【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 續(xù)保持2個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)時(shí)鐘振動(dòng)周期）以上高電平，則可使單片機(jī)復(fù)位。內(nèi)部復(fù)位電路在每一個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣斯密特觸發(fā)器的輸出端，該觸發(fā)器可抑制RST引腳的噪聲干擾，并在復(fù)位期間不產(chǎn)生ALE信號(hào)，內(nèi)部RAM處于不斷電狀態(tài)。其中的數(shù)據(jù)信息不會(huì)丟失，也即復(fù)位后，只影響SFR中的內(nèi)容，內(nèi)部RAM中的數(shù)據(jù)不受影響。外部復(fù)位有上電復(fù)位和按鍵電平復(fù)位。由于單片機(jī)運(yùn)行過程中，其本身的干擾或外界干擾會(huì)導(dǎo)致出錯(cuò)，此時(shí)我們可按復(fù)位鍵重新開始運(yùn)行。為了便于本設(shè)計(jì)運(yùn)行調(diào)試，復(fù)位電路采用按鍵復(fù)位方式。按鍵復(fù)位電路如圖217所示。 圖217復(fù)位電路 （7）時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路是單片機(jī)的心臟，它控制著單片機(jī)的工作節(jié)奏。MCS51單片機(jī)允許的時(shí)鐘頻率是因型號(hào)而異的，其典型值為12MHZ。AT89C51內(nèi)部有一個(gè)反相振蕩放大器，XTAL1和 XTAL2分別是該反向振蕩放大器的輸入端和輸出端。該反向放大器可配置為片內(nèi)振蕩器，石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。本設(shè)計(jì)采用的晶振頻率為12MHZ。51系列單片機(jī)還可使用外部時(shí)鐘。在使用外部時(shí)鐘時(shí)，外部時(shí)鐘必須從XTAL1輸入，而XTAL2懸空。時(shí)鐘電路如下圖所示：圖218時(shí)鐘電路(8)鍵盤接口鍵盤在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)輸入數(shù)據(jù)、傳送命令的功能，是人工干預(yù)的主要手段。鍵盤分兩大類：編碼鍵盤和非編碼鍵盤。編碼鍵盤：由硬件邏輯電路完成必要的鍵識(shí)別工作與可靠性措施。每按一次鍵，鍵盤自動(dòng)提供被按鍵的讀數(shù)，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)選通脈沖通知微處理器，一般還具有反彈跳和同時(shí)按鍵保護(hù)功能。這種鍵盤易于使用，但硬件比較復(fù)雜，對(duì)于主機(jī)任務(wù)繁重之情況，采用8279可編程鍵盤管理接口芯片構(gòu)成編碼式鍵盤系統(tǒng)是很實(shí)用的方案。非編碼鍵盤：只簡(jiǎn)單地提供鍵盤的行列與矩陣，其他操作如鍵的識(shí)別，決定按鍵的讀數(shù)等都靠軟件完成，故硬件較為簡(jiǎn)單，但占用CPU較多時(shí)間。非編碼鍵盤有：獨(dú)立式按鍵結(jié)構(gòu)、矩陣式按鍵結(jié)構(gòu)。本設(shè)計(jì)采用的是非編碼獨(dú)立連接式的鍵盤。在非編碼鍵盤系統(tǒng)中，鍵閉合和鍵釋放的信息的獲取，鍵抖動(dòng)的消除，鍵值查找及一些保護(hù)措施的實(shí)施等任務(wù)，均由軟件來完成。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是CPU的工作內(nèi)容之一。CPU忙于各項(xiàng)任務(wù)時(shí)，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式?？紤]儀表系統(tǒng)中CPU任務(wù)的份量，來確定鍵盤的工作方式。鍵盤的工作方式選取的原則是：既要保證能及時(shí)響應(yīng)按鍵的操作，又不過多的占用CPU的工作時(shí)間。鍵盤的工作方式有：查詢方式（編程掃描，定時(shí)掃描方式）、中斷掃描方式。獨(dú)立式按鍵接口就是各按鍵相互獨(dú)立，每個(gè)按鍵單獨(dú)占用一根I/O口線，每根I/O口線的按鍵工作狀態(tài)不會(huì)影響其他I/O口線上的工作狀態(tài)。因此，通過檢測(cè)輸入線的電平狀態(tài)可以很容易判斷哪個(gè)按鍵被按下了。優(yōu)點(diǎn)就是電路配置靈活，軟件結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)就是每個(gè)按鍵需占用一根I/O口線，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，I/O口浪費(fèi)大，電路結(jié)構(gòu)顯得復(fù)雜。因此，此鍵盤是用于按鍵較少或操作速度較高的場(chǎng)合[8]。本設(shè)計(jì)中由于所用鍵盤不多，所以采用獨(dú)立連接式的查詢式鍵盤就能夠滿足設(shè)計(jì)要求。鍵盤接口與鍵盤程序的根本任務(wù)就是要檢測(cè)有沒有鍵按下？按下的是那個(gè)位置的鍵值是多少？在本次設(shè)計(jì)中采用了軟件掃描的方法。本次設(shè)計(jì)采用了軟件去抖動(dòng)的方法。當(dāng)有鍵按下時(shí)，按鍵的觸點(diǎn)在閉合和斷開時(shí)均會(huì)產(chǎn)生抖動(dòng)，這時(shí)觸點(diǎn)的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如果不妥善處理，將會(huì)使按鍵命令的錯(cuò)誤執(zhí)行和重復(fù)執(zhí)行。采用軟件延時(shí)的方法來避開抖動(dòng)階段，這一延時(shí)過程一般大于5ms。(9)控制電路在本設(shè)計(jì)中，被測(cè)溫度信號(hào)經(jīng)采樣處理后，通過這種方式達(dá)到控制的目的?？刂频姆绞街饕心M量控制和開關(guān)量控制。本系統(tǒng)采用的是開關(guān)量控制。所謂的開關(guān)量控制就是通過控制設(shè)備的“開”或“關(guān)”狀態(tài)的時(shí)間來達(dá)到控制的目的。由于輸出設(shè)備往往需要大電壓來控制，而單片機(jī)系統(tǒng)輸出的為TTL電平，這種電平不能直接驅(qū)動(dòng)外部設(shè)備的開啟和關(guān)閉。另一方面，許多外部設(shè)備在開關(guān)過程中會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的電磁干擾信號(hào)，如果不隔離會(huì)使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的處理。因此在開關(guān)量的輸出控制過程中要考慮到兩個(gè)問題，一要隔離；二要放大。本設(shè)計(jì)采用繼電器作為控制電路的主要器件，繼電器具有一定的隔離作用，在繼電器前面加一個(gè)三極管用以放大輸出信號(hào)就可以驅(qū)動(dòng)繼電器的閉合和斷開，從而實(shí)現(xiàn)弱電控制強(qiáng)電的效果。繼電器是一種電子控制器件，它具有控制系統(tǒng)（又稱輸入回路）和被控制系統(tǒng)（又稱輸出回路），通常應(yīng)用于自動(dòng)控制電路中，它實(shí)際上是用較小的電流控制較大電流的一種開關(guān)。故在電路中起自動(dòng)調(diào)節(jié)、安全保護(hù)、轉(zhuǎn)換電路等作用。在工業(yè)自動(dòng)化控制系統(tǒng)中,繼電器經(jīng)常被用來控制執(zhí)行機(jī)構(gòu), 特別是應(yīng)用在一些耐潮、耐腐蝕、防爆的特殊裝置中。固態(tài)繼電器和MCS51系列單片機(jī)組成的控制系統(tǒng), 具有抗干擾性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單、系統(tǒng)兼容性好等特點(diǎn),具有非常廣闊的應(yīng)用前景。繼電器一般由通電線圈和觸電組成。當(dāng)線圈通電時(shí)，由于磁場(chǎng)作用，使開關(guān)觸電閉合。當(dāng)不通電時(shí)，則開關(guān)觸點(diǎn)斷開。一般線圈可用直流低電壓控制（+5V，+8V，+15V）。繼電器的特性參數(shù)包括輸入和輸出參數(shù)，主要的參數(shù)為額定輸入電壓、額定輸出電流、浪涌電流。根據(jù)輸入電壓參數(shù)值大小，可確定工作電壓大小。如采用TTL或CMOS等邏輯電平控制時(shí)，采用有足夠帶載能力的低電平驅(qū)動(dòng)，并盡可能使“0” V。如在噪聲很強(qiáng)的環(huán)境下工作，不能選用通、斷電壓值相差小的產(chǎn)品，必需選用通、斷點(diǎn)壓值相差大的產(chǎn)品，(如選接通電壓為8 V或12 V的產(chǎn)品)這樣不會(huì)因噪聲干擾而造成控制失靈 。本設(shè)計(jì)就是采用直流驅(qū)動(dòng)電壓為+5V的繼電器。觸電輸出部分可以直接與市電連接。 繼電控制電路（10）硬件扛干擾措施硬件抗干擾是應(yīng)用系統(tǒng)最基本和最主要的抗干擾手段，一般從防和抗兩方面入手來抑制干擾。其總的原則是抑制或消除干擾源，切斷干擾對(duì)系統(tǒng)的藕合通道，降低系統(tǒng)對(duì)干擾信號(hào)的敏感性。對(duì)于本系統(tǒng)，硬件抗干擾設(shè)計(jì)具體措施有隔離、接地、濾波等常用方法。1. 隔離 主要用于過程通道的隔離。光電禍合器能有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，提高信噪比。在輸入、輸出通道采用光電藕合器將控制系統(tǒng)與外圍接口隔離； 2. 接口 接地應(yīng)遵循的基本原則是數(shù)字地、模擬地、屏蔽地應(yīng)該合理接地，不能混用。要盡可能地使接地電路各自形成回路，減少電路與地線之間的電流禍合。合理布置地線使電流局限在盡可能小的范圍內(nèi)，并根據(jù)地電流的大小和頻率設(shè)計(jì)相應(yīng)寬度的印刷電路和接地方式。（去耦電容）；3. 濾波 電源系統(tǒng)干擾源主要是高次諧波。無源濾波器是一個(gè)簡(jiǎn)單的、有效的低通濾波器，它只讓電網(wǎng)中基波通過，而對(duì)高次諧波有急劇的衰減作用，對(duì)串模干擾和共模干擾信號(hào)具有很強(qiáng)的雙向抑制作用。3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在微機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，軟件與硬件同樣重要。硬件是系統(tǒng)的軀體，軟件則是靈魂，當(dāng)系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計(jì)好之后，系統(tǒng)的主要功能還是要靠軟件來實(shí)現(xiàn)，而且軟件的設(shè)計(jì)在很大程度上決定了測(cè)控系統(tǒng)的性能。為了滿足系統(tǒng)的要求，編制軟件時(shí)一般要符合以下基本要求：（1） 易理解性、易維護(hù)性 要達(dá)到易理解和易維護(hù)等指標(biāo)在軟件的設(shè)計(jì)方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)是最好的一種設(shè)計(jì)方法，這種設(shè)計(jì)方法是由整體到局部，然后再由局部到細(xì)節(jié)，先考慮整個(gè)系統(tǒng)所要實(shí)現(xiàn)的功能，確定整體目標(biāo)，然后把這個(gè)目標(biāo)分成一個(gè)個(gè)的任務(wù)，任務(wù)中可以分成若干個(gè)子任務(wù)，這樣逐層細(xì)分，逐個(gè)實(shí)現(xiàn)；（2） 實(shí)時(shí)性 實(shí)時(shí)性是電子測(cè)量系統(tǒng)的普遍要求即要求系統(tǒng)及時(shí)響應(yīng)外部事件的發(fā)生，并及時(shí)給出處理結(jié)果。近年來，由于硬件的集成度與運(yùn)算速度的提高，配合相應(yīng)的軟件，實(shí)時(shí)性比較容易滿足設(shè)計(jì)要求；（3） 準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性準(zhǔn)確性 準(zhǔn)確性對(duì)整個(gè)系統(tǒng)具有重要意義，尤其是測(cè)量系統(tǒng)，系統(tǒng)要進(jìn)行一定量的運(yùn)算，算法的正確性和準(zhǔn)確性對(duì)結(jié)果有著直接的影響，因此在算法的選擇、計(jì)算的精度等方面都要符合設(shè)計(jì)的要求；（4） 可靠性可靠性是系統(tǒng)軟件最重要的指標(biāo)之一，作為能夠穩(wěn)定運(yùn)行的系統(tǒng)，抗干擾技術(shù)的應(yīng)用是必不可少的，最起碼的要求是在軟件受到干擾出現(xiàn)異常時(shí)，系統(tǒng)還能恢復(fù)正常工作。 結(jié)合上述編制系統(tǒng)軟件的基本要求，首先討論軟件的設(shè)計(jì)思想。 系統(tǒng)的軟件由三大模塊組成：主程序模塊、功能實(shí)現(xiàn)模塊和運(yùn)算控制模塊。、后臺(tái)系統(tǒng)也稱超循環(huán)系統(tǒng)。其中，應(yīng)用程序是一個(gè)無限的循環(huán)，循環(huán)中調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)完成相應(yīng)的操作，這部分可以看成是后臺(tái)行為。中斷服務(wù)程序處理異步事件，這部分可以看成是前臺(tái)行為。后臺(tái)也可以叫做任務(wù)級(jí)。前臺(tái)也可以叫做中斷級(jí)。時(shí)間相關(guān)性很強(qiáng)的關(guān)鍵操作叩一定是靠中斷服務(wù)來保證的。本系統(tǒng)軟件正是基于這種軟件思想編制的。 前后臺(tái)系統(tǒng) 由于整個(gè)系統(tǒng)軟件相對(duì)比較龐大，為了便于編寫、調(diào)試、修改和增刪，系統(tǒng)軟件的編制采用了模塊化的設(shè)計(jì)。即整個(gè)控制軟件由許多獨(dú)立的小模塊組成，它們之間通過軟件接口連接，遵循模塊內(nèi)部數(shù)據(jù)關(guān)系緊湊，模塊之間數(shù)據(jù)關(guān)系松散的原則，按功能形成模塊化結(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的軟件主要由主程序模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、控制算法模塊等組成。主模塊的功能是為其余幾個(gè)模塊構(gòu)建整體框架及初始化工作數(shù)據(jù)采集模塊的作用是將轉(zhuǎn)換的數(shù)字量采集并儲(chǔ)存到存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)處理模塊是將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行一系列的處理，其中最重要的是數(shù)字濾波程序控制算法模塊完成控制系統(tǒng)的運(yùn)算并且輸出控制量。下面就介紹本系統(tǒng)幾個(gè)主要的程序模塊。主程序模塊要做的主要工作是上電后對(duì)系統(tǒng)初始化和構(gòu)建系統(tǒng)整體軟件框架，其中初始化包括對(duì)單片機(jī)的初始化、芯片初始化和串口初始化等。然后等待溫度設(shè)定，若溫度已經(jīng)設(shè)定好了，判斷系統(tǒng)運(yùn)行鍵是否按下，若系統(tǒng)運(yùn)行，則依次調(diào)用各個(gè)相關(guān)模塊，循環(huán)控制直到系統(tǒng)停止運(yùn)行。主程序要協(xié)調(diào)各個(gè)模塊的工作，要把溫度采集、溫度設(shè)置、溫度顯示、鍵盤掃描輸入、中斷處理等各個(gè)模塊的子程序統(tǒng)一協(xié)調(diào)起來，避免混亂打架的現(xiàn)象，要使得溫度控制各個(gè)模塊正常的工作。主程序在整個(gè)程序中起著至關(guān)重要的作用，是各個(gè)子程序聯(lián)系的樞紐。在附錄中給出了系統(tǒng)初始化源程序。開 始液晶、溫度采集、中斷等各部分的程序初始化采 集 當(dāng) 前 溫 度 液晶、數(shù)碼管顯示DS_MAXDS_MIN當(dāng)前溫度比 設(shè)定溫度維持狀態(tài)繼電器關(guān)繼電器開NO 中斷？YES設(shè)定—溫度鍵盤掃描 主程序流程圖對(duì)于不同的的環(huán)境，我們所設(shè)定的溫度范圍不一樣，所以我們必須能重設(shè)置溫度范圍。溫度設(shè)置范圍主要通過鍵盤輸入實(shí)現(xiàn)，我們采用的矩陣鍵盤，這種鍵盤可以大量的I/O資源，使用方便靈活，其中矩陣鍵盤的10個(gè)鍵的功能可定義為數(shù)字0~9，這樣輸入就十分方便，其中程序流程為：首先程序初始化→外部中斷1打開設(shè)置溫度標(biāo)志→進(jìn)入溫度設(shè)置界面→鍵盤掃面→設(shè)置溫度并顯示在液晶上→設(shè)置完畢→在次中斷清除設(shè)置標(biāo)志→返回。 數(shù)據(jù)采集模塊的任務(wù)是負(fù)責(zé)溫度信號(hào)的采集以及將采集到的溫度模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的數(shù)字量信號(hào)提供給單片機(jī)。單片機(jī)再經(jīng)過相應(yīng)的數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)采集主要通過DS18b20溫度傳感器采集被測(cè)物體的溫度。因?yàn)閿?shù)字溫度傳感器DS18B20能將外界的溫度直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，直接送入單片機(jī)處理就行了，就不用在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)化器將其轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，這樣就方便了很多而且抗干擾能力強(qiáng)。軟件程序也簡(jiǎn)化了很多，數(shù)據(jù)采集模塊的程序流程：數(shù)據(jù)采集的程序初始化即DS18b20的程序初始化→采集溫度→等待溫度轉(zhuǎn)換→讀取溫度送給單機(jī)處理，： 功能實(shí)現(xiàn)模塊主要由中斷處理子程序、鍵盤處理子程序、顯示子程序等部分組成。中斷系統(tǒng)在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中占有非常重要的角色，其中前后臺(tái)的應(yīng)用最為實(shí)用，中斷系統(tǒng)能幫助我們及時(shí)處理重要事務(wù)，出現(xiàn)故障能進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，中斷還能夠節(jié)約大量的CPU資源，就比如查詢方式來說中斷查詢方式要比軟件查詢方式要來得方便，可靠且節(jié)約內(nèi)存等，中斷系統(tǒng)對(duì)單片機(jī)來說是占有不可或缺的地位，限于篇幅，只介紹中斷處理子程序。 TO中斷子程序 該中斷是單片機(jī)內(nèi)部5s定時(shí)中斷，優(yōu)先級(jí)設(shè)為最低，用于執(zhí)行程序的前后臺(tái)服務(wù)，但卻是最重要的子程序。在該中斷響應(yīng)中，單片機(jī)要完成數(shù)字濾波、判斷是否越限、判斷是否報(bào)警、鍵盤掃描及溫度采集、繼續(xù)顯示當(dāng)前溫度、與設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)用PID算法子程序并輸出控制信號(hào)等功能。每到5秒就進(jìn)行一次掃描，對(duì)單片機(jī)的運(yùn)行時(shí)間的分配使得更為合理且精確可靠。其流程為：開始→T0中斷初始化→中斷時(shí)間到→進(jìn)入中斷→執(zhí)行相應(yīng)程序→結(jié)束。： 定時(shí)器T0流程圖 鍵盤中斷子程序作為優(yōu)先級(jí)較高的功能控制鍵， 系統(tǒng)要實(shí)時(shí)響應(yīng)該中斷。在該中斷的響應(yīng)過程中， 系統(tǒng)進(jìn)入溫度設(shè)子顯示界面，并且不斷掃描鍵盤子程序。可以從鍵盤中輸入0~9個(gè)數(shù)字并顯示在液晶和數(shù)碼管界面上。其流程為：開始→外部中斷初始化→等待外部中斷響應(yīng)→進(jìn)入設(shè)置溫度界面→鍵盤掃描→設(shè)置溫度→結(jié)束。： 鍵盤中斷程序流程圖 外部中斷INT0子程序外部中斷INT0是優(yōu)先級(jí)最高，優(yōu)先級(jí)高于其他的四個(gè)中斷，外部中斷0響應(yīng)用于退出溫度設(shè)置界面，恢復(fù)到當(dāng)前溫度采集界面，進(jìn)行溫度采集、顯示以及判斷是否越限并是否輸出報(bào)警等功能，其流程：開始→程序初始化→等待中斷→跳出溫度設(shè)置界面→執(zhí)行相應(yīng)的程序。： 外部中斷INT0中斷程序流程圖 軟件抗干擾措施 本系統(tǒng)中，在軟件方面的抗干擾措施主要從以下兩個(gè)個(gè)方面來考慮（1）按鍵的軟件消抖措施 按鍵是一個(gè)機(jī)械開關(guān)，當(dāng)鍵按下時(shí)，開關(guān)閉合。當(dāng)鍵松開時(shí)，開關(guān)斷開。其特點(diǎn)之一就是它的抖動(dòng)性，這是由按鍵的機(jī)械特性所決定的，抖動(dòng)的時(shí)間一般約為10ms一20ms。對(duì)于按鍵消抖的具體措施目前有兩種:一是用硬件電路來實(shí)現(xiàn)，即用濾波電路濾除抖動(dòng)。另一種是用軟件延時(shí)的方法來解決，即利用軟件的延時(shí)避開按鍵的按下與抬起時(shí)都有的抖動(dòng)期，從而避免檢測(cè)到干擾信號(hào)。本文采用的就是軟件延時(shí)消抖的方法。附錄中給出了延時(shí)程序的源程序，同時(shí)延時(shí)程序還作為通用功能模塊被其他模塊調(diào)用