第十一章MCS-51單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前，MCS-51單片機(jī)以其獨(dú)特優(yōu)越的性能、在智能儀器儀表、工業(yè)控制、數(shù)據(jù)采集、微機(jī)通訊和家用電器等各個(gè)領(lǐng)域得到極其廣泛地應(yīng)用，由于它應(yīng)用的領(lǐng)域廣泛，技術(shù)要求各不相同，因此應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)可以是各種各樣的。1

但總體設(shè)計(jì)方法和研制步驟卻基本相同，本章針對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，簡(jiǎn)要介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般開發(fā)、研制方法，并通過應(yīng)用實(shí)例對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)等各方面作進(jìn)一步的分析和討論，以便使讀者在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面打下良好基礎(chǔ)。2§11．1單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求對(duì)于不同的應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)具體要求是不同的，但設(shè)計(jì)的基本要求是一樣的。一、可靠性要高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，尤其是實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)最重要的一個(gè)基本要求是有高的可靠性。這是因?yàn)橐坏┫到y(tǒng)出現(xiàn)故障，將造成生產(chǎn)過程的混亂，指揮或監(jiān)視系統(tǒng)的失靈，從而導(dǎo)致嚴(yán)重后果。因此，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，對(duì)可靠性的考慮應(yīng)貫串于每一個(gè)環(huán)節(jié)。3

提高系統(tǒng)的可靠性一般常用以下幾種方法：

1．采用雙機(jī)系統(tǒng)用兩片單片機(jī)作為控制系統(tǒng)的核心控制器，以提高系統(tǒng)的可靠性。由于單片機(jī)的價(jià)格比較低、連接方便，因此雙機(jī)系統(tǒng)不難實(shí)現(xiàn)。

2．采用集散控制系統(tǒng)集散式控制系統(tǒng)是一種分級(jí)分布式控制方案。這種方案采用多個(gè)單片機(jī)作為前置處理機(jī)，它們分別完成系統(tǒng)的某部分控制功能，系統(tǒng)則用一個(gè)主機(jī)對(duì)各個(gè)前置機(jī)進(jìn)行監(jiān)督和管理。這種分散控制的系統(tǒng)，可使故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響減至最小。4

MCS-51的多機(jī)通訊功能，特別適合于構(gòu)成集散式控制系統(tǒng)，把一個(gè)控制系統(tǒng)劃分成多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的子系統(tǒng)，每個(gè)子系統(tǒng)由一個(gè)8031控制，各個(gè)子系統(tǒng)經(jīng)8031的串行口和主機(jī)通訊接受主機(jī)的監(jiān)督管理。主機(jī)除了對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的日常管理外，還診斷各個(gè)子系統(tǒng)是否在正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)子系統(tǒng)有故障時(shí)，立即應(yīng)急處理。這種分布檢測(cè)系統(tǒng)在可靠性方面比集中式控制系統(tǒng)有明顯的優(yōu)點(diǎn)。5二、加強(qiáng)系統(tǒng)的自診斷功能實(shí)時(shí)地對(duì)系統(tǒng)各模塊進(jìn)行自診斷，并對(duì)外界的異常情況作出快速應(yīng)變處理，對(duì)于出現(xiàn)無(wú)法解決的情況，應(yīng)能及時(shí)切換后備裝置投入運(yùn)行，或及時(shí)報(bào)警，以引起操作員的人工干預(yù)。當(dāng)處理機(jī)出現(xiàn)故障時(shí)，報(bào)警系統(tǒng)應(yīng)能自動(dòng)報(bào)警。三、操作和維修方便在系統(tǒng)的硬件和軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮操作和維修方便，盡量降低對(duì)操作人員的專業(yè)知識(shí)的要求，以便于系統(tǒng)的推廣，系統(tǒng)的控制開關(guān)不能太多、太復(fù)雜，操作順序應(yīng)簡(jiǎn)單明了。6

輸入／輸出應(yīng)用十進(jìn)制數(shù)表示，功能符號(hào)簡(jiǎn)明直觀，結(jié)構(gòu)應(yīng)規(guī)范化、模塊化，并配有現(xiàn)場(chǎng)故障診斷程序。一旦發(fā)出故障能保證有效地對(duì)故障進(jìn)行定位，以便調(diào)換相應(yīng)的模塊，使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行。四、性能/價(jià)格比高一個(gè)微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)能否被廣泛的應(yīng)用，關(guān)鍵在于是否有較高的性能/價(jià)格比，硬件軟化是提高系統(tǒng)性能/價(jià)格比的基本方法。在進(jìn)行總體設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)盡可能地減少硬件成本，能用軟件實(shí)現(xiàn)的功能宜用軟件實(shí)現(xiàn)。在不增加成本的基礎(chǔ)上，提高軟件和硬件的通用性和可擴(kuò)充性也是十分重要的。7§11.2MCS-51應(yīng)用系統(tǒng)的研制方法MCS-51的應(yīng)用系統(tǒng)隨著用途的不同，它們的硬件和軟件的結(jié)構(gòu)差別很大,但系統(tǒng)研制的方法和步驟是基本相同的，其研制過程如圖11．2-1所示。

8一、確定任務(wù)無(wú)淪是制作智能儀表還是研制工業(yè)控制系統(tǒng)，都要對(duì)應(yīng)用對(duì)象的工作過程進(jìn)行深入調(diào)查和分析，了解課題的要求、信號(hào)的種類和數(shù)量、應(yīng)用的環(huán)境等；不管是老產(chǎn)品改造還是新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，都應(yīng)對(duì)產(chǎn)品性能改善的程度、成本、可靠性、可維護(hù)性及經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行綜合考慮;參考國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品的資料，提出比較合理的技術(shù)指標(biāo)。9二、總體設(shè)計(jì)在任務(wù)和技術(shù)指標(biāo)確定之后，要進(jìn)行有的放矢的調(diào)查研究和查閱資料，以完成系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)。

1．機(jī)型和元件選擇選擇的機(jī)型應(yīng)具備：·貨源充足穩(wěn)定——便于批量生產(chǎn)·設(shè)計(jì)指標(biāo)容易實(shí)現(xiàn)——提高性能/價(jià)格比·設(shè)計(jì)者最熟悉——縮短研制周期·完善的研制開發(fā)工具——提高工作效率10

元件的選擇應(yīng)包括傳感器、模擬電路、I/O電路和存儲(chǔ)器電路等，這些元件在總體設(shè)計(jì)階段只需了解大體的市場(chǎng)情況，待硬件設(shè)計(jì)時(shí)最后確定。

一般說來，硬件和軟件具有一定的互換性，有些由硬件實(shí)現(xiàn)的功能也可以由軟件來完成，反之亦然。若用硬件完成一些功能，可以提高工作速度，但增加了硬件成本；若用軟件代替某些硬件的功能，可使硬件成本降低，而系統(tǒng)工作速度降低和軟件的工作量增加。因此，總體設(shè)計(jì)時(shí)，必須在硬件和軟件之間權(quán)衡。11三、硬件設(shè)計(jì)方法

1．程序存儲(chǔ)器8031是目前國(guó)內(nèi)最適用的單片機(jī)，它需外接EPROM/EEPROM電路作為外部程序存諸器。選擇EPROM電路時(shí)，應(yīng)從容量、速度和價(jià)格方面考慮。2．?dāng)?shù)據(jù)存儲(chǔ)器和I/O接口對(duì)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的容量需求，各個(gè)系統(tǒng)之間差別較大。對(duì)于常規(guī)的智能儀表和實(shí)時(shí)控制器，8031片內(nèi)RAM已能滿足要求，若需擴(kuò)展少量RAM，宜選用RAM／IO擴(kuò)展器8155；對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，往往需要有較大容量的RAM存儲(chǔ)器，這時(shí)RAM電路選擇的原則是盡可能減少芯片的數(shù)量。12

在選擇I/O接口電路時(shí)，應(yīng)從性能、價(jià)格和負(fù)載等方面考慮，選用標(biāo)準(zhǔn)的I/O接口電路（如8255等）使編程方便、應(yīng)用靈活、負(fù)載小、但它的I/O線和一些功能往往得不到充分利用，造成浪費(fèi)。選用TTL電路作I/O負(fù)載較大，同時(shí)因一個(gè)電路的口線少，利用率會(huì)提高，成本也降低。因此，選用I/O接口電路要根據(jù)系統(tǒng)總的接口要求來權(quán)衡。模擬電路應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)對(duì)它的速度、精度和價(jià)格要求來選擇。同時(shí)還需和傳感器、放大器等相匹配。13

3．地址譯碼電路MCS-51是根據(jù)地址來選擇外部擴(kuò)展電路進(jìn)行信息交換的。外部電路的地址由所選的地址譯碼方法來確定，通常采用全地址譯碼方法或線選法。所謂線選法就是把單獨(dú)的地址線連到單獨(dú)的電路選片端，只要這一位地址線為低電平就選中該片電路。圖11．2-2給出了一個(gè)線選法的例子。14

圖中6116、8255、0809、0832的地址編碼如表

表11．2-1圖11．2-2的地址編碼器件RAM/IO地址6116F000H～F7FFH8255EFFCH～EFFFH8155RAMDE00H～DEFFHI/ODF00H～DF05H0832BFFFH08097FFFH15

線選法的優(yōu)點(diǎn)是硬件線路簡(jiǎn)單。但由于所用的選片信號(hào)都是高位地址線，它們的數(shù)值比較大，因此地址空間沒有被充分利用，芯片之間的地址出現(xiàn)不鄰接的現(xiàn)象。

對(duì)于RAM和I/O口容量較大的系統(tǒng)，當(dāng)芯片所需的選片信號(hào)多于可用的地址線時(shí)，就需采用譯碼尋址方法。將低位地址線作為芯片的地址線（取外部電路中最大的地址線位數(shù)）用一片譯碼器對(duì)高位地址進(jìn)行譯碼，譯出的信號(hào)作為片選信號(hào)。一般用74LS138作地址澤碼器。程序存儲(chǔ)器往往采用一片EPROM電路，故把它的選片端接地即可。164．總線驅(qū)動(dòng)器MCS-51的外部擴(kuò)展空間是很大的，但擴(kuò)展總線口（P0、P2）和控制信號(hào)線的負(fù)載能力是有限的（P0口為8個(gè)LSTTL電路，P2口為4個(gè)LSTTL電路）。若所擴(kuò)展的電路負(fù)載超過總線負(fù)載能力，系統(tǒng)便不能可靠地工作。這時(shí)在總線上必須加驅(qū)動(dòng)器。17

總線驅(qū)動(dòng)器不僅能提高端口總線的驅(qū)動(dòng)能力，而且可提高系統(tǒng)抗干擾性。常用的總線驅(qū)動(dòng)器為雙向8路三態(tài)緩沖器74LS245，單向8路三態(tài)綴沖器74LS244。P0口需加雙向數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器74LS245，P2口接單向驅(qū)動(dòng)74LS244，其接口方法如圖11．2-3所示。18

5．其它外圍電路由于單片機(jī)的特點(diǎn)，它被大量地應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)。在測(cè)量和控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要對(duì)一些現(xiàn)場(chǎng)物理量進(jìn)行測(cè)量或者將其采集下來進(jìn)行信號(hào)處理之后再反過來去控制被測(cè)對(duì)象設(shè)備。在這種情況下，應(yīng)用系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)就應(yīng)包括與此有關(guān)的外圍電路。19不管是老產(chǎn)品改造還是新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)，都應(yīng)對(duì)產(chǎn)品性能改善的程度、成本、可靠性、可維護(hù)性及經(jīng)濟(jì)效益等進(jìn)行綜合考慮;§11．3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的在充分利用內(nèi)部RAM的基礎(chǔ)上再分配外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。（2）始端串聯(lián)匹配如圖12．3-7（b）所示，匹配電阻R的取值為Rp與A門輸出低電平的輸出阻抗ROUT（約20Ω）之差值，這種匹配方法會(huì)使終端的低電平抬高，相當(dāng)于增加了輸出阻抗，降低了低電平的抗干擾能力。集散式控制系統(tǒng)是一種分級(jí)分布式控制方案。8031是目前國(guó)內(nèi)最適用的單片機(jī)，它需外接EPROM/EEPROM電路作為外部程序存諸器。右邊為被測(cè)控對(duì)象，總稱為用戶在實(shí)際情況中，針對(duì)不同的干擾后果，采取不同的軟件對(duì)策，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了消除傳感器通道中的干擾信號(hào)，可采用軟件數(shù)字濾波，如算術(shù)平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等；中斷請(qǐng)求管理，如有時(shí)鐘定時(shí)中斷請(qǐng)求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序，運(yùn)行測(cè)控算法；長(zhǎng)線的“浮置”去掉了長(zhǎng)線兩端間的公共地線，不但有效地消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾，而且也有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配等問題，同時(shí)也可以防止受控設(shè)備短路時(shí)保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。由于單片機(jī)的特點(diǎn)，它被大量地應(yīng)用于工業(yè)測(cè)控系統(tǒng)。試述單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試步驟和方法。這時(shí)在總線上必須加驅(qū)動(dòng)器。主機(jī)除了對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)的日常管理外，還診斷各個(gè)子系統(tǒng)是否在正常運(yùn)轉(zhuǎn)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)某個(gè)子系統(tǒng)有故障時(shí)，立即應(yīng)急處理。2．機(jī)械觸，戍及史、直流電路的嗓聲抑制在充分利用內(nèi)部RAM的基礎(chǔ)上再分配外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。

典型的比較全面的單片機(jī)測(cè)控系統(tǒng)。圖中間是單片機(jī)主機(jī)，左邊為計(jì)算機(jī)的外部設(shè)備，包括鍵盤、顯示器等。它們各自都通過相應(yīng)的接口與單片機(jī)的內(nèi)部總線。右邊為被測(cè)控對(duì)象，總稱為用戶20它們有三種形式:（1）模擬量

模擬量連續(xù)變化的物理量。這些物理量可能是電信號(hào)，如電壓、電流等；也可能是非電信號(hào)，如壓力、拉力、溫度等。對(duì)于非電信號(hào)首先要轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，此時(shí)就要用到傳感器。傳感器是把其它非電物理量信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)的儀表或器件。

（2）數(shù)字量如某些數(shù)字式傳感器或脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的電脈沖計(jì)數(shù)的數(shù)字量。

（3）開關(guān)量如按鍵開關(guān)，行程開關(guān)等接點(diǎn)接通時(shí)產(chǎn)生的突變電壓、TLL電平。

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右上方的3條外圍通道是作為輸入到計(jì)算機(jī)去的通道：第1條因?yàn)槭悄M量要送到計(jì)算機(jī)中去所以外圍通道中的主要器件是模／數(shù)轉(zhuǎn)換器（A/D），此信號(hào)一般經(jīng)信號(hào)調(diào)節(jié)放大處理使之符合A/D輸入的要求，才能送入A/D轉(zhuǎn)換器；第2條從用戶來的信息已是數(shù)字量，則可不用A/D轉(zhuǎn)換器，此時(shí)只需將數(shù)字量信號(hào)調(diào)節(jié)為與接口電路（通常為計(jì)數(shù)器）的要求相適配即可；如果用戶來的信息是開關(guān)量（第3條），則必須將其轉(zhuǎn)換成穩(wěn)定的接口能接收的直流電平。22

右下方的3條外圍通道是由計(jì)算機(jī)輸出去控制用戶（控制對(duì)象）的，視被控制裝置的類型，可以有模擬量輸出、數(shù)字量輸出以及開關(guān)量輸出。這些信號(hào)在送到用戶裝置去以前。一般也都要經(jīng)過信號(hào)調(diào)節(jié)，才能驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備。由此可見，當(dāng)組成一個(gè)單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，還需設(shè)計(jì)相關(guān)的外圍電路，如電信號(hào)調(diào)節(jié)放大電路、驅(qū)動(dòng)電路等。236．可靠性設(shè)計(jì)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性是一項(xiàng)最重要最基本的技術(shù)指標(biāo)，這是硬件設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮的一個(gè)指標(biāo)。 可靠性通常是指在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

規(guī)定的條件包括環(huán)境條件（如溫度、濕度、振動(dòng)等）、供電條件等；規(guī)定的時(shí)間一般指：平均故障時(shí)間、平均無(wú)故障時(shí)間、連續(xù)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間等；所規(guī)定的功能隨單片機(jī)的應(yīng)用系統(tǒng)的不同而不同。

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單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)際工作中，可能會(huì)受到各種外部和內(nèi)部的干擾，使系統(tǒng)工作產(chǎn)生錯(cuò)誤或故障。為減少這種錯(cuò)誤和故障，就要采取各種提高可靠性的措施。常用措施如下：

（1）提高元器件的可靠性·在系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)和加工時(shí)應(yīng)注意選用質(zhì)量好的電子元器件、接插件，并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試、篩選和老化。·設(shè)計(jì)時(shí)技術(shù)參數(shù)（如負(fù)載）應(yīng)留有余量。

（2）提高印刷電路板和組裝的質(zhì)量，設(shè)計(jì)電路板時(shí)布線及接地方法要符合要求。25（3）對(duì)供電電源采取抗擾措施

·用帶屏蔽層的電源變壓器?！ぜ与娫吹屯V波器?！る娫醋儔浩鞯娜萘繎?yīng)留有余地。

（4）輸入輸出通道抗干擾措施·采用光電隔離電路，光電隔離器作為數(shù)字量、開關(guān)量的輸入、輸出，這種隔離電路效果很好。·采用雙絞線，雙絞線抗共模干擾的能力較強(qiáng)，可以作為接口連接線。26四、軟件設(shè)計(jì)在應(yīng)用系統(tǒng)研制中，軟件設(shè)計(jì)一般是工作量最大、最重要也是最困難的任務(wù)。微機(jī)的軟件包括管理調(diào)度微機(jī)的系統(tǒng)軟件和執(zhí)行用戶任務(wù)的應(yīng)用軟件。一般實(shí)時(shí)測(cè)控系統(tǒng)應(yīng)用軟件的特點(diǎn)：輸入輸出功能強(qiáng)，實(shí)時(shí)性強(qiáng)，可靠性高，能在線修改程序或參數(shù)。目前大多采用匯編語(yǔ)言來編制程序，原因是匯編語(yǔ)言與硬件環(huán)境間關(guān)系最密切，因而匯編出的目的程序占用內(nèi)存空間小執(zhí)行速度快，易于實(shí)現(xiàn)中斷管理及模擬（或數(shù)字）量輸入輸出等。27

軟件設(shè)計(jì)步驟：題目定義（即任務(wù)說明），模塊劃分，確定算法（即數(shù)學(xué)模型），編制程序、匯編、調(diào)試和編寫文件。如圖11．2-5所示

1．問題定義問題定義是把軟件承擔(dān)的任務(wù)明確出來。（1）定義輸入/輸出：應(yīng)用系統(tǒng)通過輸入/輸出通道和外界發(fā)生聯(lián)系，必須確定信息交換的方式，輸入/輸出的數(shù)據(jù)速率以及狀態(tài)信號(hào)等。28

（2）定義對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行哪些處理，把輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鼋Y(jié)果的基本過程等。問題定義的基礎(chǔ)是對(duì)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)合的了解程度和正確的工程判斷。它對(duì)軟件設(shè)計(jì)（包括硬件設(shè)計(jì)）提供指導(dǎo)。2．軟件結(jié)構(gòu)在問題定義的基礎(chǔ)上，將軟件分解為幾個(gè)相對(duì)獨(dú)立的任務(wù)，并根據(jù)這些任務(wù)的聯(lián)系和時(shí)間關(guān)系，設(shè)計(jì)一個(gè)合理的軟件結(jié)構(gòu)，使CPU并行地、有條不紊地對(duì)這些任務(wù)進(jìn)行處理。29

對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，通常用中斷方法分配CPU的時(shí)間，指定哪些任務(wù)由主程序處理，哪些任務(wù)由中斷服務(wù)程序處理，并指定各中斷系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)別。對(duì)于復(fù)雜的實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)，應(yīng)采用實(shí)時(shí)多任務(wù)操作系統(tǒng)，采用合理的調(diào)度策略，取得滿意的效果。30模塊程序設(shè)計(jì)方法是把一個(gè)完整的程序分成若干個(gè)功能相對(duì)獨(dú)立的較小的程序模塊，各個(gè)程序模塊分別進(jìn)行設(shè)計(jì)、編制程序，最后將調(diào)試好的程序模塊連接起來。模塊程序設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是，單個(gè)程序模塊設(shè)計(jì)和調(diào)試比較方便，容易完成，一個(gè)可以被多個(gè)任務(wù)公用，甚至可以利用現(xiàn)成的模塊程序（子程序）．缺點(diǎn)是各個(gè)模塊編程時(shí)有一定的難度。31

程序模塊的劃分沒有一定的標(biāo)準(zhǔn)，一般可遵循如下原則：·每個(gè)模塊的程序不易太長(zhǎng)；·力求使各個(gè)模塊之間界限明確，而且在邏輯上相對(duì)獨(dú)立；·對(duì)一段簡(jiǎn)單的任務(wù)不必模塊化：·盡量利用現(xiàn)成的模塊程序。32

（1）建立數(shù)學(xué)模型根據(jù)問題的定義，描述出各個(gè)輸入變量和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，這就是數(shù)學(xué)模型。數(shù)學(xué)模型是隨系統(tǒng)任務(wù)的不同而不同。例如，在直接數(shù)字控制系統(tǒng)中，最簡(jiǎn)單是數(shù)字PID控制算法及其改進(jìn)形式。在測(cè)量系統(tǒng)中，從模擬輸入通道得到的溫度、壓力等現(xiàn)場(chǎng)信息與該信號(hào)對(duì)應(yīng)的實(shí)際值往往存在非線性關(guān)系，則需要進(jìn)行線性處理，消除或減弱干擾信號(hào)的影響，提高系統(tǒng)精度，常采用算術(shù)平均法、中值法和慣性數(shù)字濾波方法。33（2）繪制程序流程圖通常在編寫程序之前先繪制流程圖。程序流程圖以簡(jiǎn)明、直觀的方式對(duì)任務(wù)描述，即可容易地由此編寫出具體程序。實(shí)時(shí)測(cè)控程序一般結(jié)構(gòu)，如圖11.2-6所示，由圖可知，主要組成部分有：34

初始化部分，設(shè)置工作模式、中斷方式、堆棧指針、工作單元初始化等。

參數(shù)設(shè)定部分，設(shè)定采樣周期、控制參數(shù)和給定量等。

中斷請(qǐng)求管理，如有時(shí)鐘定時(shí)中斷請(qǐng)求，CPU轉(zhuǎn)去執(zhí)行數(shù)據(jù)采集服務(wù)程序，運(yùn)行測(cè)控算法；若是外部中斷請(qǐng)求，則轉(zhuǎn)向鍵盤服務(wù)程序，修改參數(shù)或給定量，否則顯示“故障”。35

測(cè)控算法，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常用算術(shù)平均值算法進(jìn)行數(shù)字濾波，直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)常用PID控制算法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

終端管理模塊，包括修改參數(shù)、重新初始化、中止程序等工作。363．程序的編制

程序框圖完成后，可進(jìn)行硬件資源分配。如存貯空間地址分配，應(yīng)將經(jīng)常使用的數(shù)據(jù)存貯單元分配在片內(nèi)RAM區(qū)，因?yàn)镃PU對(duì)它操作時(shí)間短，指令豐富，編程方便。程序中軟件標(biāo)志應(yīng)設(shè)置在片內(nèi)RAM具有位操作功能的空間20H-2FH，這樣不僅控制方便，并能充分發(fā)揮MCS-51單片機(jī)內(nèi)部布爾處理器的功能。再指定用戶堆棧區(qū)，棧區(qū)的大小應(yīng)留有余量，最后剩下部分作為數(shù)據(jù)緩沖器。若有擴(kuò)展RAM存儲(chǔ)器，應(yīng)把使用頻率最高的數(shù)據(jù)緩沖器設(shè)在內(nèi)部RAM，以利提高處理速度。在充分利用內(nèi)部RAM的基礎(chǔ)上再分配外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。37

在編寫程序過程中，根據(jù)框圖逐條用符號(hào)指令來描述，即得匯編語(yǔ)言源程序。應(yīng)按MCS-51匯編語(yǔ)言的符號(hào)和格式書寫，必要時(shí)作若干功能性注釋。匯編語(yǔ)言源程序可采用手工匯編或機(jī)器匯編的方法，翻譯成目標(biāo)程序。手工匯編的基本方法：（1）查MCS-51指令系統(tǒng)編碼表，將源程序指令逐條轉(zhuǎn)換成機(jī)器語(yǔ)言編碼。書寫要求規(guī)格化。38（2）每條指令的字節(jié)數(shù)和轉(zhuǎn)移指令、調(diào)用指令、查表指令中相對(duì)偏移量的計(jì)算應(yīng)正確。（3）在有時(shí)間要求的部分，應(yīng)按指令的周期數(shù)、主頻率估算該段程序的執(zhí)行時(shí)間。（4）為機(jī)器指令目標(biāo)程序分配程序存貯器絕對(duì)地址。在獨(dú)立的程序塊之間為修改留有間隙。39·設(shè)計(jì)時(shí)技術(shù)參數(shù)（如負(fù)載）應(yīng)留有余量?？偩€驅(qū)動(dòng)器不僅能提高端口總線的驅(qū)動(dòng)能力，而且可提高系統(tǒng)抗干擾性。因此，在輸入/輸出通道中使用這類器件時(shí)，必須在線圈兩端并接噪聲抑制器。1．采用交流穩(wěn)壓器，保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓或欠壓。2．機(jī)械觸，戍及史、直流電路的嗓聲抑制線選法的優(yōu)點(diǎn)是硬件線路簡(jiǎn)單。程序流程圖以簡(jiǎn)明、直觀的方式對(duì)任務(wù)描述，即可容易地由此編寫出具體程序。根據(jù)問題的定義，描述出各個(gè)輸入變量和輸出變量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，這就是數(shù)學(xué)模型。MCS-51是根據(jù)地址來選擇外部擴(kuò)展電路進(jìn)行信息交換的。因此，總體設(shè)計(jì)時(shí)，必須在硬件和軟件之間權(quán)衡。（2）定義對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行哪些處理，把輸入數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)變?yōu)檩敵鼋Y(jié)果的基本過程等。圖11．3-5中間為開關(guān)接點(diǎn)通過雙線與光電耦合器聯(lián)接的一般情況這種分布檢測(cè)系統(tǒng)在可靠性方面比集中式控制系統(tǒng)有明顯的優(yōu)點(diǎn)。機(jī)器匯編方法：是將源程序按規(guī)定格式輸入IBM-PC機(jī)，借助PC機(jī)硬件資源及BASIC語(yǔ)言的編輯功能，生成MCS-51匯編語(yǔ)言源程序文件。再調(diào)用匯編命令、MCS-51源文件名、打印文件名和目標(biāo)文件名，即將源程序匯編成目標(biāo)程序，并形成目標(biāo)程序文件和程序清單打印文件。40機(jī)器匯編生成的目標(biāo)程序，可打印輸出、轉(zhuǎn)貯磁帶，最好是通過主機(jī)與開發(fā)裝置的通訊接口，直接灌入MCS-51開發(fā)裝置，進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。這樣可以省去鍵輸入操作，提高正確性。PC機(jī)配有DEBUG調(diào)試程序時(shí)，對(duì)源程序的分析檢查、修改和調(diào)試更方便。通常，單片機(jī)開發(fā)工具提供MCS-51交叉匯編（在PC上實(shí)現(xiàn)）或駐留匯編。

41§11．3單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中的抗干擾設(shè)計(jì)用于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，易受各種干擾侵襲，直接影響到系統(tǒng)的可靠性。因比，在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)抗干擾性能是最重要的技術(shù)指標(biāo)，抗擾設(shè)計(jì)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)人員關(guān)注的重要課題。42一、主要干擾渠道工業(yè)生產(chǎn)中的干擾一般都是以脈沖的方式進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)，其干擾渠道主要有三條：即空間干擾（場(chǎng)干擾），通過電磁波輻射竄入系統(tǒng)；過程通道干擾，干擾通過與主機(jī)相連的前、后通道及與其它主機(jī)的相互通道進(jìn)入；另外還有供電系統(tǒng)干擾，一般情況下，空間干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其它兩渠道竄入的干擾，而且，空間干擾可用良好的屏蔽與正確的接地、高頻濾波加以解決，因此微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)重點(diǎn)防止供電系統(tǒng)與過程通道干擾。43二、微機(jī)供電系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計(jì)對(duì)于微機(jī)系統(tǒng)危害最嚴(yán)重的干擾來源于電源污染，由于任何電源及輸電線路都存在內(nèi)阻和分布電容、電感等，正是這些因素引起了電源的噪聲干擾。解決的方法如下：1．采用交流穩(wěn)壓器，保證供電的穩(wěn)定性，防止電源系統(tǒng)的過壓或欠壓。2．利用低通濾波器濾去高次諧波以改善電源波形。

44

3．采用隔離變壓器，雙層屏蔽（初／次級(jí)屏蔽）措施來減少分布電容，提高系統(tǒng)抗共模干擾能力。

4．采用分散獨(dú)立功能模塊供電，每個(gè)功能模塊單獨(dú)對(duì)電壓過載進(jìn)行保護(hù)，不會(huì)因某塊穩(wěn)壓電源故障而使整個(gè)系統(tǒng)破壞，而且減少了公共阻抗的相互耦合以及和公共電源的耦合。大大提高了供電的可靠性，也有利用電源散熱。

5．采用高抗干擾電源及干擾抑制器，更有效抑制干擾，提高微機(jī)系統(tǒng)的可靠性。

45三、微機(jī)過程通道干擾設(shè)計(jì)過程通道是前向接口、后向接口與主機(jī)或主機(jī)相互之間進(jìn)行信息傳輸?shù)穆窂?，在過程通道中長(zhǎng)線傳輸?shù)母蓴_是主要因素。隨著系統(tǒng)主振頻率愈來愈高，微機(jī)系統(tǒng)過程通道的長(zhǎng)線傳輸愈來愈不可避免。例如，按照經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算，當(dāng)計(jì)算機(jī)主振頻率為1MHZ時(shí)，傳輸大于0.5m或主振為4MHZ，傳輸線大于0.3m，即作為長(zhǎng)線傳輸處理。46

微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，傳輸線上的信息多為脈沖波，它在傳輸線上傳輸時(shí)會(huì)出現(xiàn)延時(shí)、畸變、衰減、與通道干擾。為了保證長(zhǎng)線傳輸?shù)目煽啃?，主要措施有光電耦合隔離、雙絞線傳輸、阻抗匹配等。1.

光電耦合隔離措施采用光電耦合器可以將主機(jī)與前向、后向以及其它主機(jī)部分切斷電源的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主機(jī)，其原理如圖11.3-1所示。4748

光電耦合的主要優(yōu)點(diǎn)是能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使過程通道上的信噪比大大提高。光電耦合具有很強(qiáng)的抗干擾能力，這是因?yàn)椋海?）光電耦合器的輸入阻抗很小，一般為100Ω~1KΩ之間，而干擾源內(nèi)阻則很大，通常為105~108Ω，因此能分壓到光電耦合器輸入端的噪聲很??；（2）干擾噪聲雖有較大的電壓幅度，但能量小，只能形成微弱電流，而光電耦合器輸入部分的發(fā)光二極管是在電流狀態(tài)下工作，即使有很高電壓幅值的干擾，由于不能提供足夠的電流而被抑制掉；49

（3）光電耦合器是在密封條件下實(shí)現(xiàn)輸入回路與輸出回路的光耦合，不會(huì)受到外界光的干擾

（4）輸入回路與輸出回路之間分布電容極小，一般僅為0.5～2PF，而且絕緣電阻很大，通常為1011～1012Ω，因此回路一邊的干擾很難通過光電耦合器饋送到另一邊去。在傳輸線較長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)干擾十分強(qiáng)烈時(shí)，為了提高整個(gè)系統(tǒng)的可靠性，可以通過光電耦合器將長(zhǎng)線完全“浮置”起來，50

長(zhǎng)線的“浮置”去掉了長(zhǎng)線兩端間的公共地線，不但有效地消除了各邏輯電路的電流流經(jīng)公共地線時(shí)所產(chǎn)生的噪聲電壓相互竄擾，而且也有效地解決了長(zhǎng)線驅(qū)動(dòng)和阻抗匹配等問題，同時(shí)也可以防止受控設(shè)備短路時(shí)保護(hù)系統(tǒng)不受損壞。在強(qiáng)干擾環(huán)境下，為了保證微機(jī)系統(tǒng)有較高的可靠性，還有采用光電耦合器將微機(jī)部分與其它所有外接通道實(shí)行隔離、浮置的處理方法，圖11.3-3是一個(gè)利用光電耦合器使計(jì)算機(jī)浮地的溫度過程控制實(shí)例。51

圖11.3-3中，A/D轉(zhuǎn)換后的并行輸出口、D/A的并行數(shù)據(jù)輸入口以及前后向的地址總線與控制總線均采用光電耦合器進(jìn)行隔離，而且光電耦合器的輸入、輸出回路的電源分別供電，與外連的回路均由相應(yīng)的外部供電。這樣，完全切斷了系統(tǒng)主機(jī)部分與外界的一切電的傳輸聯(lián)接。52

在微機(jī)實(shí)時(shí)系統(tǒng)的長(zhǎng)線傳輸中，雙絞線是較常用的一種傳輸線。與同軸電纜相比，雖然頻帶較差，但波阻抗高、抗共模噪聲能力強(qiáng)，雙絞線能使各個(gè)小環(huán)路的電磁感應(yīng)干抗相互抵消；其分布電容為幾十皮法（PF），距離信號(hào)源近，可起到積分作用，故雙絞線對(duì)電磁場(chǎng)有一定抑制效果，但對(duì)接地與節(jié)距有一定要求。53

另外，在接指示燈、繼電器等時(shí)，也要使用雙絞線，但由于這些電路中的電流比信號(hào)電流大很多，因此，這些電路應(yīng)遠(yuǎn)離信號(hào)電路。在數(shù)字信號(hào)傳遞的長(zhǎng)線傳輸中，根據(jù)傳送距離不同，雙絞線使用方法不同，如圖11.3-4所示，當(dāng)傳送距離在5米以下時(shí)，發(fā)送、接收端裝負(fù)載電阻，如圖11．3-4（a）所示，若發(fā)射側(cè)為集電極開路型，接收側(cè)的集成電路用施密特型（陰極耦合雙穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器式），則抗干擾能力更強(qiáng)些。54

當(dāng)作遠(yuǎn)距離傳送數(shù)據(jù)，或經(jīng)過噪聲大的區(qū)域時(shí)，可使用平衡輸出的驅(qū)動(dòng)器和平衡輸入的接收器。發(fā)送、接收信號(hào)端都有末端電阻；選用的雙絞線也須阻抗匹配合適，如圖11.3-4（b）（c）所示。

55

當(dāng)雙絞線與光電耦合器聯(lián)合使用時(shí)，可按圖11．3-5所示的方式聯(lián)接。圖中最上一端是集電極開路IC（如7407等）與光電耦合器的一般聯(lián)接情況，如果在光電耦合器的光敏晶體管的基極上接有電容（數(shù)PF～0．01uF）及電阻（10一20M·Ω），且后面跟接施密特型集成電路，則會(huì)大大加強(qiáng)抗振蕩與抗噪聲的能力，如圖中下端所示。圖11．3-5中間為開關(guān)接點(diǎn)通過雙線與光電耦合器聯(lián)接的一般情況56

長(zhǎng)線傳輸時(shí)，阻抗不匹配的傳輸線會(huì)產(chǎn)生反射，使信號(hào)失真，其危害程度與系統(tǒng)的工作速度及傳輸線的長(zhǎng)度有關(guān)。為了時(shí)傳輸線進(jìn)行阻杭匹配，必須估算出它的特性阻抗。利用示波器觀察的方法可以大致測(cè)定其特性阻抗的大小，其測(cè)定方法如圖12．3-6所示。調(diào)節(jié)可變電阻R，當(dāng)R與Rp相等（匹配）時(shí)，A門的輸出波形崎變最小，反射波幾乎消失，這時(shí)的R值可認(rèn)為是該傳輸線的特性阻抗Rp。

57傳輸線的阻抗匹配有下列四種形式，如圖11．3-7所示

58

（1）終端并聯(lián)阻抗匹配如圖12．3-7（a）示，終端匹配電阻R1、R2的值按Rp=R1/R2R的要求選取。一般R1為220-330Ω，而R2可在270～390Ω范圍內(nèi)選取。這種匹配方法由于終端阻值低，相當(dāng)于加重負(fù)載，使高電平有所下降，故高電平的抗干擾能力有所下降。

（2）始端串聯(lián)匹配如圖12．3-7（b）所示，匹配電阻R的取值為Rp與A門輸出低電平的輸出阻抗ROUT（約20Ω）之差值，這種匹配方法會(huì)使終端的低電平抬高，相當(dāng)于增加了輸出阻抗，降低了低電平的抗干擾能力。

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（3）終端并聯(lián)隔直流匹配如圖12．3-7（c）所示，因電容C在較大時(shí)只起隔直流作用，并不影響阻抗匹配，所以只要求匹配電阻R與Rp相等即可，它不會(huì)引起輸出高電平的降低，故增加了對(duì)高電平的抗干擾能力。（4）終端接鉗位二極管匹配如圖12．3-7（d）所示，利用二極管D把B門輸入端低電平鉗位在0．3V以下，可以減少波的反射和振蕩，提高動(dòng)態(tài)抗干擾能力。60

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，例如以傳感器直接輸出0～10mA電流在長(zhǎng)線上傳輸，在接收端可并上50OΩ（或1KΩ）的精密電阻（型號(hào)為RJJ-0．25W），將此電流轉(zhuǎn)換為0～5V（或0～10V）電壓，然后送入A/D轉(zhuǎn)換器，如圖11.3-8所示。61四、其它抗干擾措施1．門電路、觸發(fā)器、單穩(wěn)電路的抗電擾措施

（1）對(duì)信號(hào)整型62

為了保持門電路輸入信號(hào)和觸發(fā)器時(shí)鐘脈沖的正確波形，如規(guī)定的上升時(shí)間tn和下降時(shí)間tf，以及確保一定的脈沖寬度，如果前一級(jí)有RC型積分電路時(shí)，后面要用斯密特型電路整形，如圖11.3-9所示。（2）組件不用的輸入端處理一般有如圖11．4-10所示的幾中方法。圖中（a）所示的方法最簡(jiǎn)單，但增加了前級(jí)門的負(fù)擔(dān)。（b）把不用的輸入端通過一個(gè)電阻接＋5V。這種方法適用于慢速、多干擾的場(chǎng)合。（c）利用印刷電路板上多余的反相器，讓其輸入接地，使其輸出去控制工作門不用的輸入端。63（3）觸發(fā)器的抗干擾措施為防止R-S觸發(fā)器發(fā)生誤動(dòng)作，往往把幾個(gè)信號(hào)“與”起來做為它的輸入信號(hào)。同時(shí)觸發(fā)器輸出端引出板外時(shí)，必須通過緩沖器隔離，而且以“非”信號(hào)傳輸抗干擾能力較強(qiáng)。（4）單穩(wěn)電路的抗干擾措施單穩(wěn)電路的外接RC端的抗噪聲能力比輸入端低得多，因此要盡量縮短這里的連線，減少閉環(huán)電流，以防止由于感應(yīng)產(chǎn)生的誤觸發(fā)，當(dāng)接入可變電阻時(shí)，應(yīng)當(dāng)將電阻接在單穩(wěn)電路側(cè)。

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2．機(jī)械觸，戍及史、直流電路的嗓聲抑制

（1）機(jī)械觸點(diǎn)的抗干擾措施

開關(guān)、按鈕、繼電器觸點(diǎn)等在操作時(shí)，經(jīng)常要發(fā)生抖動(dòng)，如不采取措施、則會(huì)造成誤動(dòng)作。這類器件可采用圖11．3-13所示的辦法，以獲得沒有振蕩的邏輯信號(hào)。65（2）防止電感性負(fù)載閉合、斷開噪聲的措施接觸器、繼電器的線圈斷電時(shí)，會(huì)產(chǎn)生很高的反高勢(shì)，這不僅要損壞元件，而且成為感應(yīng)噪聲，可以通過電源直接侵入到單片機(jī)中，也可以在配線間因靜電感應(yīng)而耦合。因此，在輸入/輸出通道中使用這類器件時(shí)，必須在線圈兩端并接噪聲抑制器。663．地線設(shè)計(jì)是一個(gè)很重要的問題

在微機(jī)應(yīng)用中系統(tǒng)中，地線結(jié)構(gòu)大致有系統(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，分別與電源端地線相連，當(dāng)系統(tǒng)工作頻率小于1MHZ時(shí)，屏蔽線應(yīng)采用單點(diǎn)接地；當(dāng)系統(tǒng)工作頻率在1M～10MHZ時(shí)，屏蔽線應(yīng)采用多點(diǎn)接地。

的問題

要將強(qiáng)、弱電路嚴(yán)格分開，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，接地線應(yīng)盡量加粗，在印刷電路板的的各個(gè)關(guān)鍵部位應(yīng)配置去耦電容。

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5．對(duì)系統(tǒng)中用到的元器件要進(jìn)行篩選

要選擇標(biāo)準(zhǔn)化以及互換性好的器件或電路對(duì)硬件電路存在的故障可通過常規(guī)的電平檢測(cè)、信號(hào)檢測(cè)或編制自診斷程序來加以判斷。

6．電路設(shè)計(jì)時(shí)要注意電平匹配如TTL“1”電平是2．4～5伏，“0”電平是0～0．4伏；而CMOS輸入“1”電平是4．9～5伏，“0”電平是0～0．01伏。因此，當(dāng)CMOS器件接受TTL輸出時(shí)，其輸入端就要加電平轉(zhuǎn)換器或上拉電阻，否則，CMOS器件就會(huì)處于不確定狀態(tài)。68

7.單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，不應(yīng)超過其驅(qū)動(dòng)能力，否則會(huì)引起邏輯電平不正常，。如果要超負(fù)載驅(qū)動(dòng)，則應(yīng)加上總線驅(qū)動(dòng)器，如74LS244、74LS245等。8．CMOS電路不使用的輸入端不允許浮空。否則會(huì)引起邏輯電平不正常，易接受外界干擾產(chǎn)生誤動(dòng)作。在設(shè)計(jì)時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況，將多余的輸入端與正電源或地相連接。9．軟件的抗干擾設(shè)計(jì)，是應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì)的一個(gè)重要組成部分。在許多情況下應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾不可能完全依靠硬件來解決。而對(duì)軟件采取抗干擾設(shè)計(jì)，往往成本低見效快，起到事半功倍的效果。69在充分利用內(nèi)部RAM的基礎(chǔ)上再分配外部的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。所以單拍、斷點(diǎn)方式運(yùn)行只驗(yàn)證程序正確與否，而不能確定定時(shí)器的定時(shí)精度、CPU的實(shí)時(shí)響應(yīng)速度等動(dòng)態(tài)問題。因此，選用I/O接口電路要根據(jù)系統(tǒng)總的接口要求來權(quán)衡。而CMOS輸入“1”電平是4．9～5伏，“0”電平是0～0．01伏。并檢查輸入口與輸入設(shè)備狀態(tài)是否一致。8031是目前國(guó)內(nèi)最適用的單片機(jī)，它需外接EPROM/EEPROM電路作為外部程序存諸器。采用光電耦合器可以將主機(jī)與前向、后向以及其它主機(jī)部分切斷電源的聯(lián)系，能有效地防止干擾從過程通道進(jìn)入主機(jī)，其原理如圖11.（3）光電耦合器是在密封條件下實(shí)現(xiàn)輸入回路與輸出回路的光耦合，不會(huì)受到外界光的干擾但總體設(shè)計(jì)方法和研制步驟卻基本相同，本章針對(duì)大多數(shù)應(yīng)用場(chǎng)合，簡(jiǎn)要介紹單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一般開發(fā)、研制方法，并通過應(yīng)用實(shí)例對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的軟、硬件設(shè)計(jì)等各方面作進(jìn)一步的分析和討論，以便使讀者在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面打下良好基礎(chǔ)?！こ绦蚬袒袩o(wú)錯(cuò)誤。應(yīng)用系統(tǒng)加電，或按其復(fù)位開關(guān)后，DSG-51應(yīng)進(jìn)入復(fù)位，否則樣機(jī)復(fù)位電路有的有故障，用開關(guān)選擇樣機(jī)晶振電路，考驗(yàn)其性能。模擬電路應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)對(duì)它的速度、精度和價(jià)格要求來選擇。由此可見，當(dāng)組成一個(gè)單片機(jī)的測(cè)控系統(tǒng)時(shí)，還需設(shè)計(jì)相關(guān)的外圍電路，如電信號(hào)調(diào)節(jié)放大電路、驅(qū)動(dòng)電路等。測(cè)控算法，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)常用算術(shù)平均值算法進(jìn)行數(shù)字濾波，直接數(shù)字控制（DDC）系統(tǒng)常用PID控制算法進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。解決的方法如下：對(duì)于簡(jiǎn)單的系統(tǒng)，通常用中斷方法分配CPU的時(shí)間，指定哪些任務(wù)由主程序處理，哪些任務(wù)由中斷服務(wù)程序處理，并指定各中斷系統(tǒng)的優(yōu)先級(jí)別。單片機(jī)進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，不應(yīng)超過其驅(qū)動(dòng)能力，否則會(huì)引起邏輯電平不正常，。

在實(shí)際情況中，針對(duì)不同的干擾后果，采取不同的軟件對(duì)策，在實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了消除傳感器通道中的干擾信號(hào)，可采用軟件數(shù)字濾波，如算術(shù)平均值法、比較舍取法、中值法、一階遞推數(shù)字濾波法等；

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在開關(guān)量控制系統(tǒng)中，為防止干擾進(jìn)入系統(tǒng)，造應(yīng)各種控制條件、輸出控制失誤，可采取軟件冗余、設(shè)置當(dāng)前輸出狀態(tài)寄存單元、自檢程序等措施，為防止PC失控造成程序“亂飛”而盲目運(yùn)行，可設(shè)置軟件“監(jiān)視跟蹤定時(shí)器”來監(jiān)視程序運(yùn)行狀態(tài)，也可在非程序區(qū)設(shè)置軟件陷阱，強(qiáng)行使程序回到復(fù)位狀態(tài)。用硬件設(shè)置Watchdog電路強(qiáng)制系統(tǒng)這回也是一種常用的方法。71五、軟件故障的監(jiān)測(cè)與恢復(fù)軟件的可靠性與其正確性密切相關(guān)，往往由于設(shè)計(jì)的失誤和工藝過程考慮不周等原因，使故障蘊(yùn)藏在軟件中。軟件故障的主要表現(xiàn)是程序“死鎖”或突然“飛掉”，從而影響系統(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)具備程序超時(shí)的“監(jiān)視”和軟件故障自動(dòng)恢復(fù)的“引導(dǎo)”功能。

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對(duì)程序采取時(shí)間監(jiān)視是判斷“死鎖”或”飛掉”的有效方法，即預(yù)先確定某段應(yīng)用程序的執(zhí)行時(shí)間，在其起始位置上，重新對(duì)單片機(jī)內(nèi)部定時(shí)器置數(shù)，使定時(shí)時(shí)間略大于該段程序執(zhí)行時(shí)間，而在該段程序的結(jié)束位置下，預(yù)先安排好清除定時(shí)器的監(jiān)測(cè)信號(hào)。當(dāng)程序正常時(shí)，監(jiān)測(cè)信號(hào)先清除定時(shí)器，使其不能發(fā)出中斷請(qǐng)求。只有當(dāng)程序“死鎖”或“飛掉”時(shí)，定時(shí)器溢出，作為故障信號(hào)請(qǐng)求中斷，并轉(zhuǎn)向自恢復(fù)程序。

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也可用外部擴(kuò)展定時(shí)器／計(jì)數(shù)器，或只用一片可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路74HCl23構(gòu)成軟件監(jiān)測(cè)與恢復(fù)電路，如圖11．3-12（a）所示，圖（b）為各點(diǎn)波形囹，識(shí)別信號(hào)供單片機(jī)用以間斷復(fù)位操作的性質(zhì)，如果識(shí)別信號(hào)為“0”，是故障復(fù)位，則不初始化，而轉(zhuǎn)入判斷程序，以決定作相應(yīng)處理。74

軟件故障監(jiān)測(cè)與恢復(fù)程序流程圖，如圖11．3-13所示，程序標(biāo)志位是每進(jìn)入一個(gè)程序模塊時(shí)設(shè)置的，退出時(shí)，則清除。有了標(biāo)志位，使可判斷故障位置，從而引導(dǎo)自動(dòng)恢復(fù)處理。從以上分析可知，只有外加資源，軟、硬兼施，相互配合，才能獲得高可靠性的微機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)。

75§11.4單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試本節(jié)采用DSG-51在線仿真器作為開發(fā)工具，說明一般應(yīng)用系統(tǒng)的調(diào)試過程。一、硬件調(diào)試根據(jù)硬件電路圖試制出樣機(jī)后，即可進(jìn)行硬件調(diào)試，檢查設(shè)計(jì)錯(cuò)誤并排除工藝性故?？煞朱o態(tài)檢查和仿真調(diào)試兩個(gè)階段。76