動調(diào)度等方法。前者適用于順序控制類應(yīng)用場合，后者適用于鍵盤指令型開發(fā)場合。監(jiān)控程序的設(shè)計方法常見的有狀態(tài)分析法、狀態(tài)轉(zhuǎn)移法和事件驅(qū)動法等。3 中斷與子程序設(shè)計（1）中斷在軟件總體設(shè)計時，合理分配任務(wù)，確定哪些任務(wù)在主程序中實

14、現(xiàn)，哪些任務(wù)在中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)，依據(jù)已定義的功能完成中斷服務(wù)程序的編寫。在中斷程序中設(shè)置一些處理標(biāo)志，主程序根據(jù)標(biāo)志進(jìn)行處理，防止中斷服務(wù)未結(jié)束之前，下一中斷請求又到來，同級中斷得不到及時響應(yīng)。中斷服務(wù)程序設(shè)計時應(yīng)注意以下三個問題。3 中斷與子程序設(shè)計 （1）中斷現(xiàn)場保護(hù)由于中斷服務(wù)程序執(zhí)行時刻的不確定性，如果不保護(hù)現(xiàn)場就可能出現(xiàn)中斷返回后其他程序的執(zhí)行受到“莫名其妙”的影響。設(shè)計時可以先不考慮現(xiàn)場保護(hù)，待中斷服務(wù)程序編寫完成后，列出所有目的操作數(shù)，將其中全局變量扣除，其余均需保護(hù)和恢復(fù)。特殊的工作寄存器要注意“換區(qū)”的操作，避免R0R7的沖突。 3 中斷與子程序設(shè)計 （1）中斷及時返回，釋

15、放資源中斷服務(wù)子程序有時不可能“一步到位”，以免長時間資源獨占。中斷的目的之一就是提高響應(yīng)的實時性。很多工作可以在主程序中排隊處理，中斷服務(wù)程序只需要設(shè)置一個任務(wù)標(biāo)志，并將該任務(wù)列入主程序任務(wù)處理隊列，及時釋放中斷資源。這種方式可以理解為事件驅(qū)動程序流程。3 中斷與子程序設(shè)計 （1）中斷避免中斷重入在MCS-51系統(tǒng)中，處理器完全依據(jù)IE0、TF0、IEl、TFl、RI和TI這些標(biāo)志位是否為1，觸發(fā)中斷響應(yīng)。如果用戶在中斷返回前不清除中斷標(biāo)志，就會造成中斷重入，即一次中斷請求造成多次、甚至是無休止的中斷服務(wù)，使中斷服務(wù)子程序反復(fù)執(zhí)行而導(dǎo)致錯誤的結(jié)果，另一方面也使其他正常的程序執(zhí)行“舉步維艱”(

16、每執(zhí)行一條指令后就要被中斷一次)。避免中斷重入的具體方法可見第五章。（2）子程序設(shè)計與子程序調(diào)用子程序是在功能模塊劃分完成后，進(jìn)一步細(xì)化分解出來，完成某些功能的程序塊。子程序不是在軟件總體設(shè)計時能夠確定下來的。各個軟件設(shè)計組采用結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計方法時，可以形成各自軟件框圖，將重疊部分以子程序的形式提取出來，共同約定其入口、出口參數(shù)，這是一種方法。另一種方法是全部程序編制完成后，在優(yōu)化程序時，將所有可能合并的程序段或子程序合并成一個子程序。（2）子程序設(shè)計與子程序調(diào)用由于子程序可能在不同的場合被不同的程序段調(diào)用，所以子程序的編寫要規(guī)范，程序結(jié)構(gòu)合理、易讀，不能有漏洞(例如某些場合正常，而另一些場合

17、卻出錯)，盡可能少地占用資源。尤其避免制造垃圾，中間變量(用于暫存的寄存器)盡量使用工作寄存器，避免占用直接地址單元。提示:子程序采用何種方式傳遞參數(shù)很重要，需要認(rèn)真考慮確定。4 軟件抗干擾措施與硬件的抗干擾措施一樣，軟件的抗干擾措施也非常重要，主要包括：軟件陷阱、數(shù)字濾波等，軟件陷阱在下一節(jié)說明。5 程序調(diào)試程序編寫完成后，在軟硬件調(diào)試之前，應(yīng)首先進(jìn)行程序測試，確保程序正常運(yùn)行。在軟硬件聯(lián)調(diào)時，減少故障點的檢出時間，提高聯(lián)調(diào)效率。程序設(shè)計的全過程分為分析問題、畫流程圖、編輯程序、程序測試四個步驟。前三步只占總工作量的40左右，60以上工作量在調(diào)試上，所以一定要有充分的思想準(zhǔn)備。程序測試的方法

18、與軟件工程中所述方法是一致的，可以采用白盒測試法、黑盒測試法。5 程序調(diào)試單片機(jī)的程序調(diào)試工具，主要是使用軟件仿真器。在軟件仿真器上調(diào)試通過之后，再進(jìn)行與硬件聯(lián)合調(diào)試。程序調(diào)試的有力工具可以說就是PROTEUS。有很多問題可以在PROTEUS仿真下得以發(fā)現(xiàn)和解決。提示：由于程序調(diào)試的復(fù)雜性，在多數(shù)情況下，人們往往滿足于能用即可，滿足于一時能正常運(yùn)行，對偶爾的不正常往往不深追細(xì)究，這樣的產(chǎn)品經(jīng)不起時間和條件的考驗，因而是不可取的。1114 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試一般是指，在軟件和硬件調(diào)試完成之后，把二者組合在一起，對整個單片機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。這個過程就是我們的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計制作的最后一步。最終提供給用戶

19、的產(chǎn)品就是在系統(tǒng)調(diào)試之后定型的。1 一般調(diào)試方法開發(fā)單片機(jī)產(chǎn)品，往往要使用仿真器，也有的稱為開發(fā)機(jī)或開發(fā)系統(tǒng)。仿真器通過仿真線，連在用戶板的CPU插座上，可以通俗地理解為仿真器將其CPU、程序存儲器等資源全部“租借”給了用戶系統(tǒng)。用戶可以在PC機(jī)上編寫源程序，通過匯編或編譯程序?qū)⒃闯绦蚍g成機(jī)器碼，通過PC機(jī)接口將機(jī)器碼傳入仿真器內(nèi)，用戶仍可以指定程序運(yùn)行到哪里，并通過PC機(jī)的顯示器觀察單片機(jī)內(nèi)部資源的變化情況(外部情況通過用戶板上的數(shù)碼管、LED可以觀察到)。1 一般調(diào)試方法仿真器也可以不連用戶板，僅進(jìn)行軟件運(yùn)行測試。通過設(shè)置斷點運(yùn)行、單步運(yùn)行等方式，可以“跟蹤”程序的執(zhí)行。仿真器將執(zhí)行結(jié)果

20、通過串行口回送PC機(jī)，在顯示器上，用戶可以很明了地看到程序運(yùn)行的結(jié)果(甚至每一步執(zhí)行的結(jié)果)，大大地方便了程序的查錯、糾錯。圖11-3是一種典型的仿真器與用戶系統(tǒng)連接示意圖。圖11-3單片機(jī)開發(fā)系統(tǒng)與用戶系統(tǒng)連接方法 2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)雖然軟硬件均已經(jīng)獨自完成了各自的測試，系統(tǒng)聯(lián)調(diào)問題相對少得多，但仍不能以為萬事大吉，調(diào)試的任務(wù)仍很艱巨。一般是在仿真器的控制下運(yùn)行用戶程序，測試用戶系統(tǒng)的各項功能。系統(tǒng)聯(lián)調(diào)的常見方法有如下兩種。2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)（1）由頂向下的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)該方法是進(jìn)行整個系統(tǒng)的全速仿真運(yùn)行，未出現(xiàn)問題，完成任務(wù)；出現(xiàn)問題時，分析問題可能出現(xiàn)在哪里。分析問題主要側(cè)重于軟硬件配合時可能引起的問題，

21、如硬件中斷等。根據(jù)分析，提出解決方案，著手解決問題。2 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)（2）自底向上的系統(tǒng)聯(lián)調(diào)該方法是分模塊進(jìn)行局部的仿真運(yùn)行，排除了局部故障點后，再進(jìn)行系統(tǒng)全速仿真運(yùn)行，直到符合要求為止。提示:系統(tǒng)調(diào)試是研制工作的最后關(guān)口,必須保證所有功能都正確可靠.1115 程序固化在仿真完成后，需要將程序固化在單片機(jī)片外或片內(nèi)。這時候就需要使用編程器了,它的型號很多,檔次差別也很大,具體用法請查閱編程器附帶的使用說明書.1、程序固化在片外如果采用EPROM(27系列)芯片，一般需要使用EPROM擦除器將原來的內(nèi)容擦除掉，然后用編程器對EPROM編程。一般EPROM芯片的擦除次數(shù)在10次左右。現(xiàn)在有很多EEPR

22、OM芯片可以選用，使用方便，可擦寫次數(shù)大多在1000次以上。2、程序固化在片內(nèi)如果單片機(jī)是EPROM類型的，同樣需要進(jìn)行前述的“擦除”。FLASH型器件擦除就簡單得多了，可以直接在編程器上“擦除”，這也是FLASH型器件被廣泛應(yīng)用的原因之一。2、程序固化在片內(nèi)由上可知27系列EPROM使用極不方便且無法加密，壽命又短，所以應(yīng)用越來越少，而片內(nèi)具有Flash存儲器的單片機(jī)得到越來越廣泛的使用，本書經(jīng)常使用的AT89C51就是這種。最近幾年新推出的AT89S51還可以在系統(tǒng)編程，使用非常簡單的下載線就可以完成擦除、寫入等工作。順便提一下，最近幾年還有的單片機(jī)帶有JTAG接口，不但可以在系統(tǒng)編程，還

23、可以在系統(tǒng)調(diào)試。1116 產(chǎn)品驗收與交付使用固化好的程序在集成電路芯片里，將電路插到用戶板，通電運(yùn)行，如果沒有問題，就大功告成；如果有問題，可能就是大問題,必須要找到原因徹底解決，直到?jīng)]有問題為止。到現(xiàn)場實際使用，沒有問題，就可以交付用戶了。需要提起注意的一個問題是：有許多行業(yè)的儀器設(shè)備是有標(biāo)準(zhǔn)的，包括行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、國際標(biāo)準(zhǔn)等。1116 產(chǎn)品驗收與交付使用盡管并非所有的項目均要技術(shù)鑒定(取決于合同約定等因素)，但產(chǎn)品驗收是必要的，驗收表明了用戶對開發(fā)方產(chǎn)品的認(rèn)可。如果說合同簽訂是任務(wù)的開始，產(chǎn)品驗收則標(biāo)志著任務(wù)的結(jié)束。在產(chǎn)品驗收時，應(yīng)依據(jù)合同規(guī)定，逐條落實，并最終向用戶交付產(chǎn)品及產(chǎn)品使用

24、說明書等有關(guān)文檔。忠告：產(chǎn)品開發(fā)初期的合同與交付使用時的驗收報告，是供需雙方簽訂的非常重要的文件，對于解決未來雙方可能產(chǎn)生的糾紛能起到很好的幫助作用。112 抗干擾設(shè)計單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是指在指定的應(yīng)用環(huán)境和條件下，系統(tǒng)穩(wěn)定工作的能力。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)由于具有很高的性能價格比，已逐步深入到各個領(lǐng)域，對單片機(jī)系統(tǒng)工作的可靠性也就提出了越來越高的要求。因為系統(tǒng)一旦出現(xiàn)問題，將帶來一系列損失，產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的工作環(huán)境(如溫度、濕度、電壓擾動、電磁干擾、機(jī)械振動等)往往是很惡劣的，在系統(tǒng)開發(fā)中，應(yīng)確保不受環(huán)境條件的影響。形成干擾的基本要素有三個：1.干擾源：指產(chǎn)生干擾的元件、設(shè)備或信

25、號，如雷電、繼電器、可控硅、電機(jī)、高頻時鐘等都可能成為干擾源。2.傳播路徑：指干擾從干擾源傳播到敏感器件的通路或媒介。典型的干擾傳播路徑是通過空間的輻射、導(dǎo)線的傳導(dǎo)和過程通道。3.敏感器件：指容易被干擾的對象，如A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、數(shù)字1C、弱信號放大器等。11.2.1 硬件抗干擾在硬件設(shè)計中，提高系統(tǒng)可靠性的主要措施有：采用抗干擾措施，提高系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)能力；把好元件質(zhì)量關(guān)，元器件經(jīng)篩選、老化后使用；印制板設(shè)計應(yīng)充分考慮可靠性等。抑制干擾主要還是要從現(xiàn)場的環(huán)境實際出發(fā)，認(rèn)真分析可能的干擾，一定要深入現(xiàn)場考察與分析，避免閉門造車,具體情況還要具體分析。1供電系統(tǒng)-穩(wěn)壓電源在供電

26、系統(tǒng)設(shè)計中，一般的應(yīng)用場合可以采取同時使用工頻變壓器、全橋、三端穩(wěn)壓的方法，電路如圖114所示。三端穩(wěn)壓器件由3個引腳組成，分別為：電源輸入、穩(wěn)壓電源輸出和地。三端穩(wěn)壓器件通常要求輸入電壓要比穩(wěn)壓輸出電壓高23V以上，才能確保輸出電壓穩(wěn)定。圖114 變壓、整流、穩(wěn)壓電路1供電系統(tǒng)-穩(wěn)壓電路一般在三端穩(wěn)壓器件輸入、輸出端都要使用一個001F的高頻瓷片電容和一個幾百微法或幾千微法的電解電容，使用電解電容時，應(yīng)注意選擇的電容的耐壓值應(yīng)有1倍以上的富余量。采用上述方法電路簡單、實用，輸出紋波小，但電源效率比較低，對浪涌、過壓、欠壓等抑制效果比較差。目前較廣泛地采用開關(guān)電源或電源模塊，如AC-DC模塊、

27、DC-DC模塊等方法。提醒一句，開關(guān)電源的紋波系數(shù)比較大，特別精密的場合要注意。當(dāng)系統(tǒng)有多塊線路板組成時，盡量采用每塊線路板獨自穩(wěn)壓的方法。避免線路板電源間的相互干擾，多板結(jié)構(gòu)獨自穩(wěn)壓原理如圖115所示。圖115多板結(jié)構(gòu)獨自穩(wěn)壓原理1供電系統(tǒng)-過壓欠壓保護(hù)供電系統(tǒng)過壓、欠壓的抑制方法可以采用穩(wěn)壓器、電源調(diào)節(jié)器。對停電可以采用UPS(不間斷電源)或用靜態(tài)RAM輔以可充電電池備份重要運(yùn)行參數(shù)，也有些系統(tǒng)采用E2PROM保存參數(shù)。 2過程通道抗干擾-概述由于過程I/O通道是單片機(jī)與控制對象聯(lián)系的紐帶，所以避免現(xiàn)場強(qiáng)信號對單片機(jī)系統(tǒng)弱信號的干擾是成功開發(fā)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的關(guān)鍵。從干擾的分類來說，無外乎串

28、模和共模干擾兩種，解決過程I/O通道干擾可以從以下幾個方面著手。2過程通道抗干擾-方法1隔離：目前很多的應(yīng)用場合均采用光耦實現(xiàn)電氣隔離。2屏蔽采用屏蔽的方法可以避免空間電磁干擾，注意屏蔽層應(yīng)接地。3“地”的正確處理單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的“地線”有很多，應(yīng)仔細(xì)區(qū)分，恰當(dāng)處理。2過程通道抗干擾-地線(1)數(shù)字地：也稱為邏輯地，為邏輯芯片如8031、8155等芯片提供工作電源的零電位。(2)模擬地：A/D、D/A轉(zhuǎn)換模擬部分的地，如參考電壓、模擬輸入等的零電位。(3)功率地：大功率器件的零電位，如大繼電器(電流較大時)、接觸器等的零電位。(4)信號地：一般常指傳感器的地。(5)交流地：50Hz交流電源的地

29、線(對于三相交流電源來說就是中線)。(6)屏蔽地：屏蔽層的接地端。2過程通道抗干擾-接地正確的接地能有效地保證少受干擾。例如，數(shù)字地和模擬地應(yīng)分開走線，可以不共地，共地時，應(yīng)保證兩地線僅在一點處匯合(一點接地)，不能形成環(huán)路。交流地和信號地不能共用。機(jī)殼可接地但不能形成地線環(huán)路。特別注意，不良的接地方法可能使系統(tǒng)僅能在實驗室試驗運(yùn)行，一到現(xiàn)場就無法工作。2過程通道抗干擾-信號傳輸在長距離信號傳送時，采用雙絞線方式傳送，或者轉(zhuǎn)換成020mA電流傳輸方式，還可以使用屏蔽導(dǎo)線，也可以改變信號的傳輸方式以避開強(qiáng)干擾信號源等等。具體情況比較復(fù)雜，要根據(jù)情況分別對待，或者采用采用幾種方法的綜合措施，最終必

30、須達(dá)到使用要求。提示：這一方面的進(jìn)展很快，新技術(shù)、新方法、新器件不斷出現(xiàn)，我們要及時跟蹤最新進(jìn)展，采用先進(jìn)技術(shù)，使得我們的單片機(jī)系統(tǒng)性能更好，性價比更高。3硬件抗干擾幾種常用手段 (1)P監(jiān)控常用TL7705電源監(jiān)視芯片來監(jiān)測電壓。TL7705電源監(jiān)視如圖116所示，其中SENSE為電源監(jiān)視端，當(dāng)SENSE上的電壓小于45V時，RESET輸出低電平(產(chǎn)生下降沿)，向單片機(jī)申請中斷，在中斷服務(wù)程序中進(jìn)行一些保護(hù)重要數(shù)據(jù)的工作，然后使單片機(jī)進(jìn)入休眠或掉電狀態(tài)。RESET：復(fù)位輸出，低電平有效，OC開路，需上拉電阻。RESIN：復(fù)位輸入端，輸入低電平時，強(qiáng)制復(fù)位輸出端。3硬件抗干擾幾種常用手段 (1

31、)P監(jiān)控圖116 TL7705電源監(jiān)視3硬件抗干擾幾種常用手段 (1)P監(jiān)控隨著芯片集成度不斷提高，工程技術(shù)人員往往熱衷于既能提供P監(jiān)控，又能提供其他功能的芯片。如MAXIM公司的MAX807，它將電源監(jiān)視與看門狗集成到一起，提供定時、電源切換等多種功能?，F(xiàn)在還有的芯片把監(jiān)控和EEPROM集成在一起，性價比更高。比如X2504系列芯片。3硬件抗干擾幾種常用手段(2)硬件看門狗使用硬件看門狗的主要目的是防止程序執(zhí)行受到干擾，不能按正常的流程執(zhí)行的一種監(jiān)視芯片。所謂“看門狗”，就是一個定時器，定時時間到，它就輸出一個信號，使單片機(jī)復(fù)位。所謂“喂狗”，就是把定時器的計數(shù)值清除。只要按時喂狗，定時器就

32、不會到達(dá)定時時間，單片機(jī)就不會復(fù)位。如果程序“跑飛”，或者進(jìn)入死循環(huán)，不能按時喂狗，就會復(fù)位。使單片機(jī)重新開始正常工作。3硬件抗干擾幾種常用手段(2)硬件看門狗例如，XICOR公司的X2504345就是將看門狗電路與復(fù)位電路(含手動上電復(fù)位)以及4KB的串行EEPROM集成在一起的芯片。X25045典型應(yīng)用如圖117 所示。美國DALLAS公司生產(chǎn)的“看門狗(WATCHDOG)”集成電路DS1232具有性能可靠、使用簡單、價格低廉的特點，應(yīng)用在單片機(jī)產(chǎn)品中能夠很好的提高硬件的抗干擾能力，采用8腳DIP封裝。3硬件抗干擾幾種常用手段(2)硬件看門狗圖117 X25045典型應(yīng)用 3硬件抗干擾幾種

33、常用手段（3）退(去)耦電容每個芯片電源進(jìn)線處盡可能接一個104(01F)或103(001F)的退耦電容(可以用陶瓷電容，目前使用較多的是獨石電容)。每隔5個左右芯片安置一個110F的膽(電解)電容，因為這種電容的高頻阻抗很小，對噪聲抑制效果很好。3硬件抗干擾幾種常用手段（4）續(xù)流二極管在繼電器線圈兩端增加續(xù)流二極管，消除線圈斷開時產(chǎn)生的反電動勢干擾。僅加續(xù)流二極管會使繼電器的斷開時間滯后，若再增加穩(wěn)壓二極管，則可改善響應(yīng)速度，消除滯后性。在繼電器觸點兩端應(yīng)并接火花抑制電路，減小電火花影響。3硬件抗干擾幾種常用手段（5）瞬態(tài)電壓抑制器TVS瞬態(tài)電壓抑制器(TransientVoltageSup

34、pressor，簡稱TVS)，使用TVS二極管進(jìn)行浪涌保護(hù)比使用壓敏電阻優(yōu)越得多，具有響應(yīng)時間快，瞬態(tài)功率大，漏電流低，擊穿電壓偏差小，箝位電壓易于控制，有效地保護(hù)電子線路中的精密元器件，免受各種浪涌脈沖對元器件造成的損壞。1122 軟件抗干擾措施與硬件的抗干擾措施一樣，軟件的抗干擾措施也非常重要，軟件設(shè)計中，可以通過增加系統(tǒng)的自檢，重要參數(shù)備份，設(shè)置軟件陷阱，模擬量輸入采用軟件濾波等手段提高系統(tǒng)的可靠性。這里只對一些常用的方法加以討論。1軟件自檢-開機(jī)自檢軟件抗干擾還可以在上電復(fù)位后，調(diào)用自檢子程序，檢測單片機(jī)內(nèi)部資源和外部擴(kuò)展電路能否正常工作，自檢正常后才進(jìn)一步執(zhí)行其他程序，否則提示故障點

35、。這是檢查硬件的情況，需要硬件的配合，在硬件設(shè)計的時候就要考慮到自檢的需要，以確保電路能正常工作。這一部分比較麻煩，請自行參考有關(guān)硬件資料，此不多述。1軟件自檢-數(shù)據(jù)備份由于單片機(jī)內(nèi)部RAM單元存放著重要的標(biāo)志和數(shù)據(jù)，一旦受擾引起標(biāo)志數(shù)據(jù)的改變，勢必造成系統(tǒng)運(yùn)行異常。防止標(biāo)志位受擾可以采用定期檢查標(biāo)志合法性的方法，發(fā)現(xiàn)干擾及時處理，例如發(fā)現(xiàn)不可能出現(xiàn)的標(biāo)志組合及時處理。也可以采用標(biāo)志冗余的方法，借助冗余標(biāo)志，進(jìn)行標(biāo)志位異常判定和糾錯。防止數(shù)據(jù)受擾可以采用熱備份的方法，適時比照、判定并糾錯。在保護(hù)單片機(jī)內(nèi)部RAM時經(jīng)常使用雙重備份、表決糾錯的方法，將單片機(jī)內(nèi)部RAM單元數(shù)據(jù)作兩個熱備份，一旦發(fā)現(xiàn)

36、三個數(shù)不相同就采取表決的方式確定正確的數(shù)據(jù)。2軟件陷阱電磁干擾除了會對測量物理量的結(jié)果產(chǎn)生影響之外，還能直接影響程序的正常運(yùn)行。正常執(zhí)行程序時，CPU按照PC中的數(shù)值（地址）到ROM中去取指令。受到干擾時，一般可能使程序計數(shù)器PC的數(shù)值改變，或者其輸出的地址信號受到干擾而改變，到不該去的地址取指令（稱為“跑飛”）。為了防止造成災(zāi)難性的后果，在進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計時，可以在硬件和軟件方面分別加以考慮。硬件方面前已述及，現(xiàn)在介紹一些軟件方面的方法。對于MCS-51系列單片機(jī)，其程序存儲器的地址空間為64K，通常只使用了部分地址空間存放程序代碼和數(shù)據(jù)，可以把64K的地址空間分為“空閑”和“非空閑”ROM。2

37、軟件陷阱(1).空閑的ROM空間對于空閑的ROM空間，正常操作時是不會使用的。但是在強(qiáng)干擾的情況下也可能到空閑的ROM空間去取指令，即“跑飛”。故此應(yīng)該在空閑的ROM空間存入適當(dāng)指令，在程序跑飛到那里時能夠回到正常區(qū)域或者進(jìn)入錯誤處理程序，這種方法稱為軟件陷阱。可以填入的指令代碼有以下幾種形式：.填入 00 00 00 00 00 00 這是空操作指令，進(jìn)入此區(qū)域時不進(jìn)行任何操作，逐步執(zhí)行到FFFFH后，就會回到0000H，這是復(fù)位入口地址，重新開始正常程序。2軟件陷阱(1).空閑的ROM空間.填入 02 00 00 02 00 00 02 00 00 這是無條件長轉(zhuǎn)移指令，會直接轉(zhuǎn)移到 00

38、00H，立即進(jìn)入復(fù)位狀態(tài)。.填入 02 02 02 02 02 02 02 02 02 這是無條件長轉(zhuǎn)移指令，當(dāng)從此區(qū)域取指令時，直接轉(zhuǎn)移到0202H。在0202H單元，我們應(yīng)該編寫“跑飛”處理程序，或者在此處放置一條轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)移到跑飛處理程序。如果正常程序用到0202H單元，必須在0202H單元之前編寫轉(zhuǎn)移指令，越過0202H即其以后的若干單元，留出作為“非常處理”的程序入口。2軟件陷阱(1).空閑的ROM空間如果程序“跑飛”到?jīng)]有安裝ROM芯片的地址單元，取到的代碼將是FFH，這是指令 MOV R7，A 繼續(xù)執(zhí)行的結(jié)果是，一段時間后，回到0000H，進(jìn)入復(fù)位程序。2軟件陷阱(2).非空閑

39、的ROM單元對于非空閑ROM單元，一般已經(jīng)存放了程序代碼和數(shù)據(jù)，處理起來比較困難。可以在關(guān)鍵程序段中加入一些校驗的程序段，檢查當(dāng)前的外部環(huán)境狀態(tài)，如果不是屬于本段程序處理的范圍，就可能是程序跑飛到這里，應(yīng)該轉(zhuǎn)移到處理跑飛的程序段。2軟件陷阱(2).非空閑的ROM單元另外，由于有些指令是23個字節(jié)，當(dāng)PC內(nèi)數(shù)值跑飛時，也有可能把這種指令的一部分當(dāng)作完整的指令來執(zhí)行，同理也有可能把數(shù)據(jù)部分當(dāng)作指令代碼來執(zhí)行，這樣執(zhí)行起來，程序就面目全非了。當(dāng)我們在任意地址對機(jī)器代碼進(jìn)行反匯編時，經(jīng)常可以看到這種不可理解的現(xiàn)象。為了盡量減少這種現(xiàn)象的發(fā)生，可以在指令中間加入一些NOP指令使CPU取幾條指令以后，一般

40、可以納入正軌，按照原來的指令位置取指令。3、重復(fù)輸出指令一般單片機(jī)的掃描周期為幾個毫秒，萬一某個輸出指令受到干擾出現(xiàn)錯誤動作，重復(fù)的輸出指令會在短時間內(nèi)糾正這個錯誤，一般的外設(shè)動作速度比較慢，可能是錯誤的動作還沒有執(zhí)行就被糾正了。這種方法對于電磁類執(zhí)行機(jī)構(gòu)效果很好。注意：使用任何一種抗干擾措施，都要與當(dāng)時的客觀環(huán)境相適應(yīng)，才會取得理想的結(jié)果，不可生搬硬套。往往需要幾種方法綜合應(yīng)用會取得互補(bǔ)的作用。113 應(yīng)用舉例本節(jié)以自動打鈴器為例，講解MCS51系列單片機(jī)的一個應(yīng)用項目的設(shè)計過程。這只是一個非常小的應(yīng)用項目，電路比較簡單，功能比較簡單，程序規(guī)模也不大，要求也不是很嚴(yán)格，工作環(huán)境也比較好，所以

41、設(shè)計起來也容易。但是，只要你能夠完成這個簡單的項目，就算是入門了，也就可以完成更復(fù)雜的項目。這里給出的只是一個示例，并不一定是最好的方案，更不是唯一的方案。1131用戶需求分析和總體設(shè)計大多單位都有比較固定的作息時間，尤其是學(xué)校，要按時打鈴，以指揮師生員工上課、下課等統(tǒng)一行動。現(xiàn)在我們可以利用單片機(jī)設(shè)計自動打鈴器，在預(yù)定的時間打鈴。這項設(shè)計涉及到單片機(jī)的定時器、中斷、鍵盤輸入、LCD數(shù)碼和字符顯示、I2C總線、單總線、開關(guān)量輸出等內(nèi)容。考慮實訓(xùn)時間和篇幅限制，這里只要求自動打鈴。如果覺得內(nèi)容不夠，還可以增加環(huán)境溫度的測量、顯示以及語音報時等等。1、根據(jù)用戶要求確定設(shè)計任務(wù)書根據(jù)實際情況，（經(jīng)過

42、用戶認(rèn)可）我們確定的設(shè)計任務(wù)書如下：產(chǎn)品名稱：自動打鈴器產(chǎn)品功能：1、每天一次循環(huán)，按照作息時間表自動打鈴；2、每次打鈴電鈴響十秒（最好可以修改）；3、每天打鈴次數(shù)在32次以內(nèi)；4、作息時間輸入修改要方便；1、根據(jù)用戶要求確定設(shè)計任務(wù)書15、實時鐘對表和快慢調(diào)整；6、實時顯示時分秒；7、平時使用220V交流電，停電時要有備用電池保持時間和作息時間表；8、輸出繼電器控制，最大控制電流5安培（220V交流）；9、臨時打鈴( 手動)。設(shè)計周期：2周設(shè)計費(fèi)用：其 它：2、總體設(shè)計總體設(shè)計，其中最主要的就是原理設(shè)計。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書的要求和現(xiàn)有的技術(shù)條件，在滿足功能、性能等用戶需求的基礎(chǔ)上，初步提出可選技

43、術(shù)路線，并對各方案進(jìn)行必要的分析，充分聽取方方面面的意見，選擇一種實施方案。本項目的實施方案如下：2、總體設(shè)計1選用機(jī)型：AT89C51（可以使用簡化版AT89C2051）。這是美國ATMEL公司生產(chǎn)的與INTEL公司的MCS51系列全兼容的單片機(jī)產(chǎn)品，指令兼容，引腳兼容，可以直接代換。其優(yōu)點是片內(nèi)程序存儲器是電擦寫的，使用方便，耗電少，價格低。時間顯示：16位2行的液晶顯示模塊1602，顯示內(nèi)容比較多。并行口連接。鍵盤輸入：4個獨立式按鍵，分別是對表、定時、臨時打鈴和上、下、左、右調(diào)整鍵2、總體設(shè)計2打鈴輸出：經(jīng)二級晶體管放大驅(qū)動12V直流繼電器，控制220V電源通、斷電鈴。系統(tǒng)擴(kuò)展：不需要

44、擴(kuò)展RAM、ROM、和其它I/O接口，只需要通過I2C總線擴(kuò)展一片24LC16B，用于保存打鈴時間，以保證掉電不丟失，免得重新設(shè)置之麻煩。2、總體設(shè)計3電源部分：220V交流電經(jīng)降壓、整流、濾波、穩(wěn)壓，提供12V和5V兩種直流電源，再加可充電電池作備用電源，停電時保持時鐘和作息時間表。交流供電時給電池充電?，F(xiàn)在，專用的日歷時鐘芯片很多，性能也很好，尤其是精度可以很高，省電，使用方便。如果采用這類芯片，程序會減少很多。但是考慮為了更好的熟悉定時器的使用，我們還是利用單片機(jī)本身的定時器來產(chǎn)生時間。本設(shè)計的仿真文件：自動打鈴器.DSN本設(shè)計的簡要功能說明：1、開機(jī)后自動進(jìn)入走時狀態(tài)，打鈴時間到自動接

45、通電鈴電路10秒。2、按K0鍵進(jìn)入對表狀態(tài)，設(shè)置方法： 按向左或向右移動光標(biāo) 按增加或減少修改光標(biāo)處數(shù)值 星期的數(shù)值1-7，7代表星期日 星期的英文字符不用修改 5秒鐘不操作自動保存修改并返回本設(shè)計的簡要功能說明1：3、按K1鍵進(jìn)入定時打鈴時間設(shè)定狀態(tài)：001表示第一個設(shè)定打鈴時間，最多可以設(shè)置127個時間。后面的是小時、分和啟用標(biāo)志，啟用標(biāo)志設(shè)為1表示時間有效，到時打鈴，啟用標(biāo)志設(shè)為0表示到達(dá)這個時間也不打鈴。每次時間到打鈴10秒，同時蜂鳴器響。打鈴時間設(shè)置方法：按向左或向右移動光標(biāo)，按增加或減少修改光標(biāo)處數(shù)值，啟用標(biāo)志的值大于1也算啟用，5秒鐘不操作自動保存修改并返回1132 硬件設(shè)計1、

46、原理圖設(shè)計根據(jù)設(shè)計任務(wù)書和整體設(shè)計方案，經(jīng)過比較和計算，設(shè)計原理圖如圖118直到圖11-11所示。單片機(jī)選用AT89C51，DIP40封裝，內(nèi)部有128字節(jié)的隨機(jī)存儲器，有4K字節(jié)的電擦寫的程序存儲器，可以反復(fù)擦寫1000次。圖118 自動打鈴器硬件原理圖（主機(jī)板）圖11-9 打鈴器按鍵圖11-10 打鈴器電源（通用電源模塊）圖11-11 打鈴器繼電器輸出2、原理圖設(shè)計說明(1)電源:（如圖11-10）這是一個通用電源模塊，以前用在其它單片機(jī)測控系統(tǒng)中，用在自動打鈴器也很合適。自動打鈴器消耗電流最大的時候是打鈴時間到,12V直流繼電器接通同時打鈴指示LED亮和訊響器響，電流在100毫安以下（約

47、80毫安），不打鈴的時候消耗電流只有十幾個毫安，給蓄電池充電的電流控制在50毫安以下，選擇220V5W電源變壓器容量足夠，輸入220V交流電，輸出12V交流。如果數(shù)碼顯示用LED數(shù)碼管，則電源變壓器容量應(yīng)該選10W左右。2、原理圖設(shè)計說明(1)電源:（如圖11-10）整流濾波之后輸出電壓在13V左右，供給繼電器使用，不需要穩(wěn)壓。后備電源使用6V免維護(hù)鉛酸蓄電池，價格便宜容量大，可以支持較長的停電時間，只是重量大些。為了保護(hù)蓄電池，不使其過充和過放，分別加了保護(hù)電路，當(dāng)電池電壓高于7V時停止充電，當(dāng)電池電壓低于5V時停止放電。蓄電池的輸出直流電源（57V）經(jīng)三端穩(wěn)壓電路7805后輸出5V經(jīng)二極管

48、降壓后變成4.3V供給單片機(jī)，AT89S51的工作電壓在4V-5.5V之間。2、原理圖設(shè)計說明 （2）輸出（如圖11-11）打鈴器的輸出由12V直流繼電器控制。繼電器既起到功率放大的作用也起到強(qiáng)弱電隔離作用。與繼電器線圈并聯(lián)的紅色LED起到打鈴指示作用，與線圈反并聯(lián)的二極管是起續(xù)流作用。P1.1的輸出是低電平有效，可以防止單片機(jī)復(fù)位時的高電平自動響鈴。P1.1的輸出經(jīng)2級晶體管放大驅(qū)動直流繼電器工作。訊響器的工作電壓在35V，電流10mA左右，通電就響。AT89C51的并行口可以直接驅(qū)動，低電平有效。它的作用也是打鈴指示，同時它可以在停電的時候也工作，提醒時間到。這就使得這個自動打鈴器在不接電

49、鈴的時候成為鬧鐘。2、原理圖設(shè)計說明 （3）按鈕（如圖11-9）從圖上看總共有5個按鈕，一個是復(fù)位按鈕，手動復(fù)位用；其余4個各占用一位I/O口線，屬于獨立式鍵盤，按下是低電平,接在P0.0P0.3上，其作用見圖11-9中標(biāo)注。2、原理圖設(shè)計說明 （4）接插件由于電源、按鍵、LCD顯示器等部分不在一塊電路板上，他們之間通過對應(yīng)的接插件相連。需要使用具有定位結(jié)構(gòu)的接插件，以免插錯。2、原理圖設(shè)計說明 （5）顯示本設(shè)計采用LCD顯示模塊FM1602。這是一種常見的字符型LCD顯示模塊，可以顯示2行，每行16個字符。具體使用方法請參見第九章人機(jī)接口LCD顯示部分。打鈴器工作于室內(nèi)，環(huán)境也比較好，沒有強(qiáng)

50、烈的干擾，看門狗電路就省略了。、PCB板圖設(shè)計說明在原理圖中選中了元件的封裝，產(chǎn)生了網(wǎng)絡(luò)表，就可以直接轉(zhuǎn)到PCB板設(shè)計。設(shè)計中考慮了PCB板的設(shè)計原則和注意事項：比如地線，輸入輸出，線寬等。此外還要考慮安裝、維修的方便等。初步設(shè)計采用雙面板布線，布線之后的板圖如圖11-12所示，圖中所示是正面能看到的圖線，背面的走線沒有顯示。這只是初步設(shè)計，還有一些需要根據(jù)實際安裝的情況來調(diào)整。Proteus軟件提供了3D預(yù)覽功能，見圖11-13所示。圖1112 布線之后的PCB板圖（主機(jī)板，焊接面的走線沒有顯示）圖11-13 3D預(yù)覽圖（主機(jī)板） 、PCB板圖設(shè)計說明電路板上的一些文字和符號，說明元件的性質(zhì)

51、，數(shù)值等。PCB板3D預(yù)覽圖上的漢字在這里顯示成一串 “？”。按鍵電路和電源電路板單獨設(shè)計，液晶顯示器要安裝在前面板上，它們與主機(jī)板的連接通過接插件和電線相連，安裝位置要符合用戶的要求，這里沒有給出板圖，主機(jī)板上只給出了接頭。1133 軟件設(shè)計軟件設(shè)計是個需要耐心和細(xì)致的工作，也是能體現(xiàn)工作成果的工作。我們的軟件采用MCS-51的匯編語言編寫，這對我們來說是個鍛煉。C51有編寫方便的優(yōu)點，但是代碼較大，需要較多的程序存儲器，執(zhí)行速度慢。同時，C51也需要有匯編語言的基礎(chǔ)才行。1、整體功能描述和主程序設(shè)計軟件的整體功能就是要在硬件的配合下完成項目的整體功能，還要界面友好，方便實用。自動打鈴器的主

52、要功能是在規(guī)定的時間接通電鈴電路，讓電鈴響起來。這個功能實現(xiàn)起來比較容易。為了使用方便，還需要：隨時顯示當(dāng)前時間，方便的對表功能，方便的輸入和修改定時打鈴的時間，如有特殊情況可以手動臨時打鈴。還有環(huán)境溫度的測量和顯示。還要符合人們的習(xí)慣，有適當(dāng)?shù)奶崾拘畔⒌鹊取?、整體功能描述和主程序設(shè)計1一般程序設(shè)計大都把整體功能分解為一些子功能，每個子功能用一個或者幾個子程序來實現(xiàn)，然后在主程序中根據(jù)需要來調(diào)用子程序，也有些功能通過中斷來實現(xiàn)。我們的程序也是按照這個思路來編寫。1、整體功能描述和主程序設(shè)計2所有程序清單略。可以參看光盤文件：軟件設(shè)計.DOC。還可以參看光盤文件：自動打鈴器.DSN。那里有全部

53、的程序清單，注釋很詳細(xì)。1、整體功能描述和主程序設(shè)計（一）I/O接口和內(nèi)存分配軟件是要與硬件配合工作的，硬件設(shè)計時接線已經(jīng)確定，數(shù)據(jù)的輸入輸出接口地址也已經(jīng)確定，這些是軟件工作的基礎(chǔ)。同時我們也把內(nèi)存的分配一并考慮。這部分內(nèi)容是利用偽指令定義一些I/O接口、內(nèi)存單元，以便合理使用。1、整體功能描述和主程序設(shè)計（二）主程序設(shè)計主程序的主要功能是：初始化；檢查按鍵，并調(diào)用功能子程序；根據(jù)情況調(diào)用顯示子程序、測溫子程序、比較判斷打鈴時間等子程序，并根據(jù)結(jié)果控制繼電器的動作；控制臨時打鈴。主程序框圖如圖1114所示 主程序框圖如圖11142、中斷服務(wù)程序設(shè)計根據(jù)自動打鈴器功能需要，本設(shè)計只使用了定時器

54、0的中斷。定時器0中斷服務(wù)程序 ,T0方式1，初值15536，每100毫秒中斷一次，高優(yōu)先級。定時器0中斷的功能是實現(xiàn)實時時鐘。如果使用專用的實時時鐘芯片，程序會更簡單。為了熟悉定時器的使用，沒有使用專用的時鐘芯片。2、中斷服務(wù)程序設(shè)計1這個程序不太復(fù)雜，執(zhí)行時間也不長，設(shè)成高優(yōu)先級，也不會被其它中斷所打斷，一氣呵成，保證時間變化及時完成。本來只要計算到24小時就可以，考慮使用方便，增加了月日星期的計算。如果需要，還可以設(shè)計農(nóng)歷的顯示，這里從略。還有為了顯示的方便，每秒鐘設(shè)置一個顯示標(biāo)志DSP(20H.1),由主控程序識別并調(diào)用顯示子程序，同時清除此標(biāo)志。程序的其它功能和技巧在前面章節(jié)講過，不

55、再重復(fù)。程序清單：(略?？梢詤⒖垂獗P文件：軟件設(shè)計.DOC。還可以參看光盤文件：自動打鈴器.DSN。那里有全部的程序清單。)3、子程序主程序通過調(diào)用子程序來實現(xiàn)各種功能，這里的子程序主要有顯示、對表、打鈴時間設(shè)定、測溫等，這里用到的子程序，多數(shù)都在前面的章節(jié)里講過，有的進(jìn)行了少量的修改，但是基本思路是一樣的，為了節(jié)約篇幅，所以都沒有給出程序框圖。3、子程序（1）顯示子程序這個子程序的作用是，將顯示緩沖區(qū)中的ASCII碼，發(fā)送到LCD顯示模塊1602，使其顯示出相應(yīng)的字符。這里還用到了許多輔助子程序。關(guān)于LCD顯示模塊的內(nèi)容請參閱第九章9.2.2節(jié)，所講述的內(nèi)容就是我們在這個設(shè)計中的使用的程序。

56、3、子程序（2）測溫子程序我們使用DS18B20來測量溫度，關(guān)于它的使用方法和程序，請參閱第十章10.3.3節(jié)，所講述的內(nèi)容就是來自于我們在這個設(shè)計中的使用的程序。3、子程序（2）測溫子程序從DS18B20中讀出來的數(shù)據(jù)存放在TEMPER_L（低字節(jié)）和TEMPER_H（高字節(jié)）兩個字節(jié)中，低字節(jié)中的高4位和高字節(jié)的8位（共12位）是溫度數(shù)據(jù)的整數(shù)部分，低字節(jié)中的低4位是小數(shù)部分，二進(jìn)制數(shù)補(bǔ)碼（參見第十章的讀溫度子程序READ_1820和圖10-24）。我們先用子程序TEMPER_COV把它們轉(zhuǎn)換成便于顯示和識別的形式，然后被另一個子程序轉(zhuǎn)換成便于LCD顯示的ASCII碼送到顯示緩沖區(qū)（參見：

57、填充LCD顯示屏映像區(qū) （顯示緩沖區(qū)）子程序FILLLCD）。3、子程序（3）對表子程序?qū)Ρ碜映绦虻墓δ芫褪菍⒆詣哟蜮徠鞯膶崟r時鐘調(diào)整到與當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)時間一致。由主控程序調(diào)用。當(dāng)用戶按動對表按鍵（K0），主控程序會檢測到并消除抖動，蜂鳴器響，然后等待按鍵釋放，調(diào)用對表子程序。3、子程序（3）對表子程序進(jìn)入對表子程序后，首先顯示當(dāng)前的機(jī)器時間,并且有閃動的光標(biāo)（默認(rèn)是在年份閃動），如果要修改這個數(shù)字，直接按增加或減少鍵，直到出現(xiàn)你希望的數(shù)字即可；如果你要修改的數(shù)字現(xiàn)在沒有閃動，可以按向左或向右鍵，使下一個數(shù)字閃動，然后開始修改，直到年月日星期時分秒都修改好，等待5秒，就可以自動保存修改并退出對表功能

58、，回到正常顯示。如果在對表過程中停止按鍵，5秒后也是自動保存并返回。這時候你可以再次按對表鍵繼續(xù)對表。在對表期間，除了定時器中斷可以正常發(fā)生，不執(zhí)行主程序的其它功能。3、子程序（3）對表子程序?qū)Ρ磉^程中修改的時間數(shù)據(jù)，是顯示緩沖區(qū)中的數(shù)據(jù)，是ASCII碼，所以還要將這里的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制，送回時間計數(shù)單元。所以這里有2個子程序，D2T和HEBING分別完成轉(zhuǎn)換和回送功能。其余的子程序與顯示有關(guān)，這里不再重復(fù)。順便說一句，往往一個項目中最麻煩的地方就在人機(jī)接口這部分。對表程序流程圖如圖11-15所示圖11-15 對表程序流程圖3、子程序（4）打鈴時間設(shè)定子程序自動打鈴器就是事先設(shè)置好打鈴時間，等

59、到了設(shè)定的打鈴時間就自動接通電鈴，每次響10秒。這個子程序就是用來設(shè)定打鈴時間。設(shè)定的打鈴時間存儲在串行接口的EEPROM 24LC16中，可以保證斷電不丟。3、子程序（4）打鈴時間設(shè)定子程序在正常走時情況下，按 “向下減少 定時設(shè)定” 鍵（K1），進(jìn)入設(shè)定功能。主程序檢測到K1鍵按下，延時10毫秒以消除抖動并使蜂鳴器響，然后等待按鍵釋放，進(jìn)入定時打鈴設(shè)定子程序。LCD屏幕第一行顯示:Jow time seting(打鈴時間設(shè)置)，第二行顯示：001 00：00 0（序號 小時：分鐘 啟用標(biāo)志）。3、子程序（4）打鈴時間設(shè)定子程序序號 也是存儲的順序號，最多可以存儲127個記錄，最先設(shè)定的時間

60、序號是001。小時：分鐘 就是需要打鈴的時間，只能精確到分鐘，不能到秒，24小時制。啟用標(biāo)志 這里設(shè)置為1到這個時間就打鈴，設(shè)為0到這個時間也不打鈴。設(shè)定程序執(zhí)行期間，T0中斷繼續(xù)允許，其他功能暫停。3、子程序（4）打鈴時間設(shè)定子程序設(shè)置程序中用到了幾個子程序，和顯示有關(guān)的請參看第九章，和串行EEPROM有關(guān)的請參看第八章，數(shù)制轉(zhuǎn)換請參看第四章，其余的都很簡單。這個程序用到了串行EEPROM 24LC16B的寫入子程序，可以參看第八章有關(guān)內(nèi)容。3、子程序（4）打鈴時間設(shè)定子程序使用方法：進(jìn)入設(shè)定后，按向左、向右鍵移動光標(biāo)，按增加、減少鍵修改數(shù)值。5秒鐘無操作，自動記錄設(shè)定值并返回正常走時狀態(tài)。