【文章內(nèi)容簡介】 存在一些問題，如計算機(jī)本身是多任務(wù)系 13 統(tǒng)，劃分執(zhí)行時間片是由操作系統(tǒng)本身完成的，無法得到控制，這樣就無法時時的模擬單片機(jī)的執(zhí)行時序，也就是說 ，不可能像真正的單片機(jī)運(yùn)行環(huán)境那樣執(zhí)行的指令在同樣一個時間能完成（往往要完成的比單片機(jī)慢）。為了解決軟件調(diào)試的問題，第二種是硬件調(diào)試，硬件調(diào)試其實也需要計算機(jī)軟件的配合，大致過程是這樣的：計算機(jī)軟件把編譯好的程序通過串行口、并行口或者 USB口傳輸?shù)接布{(diào)試設(shè)備中 （這個設(shè)備叫仿真器），仿真器仿真全部的單片機(jī)資源（所有的單片機(jī)接口，并且有真實的引腳輸出），仿真器可以接入實際的電路中，然后與單片機(jī)一樣執(zhí)行。同時，仿真器也會返回單片機(jī)內(nèi)部內(nèi)存與時序等情況給計算機(jī)的輔助軟件，這樣 就可以在軟件里看到真實的執(zhí)行情況。不僅如此，還可以通過計算機(jī)斷的軟件實現(xiàn)單步、全速、運(yùn)行到光標(biāo)的常規(guī)調(diào)試手段?？偨Y(jié)一下兩者的不同與相同： 相同點： 1：都可以檢測單片機(jī)執(zhí)行時序下的片內(nèi)資源情況（如 R0R7 、 PC 計數(shù)器等） 2：可以實現(xiàn)斷點、全速、單步、運(yùn)行到光標(biāo)等常規(guī)調(diào)試手段。 不同點： 1： 軟件調(diào)試無法實現(xiàn)直接連接硬件電路的調(diào)試，只能通過軟件窗口虛擬硬件端口的電平輸出情況而仿真器可以實現(xiàn)與單片機(jī)一樣的功能的硬件連接，從某種意義上說這個時候仿真器就是一個單片機(jī)。 2：軟件調(diào)試執(zhí)行單片機(jī)指令的時間無法與真實的單片機(jī)執(zhí)行時間畫上等號，也就是說如果一個程序在單片機(jī)中要執(zhí)行 300us，可能在計算機(jī)中執(zhí)行的時間可能會比這個長很多，而且無法預(yù)料。仿真器則是完全與單片機(jī)相同。 3：軟件調(diào)試只能是一種初步的，小型工程的調(diào)試，比如一個只有幾百上千行的代碼的程序，軟件調(diào)試能很好的完成，如果是一個協(xié)調(diào)系統(tǒng)，可能還需要 借助幾個單片機(jī)仿真器和相關(guān)的儀器才能解決。 4：軟件仿真不需要額外花錢，而硬件需要，一個仿真器一般都上千元，同時可以仿真許多種單片機(jī)的工作。 Keil uVision2 是目前使用廣泛的單片機(jī)開發(fā)軟件，它集成了源程序編輯和程序調(diào)試于一體，支持匯編、 C、 PL/M 語言。 第三章系統(tǒng)的實現(xiàn)和關(guān)鍵技術(shù) AT89C2051 AT89C2051 單片機(jī) ，片內(nèi)含 2k bytes 的可反復(fù)擦寫的只讀 程序存儲器 （ PEROM）和128bytes 的隨機(jī)數(shù)據(jù)存儲器（ RAM），器件采用 ATMEL 公司 的 高密度 度、非易失性存儲 14 技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng) ，片內(nèi)置通用 8 位 中央處理器 和 Flash 存儲單元 ，AT89C2051 單片機(jī)在電子類產(chǎn)品中有廣泛的應(yīng)用。 AT89C2051 是一個帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲器（ EEPROM）的低電壓，高性能 8 位 CMOS 微處理器。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合通用的 CPLI和閃速存儲器， ATMEL 的 AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型處理器，它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一定高度靈活和成本低 的解決辦法。 AT89C2051 提供以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 2K 字節(jié)閃速存儲器， 128 字節(jié) RAM， 15 根 I/O口，兩個 16 位定時器，一個五向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行口，一個精密模擬比較器以及兩種可選 的軟件節(jié)電工作方式?？臻e方停止 CPU 工作但允許RAM、定時器 /計數(shù)器、串行工作口和中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存 RAM 內(nèi)容但振蕩器停止工作并禁止有其它部件的工作到下一個硬件復(fù)位 AT89C2051 單片機(jī) ,它具有如下主要特性： 和 MCS51 產(chǎn)品兼容； 2KB 可重編程 FLASH 存儲器（ 10000次）； 電壓范圍； 全靜態(tài)工作： 0Hz24MHz； 2 級程序存儲器保密鎖定； 128*8 位內(nèi)部 RAM； 15 條可編程 I/O 線； 圖 14（ AT89C2051 的結(jié)構(gòu) 圖） 兩個 16 位定時器 /計數(shù)器； 6 個中斷源； 可編程串行通道； 1高精度電壓比較器 1直接驅(qū)動 LED 的輸出端口。 AT89C2051 的結(jié)構(gòu)框圖 AT89C2051 是一帶有 2K 字節(jié)閃速可編程可擦除只讀存儲體 (EEPROM)的低電壓高性能 8 位 CMOS 微型計算機(jī)。如圖 14 所示。它采用 ATMEL 的高密非易失存儲技術(shù)制造并和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn) MCS— 51 指令集和引腳結(jié)構(gòu)兼容。通過在單塊芯片上組合 15 通用的 CPL1 和閃速存儲器 ,ATMEL AT89C2051 是一強(qiáng)勁的微型計算機(jī) ,它對許多嵌入式控制應(yīng)用提供一高度靈活和成本低的解決辦法。 圖 15 （ AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖） 此外 ,從 AT89C2051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖（如圖 15）也可看出 ,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)與 8051內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本一致（除模擬比較器外） ,引腳 RST、 XTAL XTAL2 的特性和外部連接電路也完全與 51 系列單片機(jī)相應(yīng)引腳一致 ,但 P1 口、 P3 口有其獨(dú)特之處。 AT89C2051 的引腳說明 AT89C2051 是一個有 20 個引腳的芯片 ,引腳如圖 14 所示 ,與 8051 內(nèi)部結(jié)構(gòu)進(jìn)行對比可發(fā)現(xiàn) ,AT89C2051 減少了兩個對外端口（即 P0、 P2 口） ,使它最大 16 可能地減少了對外引腳 ,因 而芯片尺寸有所減少。 AT89C2051 芯片的 20 個引腳功能為： 1. Vcc：電源電壓。 2. GND：地。 3. P1 口： P1 口是一 8 位雙向 I/O 口。口引腳 ～ 提供內(nèi)部上拉電阻。 和 要求外部上拉電阻。 和 還分別作為片內(nèi)精密模擬比較器的同相輸入 (AIN0)和反相輸入（ AIN1)。 P1 口輸出緩沖器可吸收 20mA 電流并能直接驅(qū)動 LED 顯示。當(dāng) P1 口引腳寫入 “1” 時 ,其可用作輸入端。當(dāng)引腳～ 用作輸入并被外部拉低時 ,它們將因內(nèi)部的上拉電阻而流出電 流(IIL)。 P1 口還在閃速編程和程序校驗期間接收代碼數(shù)據(jù)。 4. P3 口： P3 口的 ～ 、 是帶有內(nèi)部上拉電阻的七個雙向 I/0 引腳。 用于固定輸入片內(nèi)比較器的輸出信號并且它作為一通用 I/O 引腳而不可訪問。 P3 口緩沖器可吸收 20mA 電流。當(dāng) P3 口引腳寫入 “1” 時 ,它們被內(nèi)部上拉電阻拉高并可用作輸入端。用作輸入時 ,被外部拉低的 P3 口引腳將用上拉電阻而流出電流 (IIL)。 P3 口還用于實現(xiàn) AT89C2051 的各種功能，如下表所示。 P3 口還接收一些用于閃速存儲器編程和程序校驗的控制信號。 5. RST：復(fù)位輸入。 RST 一旦變成高電平 ,所有的 I/O 引腳就復(fù)位到 “1” 。當(dāng)振蕩器正在運(yùn)行時 ,持續(xù)給出 RST 引腳兩個機(jī)器周期的高電平便可完成復(fù)位。每一個機(jī)器周期需 12 個振蕩器或時鐘周期。 6. XTAL1：作為振蕩器反相放大器的輸入和內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入。 7. XTAL2：作為振蕩器反相放大器的輸出。 從上述引腳說明可看出 ,AT89C2051 沒有提供外部擴(kuò)展存儲器與 I/O 設(shè)備所需的地址、數(shù)據(jù)、控制信號 ,因此利用 AT89C2051 構(gòu)成的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)不能在AT89C2051 之外擴(kuò)展存儲器或 I/O 設(shè)備 ,也即 AT89C2051 本身即構(gòu)成了最小單片機(jī)系統(tǒng)。 （ 2）固態(tài)繼電器的技術(shù)參數(shù)及選用 1）技術(shù)參數(shù) 輸入電壓范圍：在環(huán)境溫度 2539。c 下，固態(tài)繼電器能夠工作的輸入電壓范圍。 輸入電流：在輸入電壓范圍內(nèi)某一特定電壓對應(yīng)的輸入電流值。 接通電壓：在輸入端加該電壓或大于該電壓值時，輸出端確保導(dǎo)通。 關(guān)斷電壓：在輸入端加該電壓或小于該電壓值時，輸出端確保導(dǎo)通。 反極性電壓：能夠加在繼電器輸入端上，而不應(yīng)起永久性破壞的最大允許反向電壓。 額定輸出電流：環(huán)境 2539。C 時的最大穩(wěn)態(tài)工作電流。 額定輸出電壓：能夠承受的最大負(fù)載工作電壓。 輸出電壓降：當(dāng)繼電器處于導(dǎo)通時，在額定輸出電流下測得的輸出端電壓。 輸出漏電流：當(dāng)繼電器處于關(guān)斷狀態(tài)施加額定輸出電壓時，流經(jīng)負(fù)載的電流值。 接通時間：當(dāng)繼電器接通時，加輸入電壓到接通電壓開始至輸出達(dá)到其電壓最終變化的 90%為止之間的時間間隔。 1關(guān)斷時間：當(dāng)繼電器關(guān)斷時，切除輸入電壓到關(guān)斷電壓開始至輸出達(dá)到其電壓最終變化的 10%為止之間的時間間隔。 1過零電壓：對交流過零型固態(tài)繼電器，輸入端加入額定電壓，能使繼電器 17 輸出端導(dǎo)通的最大起始電 壓。 1最大浪涌電壓：繼電器能承受的而不致造成永久性損壞的非重復(fù)浪涌 (或過載 )電流。 1電器系統(tǒng)峰值：在繼電器工作狀態(tài)繼電器輸出端能夠承受的最大迭加的瞬時峰值擊穿電壓。 1電壓指數(shù)上升率 dv/dt：繼電器的輸出元件能夠承受的不使其導(dǎo)通的電壓上升率。 1工作溫度：繼電器安規(guī)范安裝或不安裝散熱板時，其正常工作的環(huán)境溫度范圍。 固態(tài)繼電器的選用 輸入特性 為了保證固態(tài)繼電器的正常工作，必須考慮輸入條件，通常輸入電壓為階躍函數(shù)，然而，如果輸入電壓是斜坡，就會出現(xiàn)半周循環(huán)現(xiàn)象，出現(xiàn) 這種現(xiàn)象是由于開關(guān)半導(dǎo)體器件在正，反觸發(fā)時不完全對稱，因此，如果輸入電壓斜坡上升，這種開關(guān)在負(fù)載為某一極性時就可能處罰，而當(dāng)負(fù)載電壓為反極性時就可能不處罰，而出現(xiàn)半周導(dǎo)通現(xiàn)象，這種現(xiàn)象將持續(xù)到輸入量足以使輸出完全導(dǎo)通為止。輸入端出現(xiàn)的瞬態(tài)，可以使繼電器誤動，尤其是當(dāng)繼電器響應(yīng)時間等于或小于噪聲脈沖持續(xù)時間時，繼電器就會導(dǎo)通，對輸入信號進(jìn)行濾波有助于減少這種現(xiàn)象。當(dāng)反極性 (反向輸入 )電壓適用時，繼電器輸入端可以承受最大輸入電壓值或其它規(guī)定值的反極性電壓，超過該值，可能造成 SSR 的永久性破壞，當(dāng)反極性電壓不適用 時，或繼電器規(guī)定不能反向施加輸入電壓時，使用時一定注意，不能使輸入電壓反向。 2 輸出特性 SSR 給出的最大額定輸出電流一般指常溫下或常溫到高溫下的最大額定輸出電流而且對大于 10A 的繼電器還指帶有規(guī)定散熱器時的最大額定輸出電流。對功率 SSR，當(dāng)工作溫度上升或不帶散熱器時，最大輸出電流相應(yīng)下降。當(dāng)負(fù)載很輕即負(fù)載電阻或阻抗很大時，接通時的輸出電流下降，該電流與關(guān)斷狀態(tài)下的漏電流之間的比值下降。對交流 SSR，這時的漏電流可能會使接觸器嗡嗡作響，或使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn) 。當(dāng)輸出電流小于最小額定電流時， SSR 的直流失調(diào)電壓和 波形失真都會超過規(guī)定值，輸出電流過小，也會使輸出可控硅不能在規(guī)定的零電壓范圍內(nèi)導(dǎo)通。為了改善這種狀況，可以在負(fù)載兩端并聯(lián)一定的電阻，RC 或燈泡。 SSR 的許多負(fù)載如燈負(fù)載，電動機(jī)負(fù)載，感性和容性負(fù)載，在接通時的過渡過程會形成浪涌電流，由于散熱不及，浪涌電流是使固態(tài)繼電器損壞的最常見的原因。 為了適應(yīng)這種情況， SSR 根據(jù)其內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)和輸出器件特性，一般均給出了過負(fù)載 (或浪涌電流 )參數(shù)倡議額定輸出電流 (最大值 )的倍數(shù)，脈沖 (浪涌 )持續(xù)時間，循環(huán)周期和次數(shù)來表示。一般，直流 SSR 的過負(fù)載(浪涌 )額定值遠(yuǎn)小于同功率的交流 SSR。另外， SSR 的性質(zhì)還與接通時的電流上升率 di/dt 密切相關(guān)。 di/dt 超過某一值會使 SSR 的可控硅輸出器件損壞。為避免上述浪涌電流對 SSR 的損壞，可不同程度的降額使用 SSR，必要時，可在負(fù)載電路中串聯(lián)電阻，將浪涌電流和可能發(fā)生的短路電流限制在 SSR 所允許的過負(fù)載范圍內(nèi)，也可利 用快速熔斷的保險絲來保護(hù) SSR。對于 SSR，特別對交流SSR，電壓指數(shù)上升率是一個重要參數(shù)。這是因為當(dāng) SSR 關(guān)斷時，若輸出端電壓 18 上升率超過 SSR 規(guī)定的 dv/dt，可能使 SSR 誤接通，嚴(yán)重時會造成 SSR 的損壞一般 SSR 規(guī)定的 dv/dt 為 100v/us，也有的達(dá) 200v/us。交流 SSR 多在電流過零時判斷，對感性和容性負(fù)載，在電流達(dá)零并關(guān)斷時，線電壓并不為零。功率因數(shù) cosψ 越小，這個電壓越大，在關(guān)斷時，這一較大的電壓將以較大的上升率加在 SSR 的輸出端。另外， SSR 關(guān)斷時，感性負(fù)載上會產(chǎn)生反電勢，該反電勢同電壓 一起形成的過電壓將加在 SSR 的輸出端。在使用 SSR 反轉(zhuǎn)電容分相電機(jī)和反接未停轉(zhuǎn)的三相電機(jī)時，都可能在 SSR 的輸出端產(chǎn)生二倍于線電壓的過壓效應(yīng)。 dv/dt 和過電壓是使 SSR 失效的重要模式，因此要認(rèn)真對待。一般，在可能產(chǎn)生二倍線電壓效應(yīng)的場合應(yīng)選擇最大額定輸出電壓高于二倍線電壓的SSR。 在 dv/dt 和過電壓嚴(yán)重的線路中，一般也應(yīng)使 SSR 的最大額定輸出電壓高于二倍線電壓。對一般的感性負(fù)載， SSR 的最大額定輸出電壓也應(yīng)為線電壓的 1。 5 倍。另外，可以在 SSR 輸出端并聯(lián) RC 吸收回路或其它瞬態(tài)抑制回路。