【文章內(nèi)容簡介】 出信號強制單片機復位重新啟動工作，保證儀器正常工作。本設(shè)計利用了MAX831L的手動復位輸入端。只要程序一旦跑飛引起程序“死機”，端電平由高到低，當變低超過140ms，將引起MAX831產(chǎn)生一個200ms的復位脈沖。同時使看門狗定時器清0和使腳變成高電平。也可以隨時使用手動復位按扭使MAX831L產(chǎn)生復位脈沖，由于為產(chǎn)生復位脈沖端要求低電平至少保持140ms以上，故可以有效地消除開關(guān)抖動。該電路可以適時地監(jiān)控電源故障（掉電、電壓降低等）。圖中RI的一端接未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電源。電源正常時。當電源發(fā)生故障，電源故障輸出端電平由高變低，引起單片機中斷，CPU響應(yīng)中斷，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序，保護數(shù)據(jù)，斷開外部用電電路等。程序正常運行時，以消除芯片內(nèi)部的看門狗定時器。實現(xiàn)指令為：，則內(nèi)部看門狗定時器溢出，8號引腳由高電平變?yōu)榈碗娖健Ｒ餗AX831L產(chǎn)生一個200ms的復位脈沖。同時使看門狗定時器清零和使8號引腳變成高電平[15]。需要引起注意的是，整個單片機系統(tǒng)完成復位后，在PC指針的指針下整個程序?qū)?000H地址處重新開始初始化運行，而這在很多情況下是不允許的（如連續(xù)的工藝流程），為此必須采取相應(yīng)的措施。首先在對單片機系統(tǒng)完成復位后，程序應(yīng)該先判斷是開機運行（冷啟動）還是運行過程中“死機”之后的重新加載運行（熱啟動）。因此一般情況下在這兩種啟動方式下，系統(tǒng)程序在進入主流程在進入主流程前所要做的工作往往不同。如冷啟動后，系統(tǒng)程序在初始化程序往往要進行系統(tǒng)資源的自檢以及將各外圍設(shè)備修改設(shè)置，只是對單片機系統(tǒng)本身的一些資源進行必要的設(shè)置工作。其次，在大多數(shù)情況下，我們總可以把一個連續(xù)的過程分解開來，把它變成一個個獨立的子過程（狀態(tài)）組成的連續(xù)過程。在主程序運行過程中，適時保存相應(yīng)狀態(tài)和該狀態(tài)下的相關(guān)參數(shù)。其設(shè)計如圖311所示[16]。 圖311 看門狗電路 這樣當程序運行出現(xiàn)“死機”，在MAX831L作用下系統(tǒng)復位和初始化后，將首先查詢事先保存的狀態(tài)參數(shù)，然后根據(jù)此參數(shù)決定程序的流向。同時把該狀態(tài)下事先保存的參數(shù)取出，對系統(tǒng)外圍設(shè)備進行必要的恢復設(shè)置工作和引導程序繼續(xù)運行。第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件相關(guān)介紹8051系類單片機共擁有111條系統(tǒng)指令，可實現(xiàn)51種基本操作。然而匯編語言指令卻有程序的可讀性低，程序開發(fā)人員的開發(fā)時間長與開發(fā)難度大，程序移植性差等缺點。C語言是一種編譯型程序設(shè)計語言。它兼顧了多種高級語言的特點，并具備匯編語言的功能。用C語言來編寫目標系統(tǒng)軟件，會大大縮短開發(fā)周期，增加軟件的可讀性，便于改進和擴充。用C語言進行51系列單片機程序設(shè)計是單片機開發(fā)與應(yīng)用的必然趨勢。KEIL C51開發(fā)工具套件可用于匯編C語言程序、匯編源程序，鏈接和定位目標文件和庫，創(chuàng)建HEX文件以及調(diào)試目標程序[17]。本設(shè)計使用KEIL C51 μVision4為開發(fā)編譯環(huán)境，使用C語言編寫程序，實現(xiàn)各模塊功能設(shè)計。 系統(tǒng)主程序流程圖系統(tǒng)主程序的功能主要是完成對單片機的初始化，設(shè)置警戒壓力的上下限值，實時顯示壓力值以及鍵盤掃描等工作。主程序流程圖如圖41所示。系統(tǒng)啟動CPU初始化參數(shù)設(shè)定按鍵輸入按鍵處理采樣子程序顯示實時壓力數(shù)據(jù)處理子程序控制調(diào)節(jié)閥顯示開關(guān)是否是圖41 主程序流程圖 系統(tǒng)初始化該模塊在系統(tǒng)上電開機時將系統(tǒng)端口、數(shù)據(jù)存儲區(qū)、標志位、指針、地址等賦予有含義的值。具體分為以下幾個模塊列表描述。: 初始化參數(shù)及含義模塊變量/端口初始值功能控制端口初始化adRD/1A/D轉(zhuǎn)換芯片數(shù)據(jù)讀入控制，初始為不讀入adWR/0A/D轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換控制，初始為停止E/0通信接收發(fā)送控制，初始為接收DIS/0顯示數(shù)據(jù)鎖存控制，初始為保持RELAY/1繼電器控制，初始狀態(tài)為斷開波特率發(fā)生器初始化TMOD0x22單片機片內(nèi)定時/計數(shù)器工作在方式二SCON0x40串行口為8位UART工作方式TH10xf4波特率設(shè)置為4800bpsTL10xf4IE0禁止定時器中斷TR11啟動定時器REN1允許串行口接收數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)參數(shù)初始化xmark0x7531數(shù)據(jù)存儲狀態(tài)標志字節(jié)指針numtab0x0001數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針Uplq0xCF高壓力警戒值，初始值downlq0x10低壓力警戒值，初始值 顯示與A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中，顯示輸出的要求為壓縮BCD碼，而A/D轉(zhuǎn)換輸入的數(shù)據(jù)是8位16進制碼，因此在實現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。對8位A/D轉(zhuǎn)換器而言，其十六進制、相對滿偏電壓比率、： A/D轉(zhuǎn)換幅值數(shù)據(jù)關(guān)系對照表十六進制二進制滿刻度比率相對電壓幅值Vref=高四位低四位高四位電壓低四位電壓F111115/1615/256E111014/1614/256D110113/1613/256C110012/1612/256B101111/1611/256A101010/1610/256910019/169/256010008/168/256701117/167/256601106/166/256501015/165/256401004/164/256300113/163/256200102/162/256100011/161/256000000/160/256設(shè)輸入8位二進制數(shù)據(jù)為，的商即為以分米為單位的壓力數(shù)據(jù)，余數(shù)為以厘米為單位的數(shù)據(jù)，由于顯示位數(shù)僅為2位，最低位為分米，固使用“二舍三入”的辦法保留分米單位的整數(shù)倍數(shù)據(jù)。為了將這個數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為為壓縮BCD碼，再將，得到的商左移四位（相當于乘以16）為壓縮BCD碼高四位，余數(shù)為壓縮BCD碼低四位，二者相加，就是最終的結(jié)果。對于ADC0809的工作流程，[18]。綜上，電壓幅值與壓力在數(shù)值上是相等的。為了通過LCD直觀顯示壓力，進行轉(zhuǎn)換的思路如下：圖42 ADC0809的工作流程圖 按鍵部分軟件設(shè)計由于使用的按鍵較少，所以本文采用了獨立式鍵盤，即每個按鍵單獨占用一根口線。在程序查詢方式下，通過I/O端口讀入按鍵狀態(tài)，當有按鍵按下時，相應(yīng)的端口變?yōu)榈碗娖?，這樣通過讀入I/O口狀態(tài)判斷是否有按鍵按下。圖43 查詢式鍵盤的程序流程圖 通信協(xié)議及通信模塊軟件設(shè)計①通信協(xié)議為了使PC上位機與設(shè)備實現(xiàn)有意義的通信，設(shè)計了簡單的通信協(xié)議。通信波特率設(shè)計為4800bps，過高的波特率在沒有檢糾錯方式的情況下易發(fā)生數(shù)據(jù)的丟失，過低的波特率會使傳輸變慢。傳送以字節(jié)為單位，發(fā)送命令與數(shù)據(jù)。軟件設(shè)計上，系統(tǒng)以查詢的方式檢測上位機的命令控制字，并及時進入各響應(yīng)函數(shù)予以響應(yīng)[19] 。 通信協(xié)議上位機命令控制字含義下位機命令控制字含義0x00請求聯(lián)機檢測0xF0響應(yīng)聯(lián)機檢測成功0x01讀系統(tǒng)時間0xF1響應(yīng)寫時間指令，發(fā)送7字節(jié)時間數(shù)據(jù)0x02設(shè)置系統(tǒng)時間0xF2響應(yīng)度時間指令，接收7字節(jié)時間數(shù)據(jù)0x03讀當前壓力值0xF3響應(yīng)讀當前壓力指令，發(fā)送1字節(jié)壓力數(shù)據(jù)0x04讀記錄數(shù)據(jù)0xF4響應(yīng)讀記錄數(shù)據(jù)指令，發(fā)送2字節(jié)數(shù)據(jù)量及相應(yīng)數(shù)據(jù)0x05讀壓力上下限0xF5響應(yīng)讀壓力上下限指令，發(fā)送2字節(jié)壓力上下限數(shù)據(jù)0x06設(shè)置壓力上下限0xF6響應(yīng)設(shè)置壓力上下限指令，接收2字節(jié)壓力上下限數(shù)據(jù)0x07讀當前壓力及電機狀態(tài)0xF7響應(yīng)讀當前壓力及電機狀態(tài)指令，發(fā)送2字節(jié)壓力數(shù)據(jù)及電機狀態(tài)②通信模塊的控制該模塊在控制上設(shè)計兩個函數(shù)，一個是發(fā)送函數(shù)，另一個是接收函數(shù)。由于采用半雙工的通信方式，需要控制變量E的置位與復位轉(zhuǎn)換發(fā)送與接收的狀態(tài)。發(fā)送的過程：置E為1，使系統(tǒng)處于發(fā)送數(shù)據(jù)狀態(tài)；將數(shù)據(jù)寫入串行通信緩沖區(qū)SBUF；等待，直到發(fā)送完畢，將E清0，返回接收狀態(tài)。接收過程：清零E，使系統(tǒng)處于接收狀態(tài)；等待，直到接收完畢，讀串行通信緩沖區(qū)SBUF；繼續(xù)保持接收狀態(tài)[20]。圖44 通訊檢測流程圖 時間模塊軟件設(shè)計DS1302內(nèi)部寄存器的定義直接影響著軟件的設(shè)計，大概可分為時間控制寄存器和內(nèi)部RAM寄存器。其中：CH： 時鐘停止位寄存器2的第7位12/24小時標志CH=0 振蕩器工作允許bit7=1，12小時模式CH=1 振蕩器停止bit7=0，24小時模式WP： 寫保護位寄存器2的第5位：AM/PM定義WP=0 寄存器數(shù)據(jù)能夠?qū)懭?AP=1 下午模式WP=1 寄存器數(shù)據(jù)不能寫入 AP=0 上午模式TCS： 涓流充電選擇DS：二極管選擇位TCS=1010 使能涓流充電 DS=01 選擇一個二極管TCS=其它 禁止涓流充電 DS=10 選擇兩個二極管DS=00 或11, 即使TCS=1010, 充電功能也被禁止RS： 涓流充電電阻選擇位由于DS1302數(shù)據(jù)傳輸方式為串行移位輸入輸出。地址、數(shù)據(jù)的寫操作流程是相同的。地址沒有讀操作。無論是讀還是寫，二者結(jié)構(gòu)類似。讀寫的核心是產(chǎn)生SCLK移位信號與移位，讀操作是將數(shù)據(jù)從DS1302的I/O口移入單片機，寫操作是將數(shù)據(jù)從單片機移入DS1302時鐘芯片。我們最終處理的對象是時間數(shù)據(jù)或狀態(tài)數(shù)據(jù)，在獲取數(shù)據(jù)時，首先寫入地址，然后讀取數(shù)據(jù)；寫入數(shù)據(jù)時，先寫入地址，再輸出數(shù)據(jù)。完成時間的模塊軟件的設(shè)計[21]。 RS狀態(tài)標志及含義RS位電阻典型值00無無01R12KΩ10R24KΩ11R38KΩ第5章 系統(tǒng)軟件仿真 系統(tǒng)仿真軟件相關(guān)介紹 MATLAB簡介MATLAB是矩陣實驗室（MatrixLaboratory）之意。除具備卓越的數(shù)值計算能力外，它還提供了專業(yè)水平的符號計算，文字處理，可視化建模仿真和實時控制等功能。MATLAB的基本數(shù)據(jù)單位是矩陣，它的指令表達式與數(shù)學,工程中常用的形式十分相似,故用MATLAB來解算問題要比用C,FORTRAN等語言完成相同的事情簡捷得多。MATLAB控制系統(tǒng)仿真軟件是當今國際控制界公認的標準計算軟件，MATLAB擁有更豐富的數(shù)據(jù)類型和結(jié)構(gòu)、更友善的面向?qū)ο?、更加快速精良的圖形可視、更廣博的數(shù)學和數(shù)據(jù)分析資源、更多的應(yīng)用開發(fā)工具。特別是SIMULINK這一個交互式操作的動態(tài)系統(tǒng)建模、仿真、分析集成環(huán)境的出現(xiàn)，使人們有可能考慮許多以前不得不做簡化假設(shè)的非線性因素、隨機因素，從而即使學生沒有對非線性動態(tài)系統(tǒng)進行分析研究的數(shù)學基礎(chǔ)，仍可通過仿真來認知非線性對系統(tǒng)動態(tài)的影響。時至今日，經(jīng)過MathWorks公司的不斷完善，MATLAB已經(jīng)發(fā)展成為適合多學科，多種工作平臺的功能強大大大型軟件。在國外，MATLAB已經(jīng)經(jīng)受了多年考驗。在歐美等高校，MATLAB已經(jīng)成為線性代數(shù)，自動控制理論，數(shù)理統(tǒng)計，數(shù)字信號處理，時間序列分析，動態(tài)系統(tǒng)仿真等高級課程的基本教學工具；成為攻讀學位的大學生，碩士生，博士生必須掌握的基本技能。在設(shè)計研究單位和工業(yè)部門，MATLAB被廣泛用于科學研究和解決各種具體問題。在國內(nèi)，特別是工程界，MATLAB一定會盛行起來?？梢哉f，無論你從事工程方面的哪個學科，都能在MATLAB里找到合適的功能[22]。 MATLAB仿真軟件相關(guān)操作 MATLAB仿真設(shè)計在本設(shè)計中，主要以51單片機設(shè)計的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過串口和MATLAB相連，通過自定的一項通訊協(xié)議，在MATLAB的界面上可以實現(xiàn)對測控系統(tǒng)的完全控制。如I/O口查詢，I/O口設(shè)置，數(shù)據(jù)實時采集顯示，數(shù)據(jù)處理等一系列功能。 單片機電路設(shè)計ATMEL公司生產(chǎn)的AT89C51單片機采用高性能的幾臺80C51設(shè)計，由先進工藝制造，并帶有非易失性Flash程序儲存器。它是一種高性能，低功耗的8位CMOS微處理芯片。該系統(tǒng)的硬件電路設(shè)計圖如圖51所示[23]。圖51 單片機測試系統(tǒng)圖 MATLAB對串口的編程串口通信接口用于計算機與外部設(shè)備進行通信，它以串行的方式傳送數(shù)據(jù)，為了便于通信能順利進行，數(shù)據(jù)的發(fā)送方和接收方都必須遵守基本的規(guī)則。常用的串口接口標準有RS232，RS422和RS485。MATLAB的串口對象都支持這些標準，使我們能直接訪問外設(shè)，通過建立串行接口對象，能實現(xiàn)如下功能：（1）配置串行接口通信（2）讀寫數(shù)據(jù)（3）用事件和回調(diào)函數(shù)（4）記錄信息到磁盤 MATLAB與單片機測控系統(tǒng)的軟件設(shè)計定義五字節(jié)的數(shù)據(jù)為一幀開始位55HXXXXXX校驗位第一位為開始位，向單片機發(fā)送55H；第二位位功能判斷位：設(shè)置I/O狀態(tài)參數(shù)時發(fā)送數(shù)據(jù)0x01；查詢I/O狀態(tài)參數(shù)時發(fā)送數(shù)據(jù)0x02；選擇A/D轉(zhuǎn)換時發(fā)送數(shù)據(jù)0x03；第三位為端口選擇判斷位：端口8位端口P0P2P3A/D送數(shù)據(jù)/0x080x090x100x11第四位為數(shù)據(jù)位，即要發(fā)送的數(shù)據(jù)。在該系統(tǒng)中規(guī)定：設(shè)置P0，P2，P3狀態(tài)時，該位為用戶事先設(shè)定的數(shù)據(jù)；查詢P0，P2，P3狀態(tài)時，該位發(fā)送數(shù)據(jù)0x00。第五位為數(shù)據(jù)校驗位，在該系統(tǒng)中，采用累加和校驗，以達到軟件抗干擾的目的，增加通信的可靠性[24]。 MATLAB仿真程序流程在該設(shè)計中，利用MATLAB設(shè)置出整體的控制界面。設(shè)計的界面如5