【文章內(nèi)容簡介】 壤 之 別 ！ 只 因 為單 片 機(jī) 的 通 過 你 編 寫 的 程 序 可 以 實(shí) 現(xiàn) 高 智 能 ， 高 效 率 ， 以 及 高 可 靠 性 ！ 由 于 單 片 機(jī) 對 成 本 是 敏 感 的 ， 所 以 目 前 占 統(tǒng) 治 地 位 的 軟 件 還 是 最 低 級 匯 編 語 言 ，它 是 除 了 二 進(jìn) 制 機(jī) 器 碼 以 上 最 低 級 的 語 言 了 ， 既 然 這 么 低 級 為 什 么 還 要 用 呢 ？ 很 多 高級 的 語 言 已 經(jīng) 達(dá) 到 了 可 視 化 編 程 的 水 平 為 什 么 不 用 呢 ？ 原 因 很 簡 單 ， 就 是 單 片 機(jī) 沒 有家 用 計(jì) 算 機(jī) 那 樣 的 CPU， 也 沒 有 像 硬 盤 那 樣 的 海 量 存 儲 設(shè) 備 。 一 個(gè) 可 視 化 高 級 語 言 編寫 的 小 程 序 里 面 即 使 只 有 一 個(gè) 按 鈕 ， 也 會 達(dá) 到 幾 十 K 的 尺 寸 ！ 對 于 家 用 PC 的 硬 盤來 講 沒 什 么 ， 可 是 對 于 單 片 機(jī) 來 講 是 不 能 接 受 的 。 單 片 機(jī) 在 硬 件 資 源 方 面 的 利 用 率必 須 很 高 才 行 ， 所 以 匯 編 雖 然 原 始 卻 還 是 在 大 量 使 用 。 一 樣 的 道 理 ， 如 果 把 巨 型 計(jì) 算機(jī) 上 的 操 作 系 統(tǒng) 和 應(yīng) 用 軟 件 拿 到 家 用 PC 上 來 運(yùn) 行 ， 家 用 PC 的 也 是 承 受 不 了 的 。 總 體 設(shè) 計(jì) 流 程 圖01H→(R4)開始是否有鍵按下？子程序返回N是否9?YN是否清零？YY調(diào)用清零程序調(diào)用功能程序R4=0？Y N(61H)=0ffH?NY (R4)1→(R4)（60H）→（61H） （A）→（60H）00H→（62H） 、（63H） 調(diào)用顯示子程序0FFH→ （61H）N00H→（61H） 圖 總體設(shè)計(jì)流程圖11 / 51進(jìn)入 21世紀(jì)后，智能電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)正朝著高精度、多功能、總線標(biāo)準(zhǔn)化、高可靠性及安全性、開發(fā)虛擬巡檢控制器和網(wǎng)絡(luò)巡檢控制器、研制單片巡檢系統(tǒng)等高科技的方向迅速發(fā)展。最早的智能巡檢系統(tǒng)，采用的是 8位 A/D轉(zhuǎn)換器，其精度較低。目前，國外已相繼推出多種高精度、高分辨力的智能巡檢傳感器，所用的是 9~12位 A/D轉(zhuǎn)換器，分辨力相當(dāng)高。為了提高多通道智能巡檢控制器的轉(zhuǎn)換速率，也有的芯片采用高速逐次逼近式 A/D轉(zhuǎn)換器。新型智能巡檢控制器的測試功能也在不斷增強(qiáng)。例如，采用 DS1629型單線智能傳感器增加了實(shí)時(shí)日歷時(shí)鐘（RTC），使其功能更加完善。DS1624 還增加了存儲功能，利用芯片內(nèi)部 256字節(jié)的 E2PROM存儲器，可存儲用戶的短信息。另外，智能控制器正從單通道向多通道的方向發(fā)展，這就為研制和開發(fā)多路巡檢測控系統(tǒng)創(chuàng)造了良好條件。目前，智能控制器的傳感器的總線技術(shù)也實(shí)現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)范化，所采用的總線主要有單線(1Wire)總線、I2C 總線、SMBus 總線和 spI總線。采用的傳感器作為從機(jī)可通過專用總線接口與主機(jī)進(jìn)行通信。傳統(tǒng)的 A/D轉(zhuǎn)換器大多采用積分式或逐次比較式轉(zhuǎn)換技術(shù)，其噪聲容限低，抑制混疊噪聲及量化噪聲的能力比較差。新型智能控制器普遍采用了高性能的 Σ－Δ 式 A／Ｄ轉(zhuǎn)換器，它能以很高的采樣速率和很低的采樣分辨力將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，再利用過采樣、噪聲整形和數(shù)字濾波技術(shù)，來提高有效分辨力。Σ－Δ 式 A／D 轉(zhuǎn)換器不僅能濾除量化噪聲，而且對外圍元件的精度要求低；由于采用了數(shù)字反饋方式，因此比較器的失調(diào)電壓及零點(diǎn)漂移都不會影響數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換精度。這種智能電力設(shè)備巡檢控制器兼有抑制串模塊抗干擾能力強(qiáng)、分辨力高、線性度好、成本低等優(yōu)點(diǎn)。本系統(tǒng)應(yīng)用于電力設(shè)備巡檢工作，主要分為基準(zhǔn)定位和日常巡檢兩大工作流程。前端手持機(jī)和后臺管理系統(tǒng)相互配合，可有效完成這兩大流程所要求的全部工作。本設(shè)備巡檢是以 MCS51系列 8031單片機(jī)為核心構(gòu)成的多路電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過單片機(jī)控制，實(shí)現(xiàn)對 8路設(shè)備檢測點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)檢測，并把檢測數(shù)據(jù)存儲下來。整個(gè)電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)的工作過程為：首先通過傳感器將各種設(shè)備的狀態(tài)值轉(zhuǎn)化為模擬電壓，模擬電壓經(jīng) AD轉(zhuǎn)換器 AD0809轉(zhuǎn)變成數(shù)字量并送入單片機(jī)，單片機(jī)則對所轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存與相應(yīng)處理。整個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)主要功能模塊：功能模塊一，主要任務(wù)是將實(shí)際檢測點(diǎn)的狀態(tài)值先轉(zhuǎn)化為電信號，再通過單片機(jī)控制 AD轉(zhuǎn)換器將模擬電信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，完成數(shù)據(jù)采集；功能模塊二，該模塊是以 8031為核心的單片機(jī)設(shè)備檢測控制單元，完成對所采集的信號進(jìn)行相應(yīng)處理；功能模塊三，對于 8031單片機(jī)來說，需要外接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器，分別用來存放單片機(jī)控制程序和數(shù)據(jù)，為此，功能模塊三實(shí)際上是由單片機(jī)系統(tǒng)的外部程序存儲與數(shù)據(jù)存儲擴(kuò)展電路構(gòu)成。這三部分相輔相成構(gòu)成了電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)的三個(gè)部分。. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 圖 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖設(shè)備 1 巡檢員A手持機(jī) 管理機(jī)設(shè)備 n 巡檢員X手持機(jī) 管理機(jī)WEB服務(wù)器數(shù)據(jù)庫服務(wù)器內(nèi)部網(wǎng)瀏覽13 / 51 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)根據(jù)前一章中電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)的簡介可知，該電力設(shè)備巡檢系統(tǒng)主要有三部分組成，分別是 8031 單片機(jī)基本電路部分；8031 單片機(jī)外部程序與數(shù)據(jù)存儲器擴(kuò)展部分；數(shù)據(jù)檢測及數(shù)據(jù)采集部分。相應(yīng)示意圖圖如圖 所示。圖 在該系統(tǒng)中，8031 單片機(jī)基本電路包括復(fù)位電路、晶振電路和鎖存電路等部分；存儲器擴(kuò)展電路主要包括程序存儲器（2764）和數(shù)據(jù)存儲器（6116）擴(kuò)展；數(shù)據(jù)檢測電路主要由 AD 轉(zhuǎn)換器（0809）和數(shù)據(jù)檢測元件構(gòu)成。單片機(jī)的工作過程：單 片 機(jī) 自 動 完 成 賦 予 它 的 任 務(wù) 的 過 程 ， 也 就 是 單 片 機(jī) 執(zhí) 行 程序 的 過 程 ， 即 一 條 條 執(zhí) 行 的 指 令 的 過 程 ， 所 謂 指 令 就 是 把 要 求 單 片 機(jī) 執(zhí) 行 的 各 種 操 作用 的 命 令 的 形 式 寫 下 來 ， 這 是 在 設(shè) 計(jì) 人 員 賦 予 它 的 指 令 系 統(tǒng) 所 決 定 的 ， 一 條 指 令 對 應(yīng)著 一 種 基 本 操 作 ； 單 片 機(jī) 所 能 執(zhí) 行 的 全 部 指 令 ， 就 是 該 單 片 機(jī) 的 指 令 系 統(tǒng) ， 不 同 種 類的 單 片 機(jī) ， 其 指 令 系 統(tǒng) 亦 不 同 。 為 使 單 片 機(jī) 能 自 動 完 成 某 一 特 定 任 務(wù) ， 必 須 把 要 解 決的 問 題 編 成 一 系 列 指 令 （ 這 些 指 令 必 須 是 選 定 單 片 機(jī) 能 識 別 和 執(zhí) 行 的 指 令 ） ， 這 一系 列 指 令 的 集 合 就 成 為 程 序 ， 程 序 需 要 預(yù) 先 存 放 在 具 有 存 儲 功 能 的 部 件 ——存 儲 器中 。 存 儲 器 由 許 多 存 儲 單 元 （ 最 小 的 存 儲 單 位 ） 組 成 ， 就 像 大 樓 房 有 許 多 房 間 組 成 一樣 ， 指 令 就 存 放 在 這 些 單 元 里 ， 單 元 里 的 指 令 取 出 并 執(zhí) 行 就 像 大 樓 房 的 每 個(gè) 房 間 的 被分 配 到 了 唯 一 一 個(gè) 房 間 號 一 樣 ， 每 一 個(gè) 存 儲 單 元 也 必 須 被 分 配 到 唯 一 的 地 址 號 ， 該 地址 號 稱 為 存 儲 單 元 的 地 址 ， 這 樣 只 要 知 道 了 存 儲 單 元 的 地 址 ， 就 可 以 找 到 這 個(gè) 存 儲 單元 ， 其 中 存 儲 的 指 令 就 可 以 被 取 出 ， 然 后 再 被 執(zhí) 行 。 　 　 程 序 通 常 是 順 序 執(zhí) 行 的 ， 所 以 程 序 中 的 指 令 也 是 一 條 條 順 序 存 放 的 ， 單 片 機(jī) 在執(zhí) 行 程 序 時(shí) 要 能 把 這 些 指 令 一 條 條 取 出 并 加 以 執(zhí) 行 ， 必 須 有 一 個(gè) 部 件 能 追 蹤 指 令 所 在的 地 址 ， 這 一 部 件 就 是 程 序 計(jì) 數(shù) 器 PC（ 包 含 在 CPU 中 ） ， 在 開 始 執(zhí) 行 程 序 時(shí) ， 給 PC賦 以 程 序 中 第 一 條 指 令 所 在 的 地 址 ， 然 后 取 得 每 一 條 要 執(zhí) 行 的 命 令 ， PC 在 中 的 內(nèi) 容就 會 自 動 增 加 ， 增 加 量 由 本 條 指 令 長 度 決 定 ， 可 能 是 2 或 3， 以 指 向 下 一 條 指 令的 起 始 地 址 ， 保 證 指 令 順 序 執(zhí) 行 。 　 　 單 片 機(jī) 介 紹 　 單 片 微 型 計(jì) 算 機(jī) 簡 稱 單 片 機(jī) ， 是 典 型 的 嵌 入 式 微 控 制 器 （ Microcontroller Unit） ， 常 用 英 文 字 母 的 縮 寫 MCU 表 示 單 片 機(jī) ， 它 最 早 是 被 用 在 工 業(yè) 控 制 領(lǐng) 域 。 單 片機(jī) 由 芯 片 內(nèi) 僅 有 CPU 的 專 用 處 理 器 發(fā) 展 而 來 。 最 早 的 設(shè) 計(jì) 理 念 是 通 過 將 大 量 外 圍 設(shè) 備和 CPU 集 成 在 一 個(gè) 芯 片 中 ， 使 計(jì) 算 機(jī) 系 統(tǒng) 更 小 ， 更 容 易 集 成 進(jìn) 復(fù) 雜 的 而 對 體 積 要 求 嚴(yán)格 的 控 制 設(shè) 備 當(dāng) 中 。 INTEL 的 Z80 是 最 早 按 照 這 種 思 想 設(shè) 計(jì) 出 的 處 理 器 ， 從 此 以 后 ，單 片 機(jī) 和 專 用 處 理 器 的 發(fā) 展 便 分 道 揚(yáng) 鑣 。 　 　 早 期 的 單 片 機(jī) 都 是 8 位 或 4 位 的 。 其 中 最 成 功 的 是 INTEL 的 8031， 因 為 簡 單 可靠 而 性 能 不 錯(cuò) 獲 得 了 很 大 的 好 評 。 此 后 在 8031 上 發(fā) 展 出 了 MCS51 系 列 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) ?；?于 這 一 系 統(tǒng) 的 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 直 到 現(xiàn) 在 還 在 廣 泛 使 用 。 隨 著 工 業(yè) 控 制 領(lǐng) 域 要 求 的 提 高 ，開 始 出 現(xiàn) 了 16 位 單 片 機(jī) ， 但 因 為 性 價(jià) 比 不 理 想 并 未 得 到 很 廣 泛 的 應(yīng) 用 。 90 年 代 后隨 著 消 費(fèi) 電 子 產(chǎn) 品 大 發(fā) 展 ， 單 片 機(jī) 技 術(shù) 得 到 了 巨 大 提 高 。 隨 著 INTEL i960 系 列 特別 是 后 來 的 ARM 系 列 的 廣 泛 應(yīng) 用 ， 32 位 單 片 機(jī) 迅 速 取 代 16 位 單 片 機(jī) 的 高 端 地 位 ，并 且 進(jìn) 入 主 流 市 場 。 而 傳 統(tǒng) 的 8 位 單 片 機(jī) 的 性 能 也 得 到 了 飛 速 提 高 ， 處 理 能 力 比 起80 年 代 提 高 了 數(shù) 百 倍 。 目 前 ， 高 端 的 32 位 單 片 機(jī) 主 頻 已 經(jīng) 超 過 300MHz， 性 能 直 追90 年 代 中 期 的 專 用 處 理 器 ， 而 普 通 的 型 號 出 廠 價(jià) 格 跌 落 至 1 美 元 ， 最 高 端 的 型 號 也只 有 10 美 元 。 當(dāng) 代 單 片 機(jī) 系 統(tǒng) 已 經(jīng) 不 再 只 在 裸 機(jī) 環(huán) 境 下 開 發(fā) 和 使 用 ， 大 量 專 用 的 嵌入 式 操 作 系 統(tǒng) 被 廣 泛 應(yīng) 用 在 全 系 列 的 單 片 機(jī) 上 。 而 在 作 為 掌 上 電 腦 和 手 機(jī) 核 心 處 理 的高 端 單 片 機(jī) 甚 至 可 以 直 接 使 用 專 用 的 Windows 和 Linux 操 作 系 統(tǒng) 。 　 單 片 機(jī) 比 專 用 處 理 器 更 適 合 應(yīng) 用 于 嵌 入 式 系 統(tǒng) ， 因 此 它 得 到 了 最 多 的 應(yīng) 用 。 事 實(shí)上 單 片 機(jī) 是 世 界 上 數(shù) 量 最 多 的 計(jì) 算 機(jī) 。 現(xiàn) 代 人 類 生 活 中 所 用 的 幾 乎 每 件 電 子 和 機(jī) 械 產(chǎn)品 中 都 會 集 成 有 單 片 機(jī) 。 手 機(jī) 、 電 話 、 計(jì) 算 器 、 家 用 電 器 、 電 子 玩 具 、 掌 上 電 腦 以 及鼠 標(biāo) 等 電 腦 配 件 中 都 配 有 12 部 單 片 機(jī) 。 而 個(gè) 人 電 腦 中 也 會 有 為 數(shù) 不 少 的 單 片 機(jī) 在工 作 。 汽 車 上 一 般 配 備 40 多 部 單 片 機(jī) ， 復(fù) 雜 的 工 業(yè) 控 制 系 統(tǒng) 上 甚 至 可 能 有 數(shù) 百 臺 單片 機(jī) 在 同 時(shí) 工 作 ！ 單 片 機(jī) 的 數(shù) 量 不 僅 遠(yuǎn) 超 過 PC 機(jī) 和 其 他 計(jì) 算 的 總 和 ， 甚 至 比 人 類 的數(shù) 量 還 要 多 。 　 單 片 機(jī) 又 稱 單 片 微 控 制 器 ,它 不 是 完 成 某 一 個(gè) 邏 輯 功 能 的 芯 片 ,而 是 把 一 個(gè) 計(jì) 算機(jī) 系 統(tǒng) 集 成 到 一 個(gè) 芯 片 上 。 相 當(dāng) 于 一 個(gè) 微 型 的 計(jì) 算 機(jī) ， 和 計(jì) 算 機(jī) 相 比 ， 單 片 機(jī) 只 缺 少了 I/O 設(shè) 備 。 概 括 的 講 ： 一 塊 芯 片 就 成 了 一 臺 計(jì) 算 機(jī) 。 它 的 體 積 小 、 質(zhì) 量 輕 、 價(jià) 格 便宜 、 為 學(xué) 習(xí) 、 應(yīng) 用 和 開 發(fā) 提 供 了 便 利 條 件 。 同 時(shí) ，