《單片機(jī)原理》第七章

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1、目錄 第7章 單片機(jī)的應(yīng)用與開發(fā)技術(shù) 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟 7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施 7.3 單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)舉例：電熱箱溫控系統(tǒng) 目錄 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 是 以 單 片 機(jī) 為 核 心 ， 擴(kuò) 展 外 圍 芯片 和 電 路 ， 能 完 成 一 定 任 務(wù) 的 微 機(jī) 系 統(tǒng) 。 單 片 機(jī) 具 有 體 積 小 、 成 本 低 、 抗 干 擾 強(qiáng) 、 使 用 方便 靈 活 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 已 廣 泛 應(yīng) 用 于 生 產(chǎn) 和 科 技 等 各 個 領(lǐng) 域 。1、 確 定 系 統(tǒng) 控 制 方 案 ， 徹 底 了 解 控 制 對 象 和 控 制 要 求 。 單

2、片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 一 般 包 括 以 下 步 驟 ：7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟 （ 1） 高 速 對 象 （ 電 機(jī) 調(diào) 速 、 圖 像 語 音 識 別 等 ） 還 是 慢 速對 象 （ 溫 度 、 流 量 等 過 程 控 制 ） ； （ 2） 開 環(huán) 控 制 還 是 閉 環(huán) 控 制 ； 目錄 2、 確 定 控 制 算 法 ， 根 據(jù) 系 統(tǒng) 數(shù) 學(xué) 模 型 和 控 制 要 求 ， 選 擇單 片 機(jī) 的 控 制 規(guī) 律 。 3、 微 機(jī) 選 型 ： 綜 合 考 慮 控 制 要 求 、 經(jīng) 濟(jì) 條 件 等 多 種 因 素進(jìn) 行 。 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟1、 確

3、 定 系 統(tǒng) 控 制 方 案 ， 徹 底 了 解 控 制 對 象 和 控 制 要 求 。 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 一 般 包 括 以 下 步 驟 ： （ 1） 直 流 電 機(jī) 傳 動 系 統(tǒng) 多 用 PID控 制 ； （ 2） 交 流 傳 動 則 除 PID外 ， 還 用 矢 量 變 換 控 制 ； （ 3） 溫 度 調(diào) 節(jié) 等 滯 后 系 統(tǒng) 多 采 用 大 林 算 法 與 施 密 斯 預(yù)估 算 法 等 。 目錄 2、 確 定 控 制 算 法 ， 根 據(jù) 系 統(tǒng) 數(shù) 學(xué) 模 型 和 控 制 要 求 ， 選 擇單 片 機(jī) 的 控 制 規(guī) 律 。 3、 微 機(jī) 選 型 ： 綜 合

4、 考 慮 控 制 要 求 、 經(jīng) 濟(jì) 條 件 等 多 種 因 素進(jìn) 行 。 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟1、 確 定 系 統(tǒng) 控 制 方 案 ， 徹 底 了 解 控 制 對 象 和 控 制 要 求 。 單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 一 般 包 括 以 下 步 驟 ： （ 1） MCS-51系 列 單 片 機(jī) 是 國 內(nèi) 很 常 用 的 8位 機(jī) ； （ 2） 在 要 求 更 高 的 場 合 ， 應(yīng) 考 慮 采 用 MCS-96系 列 單 片 機(jī) ； （ 3） 對 運(yùn) 算 速 度 要 求 更 高 的 場 合 ， 可 考 慮 采 用 數(shù) 字 信 號 處理 器 （ DSP） 。 目錄

5、4、 硬 件 設(shè) 計(jì) ： 在 系 統(tǒng) 控 制 方 案 的 基 礎(chǔ) 上 ， 根 據(jù) 單 片 機(jī) 本身 的 硬 件 資 源 ， 確 定 出 整 個 系 統(tǒng) 的 控 制 電 路 。 5、 軟 件 設(shè) 計(jì) ： 依 據(jù) 控 制 算 法 和 控 制 電 路 。 在 硬 件 和 軟 件 設(shè) 計(jì) 中 要 做 好 抗 干 擾 設(shè) 計(jì)7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 一 般 包 括 以 下 步 驟 ： 單 片 機(jī) 片 內(nèi) 的 資 源 應(yīng) 充 分 予 以 利 用 ， 只 有 在 不 能滿 足 要 求 時 ， 才 需 要 擴(kuò) 展 。通 常 硬 件 少 則 軟 件 多 ， 反 之

6、亦 然 。程 序 編 制 法 則 ：畫 框 圖 確 定 軟 件 功 能 模 塊 確 定 流 程 圖 調(diào) 試 子 程 序 程 序 總 調(diào) 。 目錄 4、 硬 件 設(shè) 計(jì) ： 在 系 統(tǒng) 控 制 方 案 的 基 礎(chǔ) 上 ， 根 據(jù) 單 片 機(jī) 本身 的 硬 件 資 源 ， 確 定 出 整 個 系 統(tǒng) 的 控 制 電 路 。 5、 軟 件 設(shè) 計(jì) ： 依 據(jù) 控 制 算 法 和 控 制 電 路 。 6、 系 統(tǒng) 總 調(diào) ： 根 據(jù) 制 成 的 硬 件 電 路 和 調(diào) 試 過 的 程 序 做 系統(tǒng) 總 調(diào) 。 7.1 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)步驟單 片 機(jī) 應(yīng) 用 系 統(tǒng) 的 開 發(fā) 一 般 包 括 以

7、下 步 驟 ： 常 用 單 片 機(jī) 仿 真 完 成 ， 然 后 固 化 軟 件 ， 脫 開 仿 真 器 ，插 回 單 片 機(jī) 與 固 化 了 的 程 序 存 儲 器 。 目錄 從理論上講，只要將程序編好系統(tǒng)就可以正常工作了。但是在實(shí)際應(yīng)用中，常常會出現(xiàn)系統(tǒng)無緣無故的“死機(jī)”。這種情況會導(dǎo)致不可想象的后果，特別在一些閉環(huán)的控制系統(tǒng)，這是絕對不允許的。7.2.1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施造成“死機(jī)”的主要原因： 51單片機(jī)的程序是單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)指令的集合。如果干擾信號破壞了PC的內(nèi)容，使PC指向數(shù)據(jù)。 PC的錯誤使程序不是從正

8、常的入口進(jìn)入到循環(huán)體中，無法從循環(huán)體中轉(zhuǎn)出等。 目錄 解 決 “ 死 機(jī) ” 的 方 法 只 有 一 種 ， 強(qiáng) 迫 PC=0000H。 即 將 單片 機(jī) “ 復(fù) 位 ” 。 使 用 “ 看 門 狗 ” 電 路 可 以 有 效 地 解 決 上 述 問 題 。 7.2.1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施造成“死機(jī)”的主要原因： 51單片機(jī)的程序是單字節(jié)、雙字節(jié)和三字節(jié)指令的集合。如果干擾信號破壞了PC的內(nèi)容，使PC指向數(shù)據(jù)。 PC的錯誤使程序不是從正常的入口進(jìn)入到循環(huán)體中，無法從循環(huán)體中轉(zhuǎn)出等。 目錄 1、 看 門 狗 電 路 工 作 原

9、 理 及 參 數(shù) 設(shè) 定MCS-51 RESET ALE P1.0 CP Q/R N位 計(jì) 數(shù) 器死 機(jī) 時 的 復(fù) 位 脈 沖 程 序 正 常 時的 “ 喂 狗 ” 信 號 原 始 喂 狗中 間 喂 狗1） 根 據(jù) 程 序 一 次 周 期 的 時 間 T1選 擇 計(jì) 數(shù) 器 的 溢 出 時 間 T2；2） 不 能 影 響 正 常 時 單 片 機(jī) 的 工 作 ， 即 兩 次 “ 喂 狗 ” 的 時 間 間 隔 T3要 小 于 計(jì) 數(shù) 器 溢 出 的 時 間 ； 即 T2T1T33） 合 理 選 擇 “ 喂 狗 ” 的 位 置 。 程 序 飛 走7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施7.2.

10、1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路 目錄 目 前 ， 市 場 上 已 經(jīng) 出 現(xiàn) 多 種 型 號 的 微 機(jī) 監(jiān) 控 電 路 芯 片 ，這 些 芯 片 不 僅 自 帶 計(jì) 數(shù) 脈 沖 振 蕩 器 ， 而 且 還 能 對 單 片 機(jī)的 供 電 電 源 進(jìn) 行 監(jiān) 控 ， 確 保 系 統(tǒng) 萬 無 一 失 。在 一 些 高 檔 單 片 機(jī) 中 還 內(nèi) 嵌 了 “ 監(jiān) 控 電 路 ” 如 PHILIPS公 司 生 產(chǎn) 的 8XC552系 列 單 片 機(jī) （ 與 MCS-51 全 兼 容 ） ，內(nèi) 部 具 有 一 個 “ Watch Dog”電 路 ， 對 系 統(tǒng) 實(shí) 行 全 面 監(jiān)控

11、。硬 件 的 監(jiān) 控 電 路 還 需 軟 件 配 合 ， 合 理 、 正 確 地 使 用 指 令對 監(jiān) 控 電 路 進(jìn) 行 “ 清 零 ” ， 這 些 需 要 綜 合 考 慮 加 上 經(jīng) 驗(yàn)和 反 復(fù) 調(diào) 試 ， 這 樣 才 能 發(fā) 揮 出 監(jiān) 控 電 路 的 最 大 潛 能 。7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施7.2.1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路 目錄 2、 帶 電 源 監(jiān) 控 功 能 的 看 門 狗 電 路 MAX813L/MR: 手 動 復(fù) 位 端 ， 低 有 效Vcc,GND: 電 源 端 ；PFI: 電 源 故 障 輸 入 端 ；WDI : 看 門 狗

12、輸 入 ；RESET: 復(fù) 位 輸 出 ；/WDO: 看 門 狗 輸 出 。1 8 2 73 64 5 /WDORESTWDI/PFO/MRVccGNDPFI 看 門 狗 躍遷 檢 測 器 看 門 狗定 時 器時 基 電 路復(fù) 位 產(chǎn) 生 器 & +- +-WDI/MRVccPFI RESET/PFO/WDO4.65V 1.25VMAX813L內(nèi) 部 電 路 框 圖轉(zhuǎn) 電 路 7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施7.2.1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路 目錄 MAX813L的 引 腳 功 能 說 明復(fù) 位 輸 出 RESET： 當(dāng) 系 統(tǒng) 上 電 、 掉 電 或 供 電

13、 電 源 降 低 時 ，該 腳 輸 出 200mS的 高 電 平 復(fù) 位 信 號 。 復(fù) 位 門 限 電 平 為 4.65V?？?門 狗 輸 出 WDO： 如 果 在 1.6S內(nèi) 外 部 沒 有 觸 發(fā) WDI， 則 該腳 輸 出 一 個 低 電 平 信 號 。手 動 復(fù) 位 信 號 /MR： 低 電 平 有 效 ， 對 應(yīng) 在 RESET腳 上 輸 出一 個 高 電 平 。1.25V門 限 值 檢 測 器 PFI： 第 4腳 輸 入 、 第 5腳 輸 出 。 當(dāng) PFI引腳 上 的 電 壓 低 于 1.25V時 ， 在 第 五 腳 輸 出 一 個 低 電 平 。7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)

14、的抗干擾措施2、 帶 電 源 監(jiān) 控 功 能 的 看 門 狗 電 路 MAX813L7.2.1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路 目錄 MAX813L的 典 型 應(yīng) 用 電 路1 8 2 73 64 5 /WDORESTWDI/PFO/MRVccGNDPFI AT89C51RESETP1.0/INT0未 穩(wěn) 壓 的直 流 電 源7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施2、 帶 電 源 監(jiān) 控 功 能 的 看 門 狗 電 路 MAX813L7.2.1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路 返 回7.2.2 目錄 軟 件 設(shè) 計(jì) 中 ， 在 程 序 的 某 些 點(diǎn) 中 加

15、 入 適 當(dāng) 的 指 令 使 其 通 過P1.0口 線 不 斷 地 輸 出 周 期 小 于 1.6S的 脈 沖 信 號 送 至MAX813L的 WDI端 。 如 果 程 序 發(fā) 生 “ 死 機(jī) ” 時 ， P1.0上 無 脈 沖 輸 出 。 時 間 超 過1.6S后 /WDO端 輸 出 低 電 平 使 /MR端 變 低 因 而 使 MXA813L的RESET端 輸 出 一 個 高 電 平 ， 將 單 片 機(jī) 復(fù) 位 。 當(dāng) 電 源 電 壓 低 于 4.65V時 ， MAX813L也 會 產(chǎn) 生 RESET信 號將 單 片 機(jī) 復(fù) 位 ， 從 而 避 免 單 片 機(jī) 因 電 源 過 低 而 產(chǎn)

16、生 錯 誤 的 操作 。 電 源 故 障 檢 測 是 將 未 穩(wěn) 壓 的 電 源 經(jīng) 分 壓 電 阻 采 樣 ， PFI電 壓低 于 1.25V時 ， /PFO輸 出 低 電 平 ， 向 單 片 機(jī) 發(fā) 出 中 斷 申 請 。單 片 機(jī) 通 過 中 斷 服 務(wù) 程 序 對 重 要 的 數(shù) 據(jù) 進(jìn) 行 備 份 等 操 作 。 7.2 MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施2、 帶 電 源 監(jiān) 控 功 能 的 看 門 狗 電 路 MAX813L7.2.1 抗 干 擾 硬 件 措 施 看 門 狗 電 路 目錄 7.2.2 抗 干 擾 軟 件 措 施 之 一 軟 件 陷 阱 軟 件 陷 阱 是 對 跑 飛

17、 程 序 的 一 種 “ 俘 獲 ” ， 失 常 程 序 一旦 進(jìn) 入 “ 陷 阱 ” 就 會 被 強(qiáng) 迫 回 到 單 片 機(jī) 的 復(fù) 位 狀 態(tài) 。LJMP 0000H的 操 作 碼 為 02 00 00H， 空 操 作 指 令NOP的 操 作 碼 為 00H。如 果 在 程 序 存 儲 器 的 所 有 空 白 單 元 中 布 滿 02 00 00 02 00 00指 令 碼 ， 那 么 ， 一 旦 失 常 程 序 進(jìn) 入 這 些“ 陷 阱 ” ， 單 片 機(jī) 就 會 因 執(zhí) 行 某 一 條 LJMP 0000H指令 而 自 動 返 回 0000H地 址 處 執(zhí) 行 。7.2 MCS-51單

18、片機(jī)系統(tǒng)的抗干擾措施 目錄電 熱 箱 單 片 機(jī) 溫 控 系 統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 框 圖 7.3 單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)舉例：電熱箱溫控系統(tǒng) 目錄 單 片 機(jī) 具 有 溫 度 設(shè) 定 、 顯 示 、 給 出 采 樣 溫 度 反 饋 值 、 輸 出 溫度 控 制 量 以 及 作 調(diào) 節(jié) 器 運(yùn) 算 等 功 能 。 7.3 單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)舉例：電熱箱溫控系統(tǒng) 目錄溫 度 信 號 輸 入 通 道MC14433是 雙 積 分 3 位 的 A/D轉(zhuǎn) 換 器 ： 采 用 掃 描 的 方 法 ；DS4DS1： 分 別 是 個 、 十 、 百 、 千 位 的 選 通 脈 沖 輸 出 線 ；Q3Q0: BCD碼 數(shù) 據(jù) 輸

19、 出 線 ， 動 態(tài) 地 輸 出 千 位 、 百 位 、 十 位 、 個 位 值 。EOC與 INT0相 接 使 得 MC14433每 次 A/D結(jié) 束 后 ， 同 時 啟 動 下 一 次 轉(zhuǎn) 換 ，使 其 處 于 連 續(xù) 的 A/D轉(zhuǎn) 換 中 ， 并 使 得 單 片 機(jī) 在 中 斷 服 務(wù) 程 序 中 讀 入 該次 轉(zhuǎn) 換 結(jié) 果 。 7.3 單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)舉例：電熱箱溫控系統(tǒng) 目錄輸 出 控 制 電 路雙 向 可 控 硅 導(dǎo) 通 ， 電 熱 絲 兩 端 加 220V電 壓 ；雙 向 可 控 硅 截 止 ， 電 熱 絲 兩 端 電 壓 大 大 降 低 。對 于 溫 度 控 制 系 統(tǒng) ， 系 統(tǒng) 具 有 大 熱 慣 性 ， 系 統(tǒng) 采 用 脈 沖 寬 度 調(diào) 制 的 控 制 方 法 。 7.3 單片機(jī)應(yīng)用與開發(fā)舉例：電熱箱溫控系統(tǒng) 目錄