【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ，設(shè)計(jì)了具體的硬件電路，并對(duì)電路進(jìn)行了具體分析和設(shè)計(jì)；其次根據(jù)電路原理圖和實(shí)際情況制作了 PCB板。 本章完成了硬件電路的設(shè)計(jì)和 PCB制板，下一步就應(yīng)當(dāng)進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)了。 第四章 軟件設(shè)計(jì) 21 第四章 軟件設(shè)計(jì) 軟件功能介紹 軟件實(shí)現(xiàn)的主要功能是：對(duì)四個(gè)紅外監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行循環(huán)掃描，當(dāng)某一模塊發(fā)出高電平后，單片機(jī)執(zhí)行中斷程序，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的數(shù)碼顯示和聲光報(bào)警，延時(shí)一段時(shí)間后，系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán)掃描。 不同的紅外監(jiān)測(cè)模塊對(duì)應(yīng)不同的報(bào)警機(jī)制。圖 41是系統(tǒng)的報(bào)警機(jī)制。 軟件流程圖 在本程序中，主要采用 INT0中斷。軟件系統(tǒng)的工作流程是：首先初始 化數(shù)據(jù)，設(shè)定紅外監(jiān)測(cè)模塊1紅外監(jiān)測(cè)模塊2紅外監(jiān)測(cè)模塊3紅外監(jiān)測(cè)模塊4顯 示顯 示顯 示顯 示光 報(bào) 警光 報(bào) 警光 報(bào) 警光 報(bào) 警聲 報(bào) 警聲 報(bào) 警聲 報(bào) 警聲 報(bào) 警0 . 5 s1 . 0 s1 . 5 s2 . 5 s4 . 0 s5 . 0 s5 . 0 s2 . 5 s0 . 5 s5 . 0 s5 . 0 s0 . 5 s2 . 5 s2 . 5 s0 . 5 s4 . 0 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s0 . 5 s1 . 5 s1 . 5 s1 . 5 s1 . 5 s1 . 5 s1 . 0 s1 . 0 s1 . 0 s1 . 0 s1 . 0 s1 . 0 s1 . 0 s4 . 0 s4 . 0 s4 . 0 s4 . 0 s1 0 s1 0 s1 0 s1 0 s報(bào) 警 機(jī) 制 一 個(gè) 周 期 （ 共 三 個(gè) 周 期 ， 即 3 0 S ）紅 線 工 作 ， 黑 線 不 工 作 圖 41 系統(tǒng)報(bào)警機(jī)制 基于單片機(jī)的紅外監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 22 定時(shí)器的狀態(tài)是查詢式，允許 INT0中斷；其次，等待中斷，收到中斷信號(hào)后，執(zhí)行中斷程序；報(bào)警延時(shí) 30s后或手動(dòng)解除報(bào)警，中斷返回，繼續(xù)循環(huán)掃描，等待中斷。圖 42是軟件系統(tǒng)的總流程圖。 中斷程序 部分中斷程序如下： EXINT: JNB ,LEXT1 JNB ,LEXT2 JNB ,LEXT3 JNB ,LEXT4 DONE: RETI LEXT1: LJMP EXT1 LEXT2: LJMP EXT2 LEXT3: LJMP EXT3 LEXT4: LJMP EXT4 這部分主要實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的循環(huán)掃描。在中斷服務(wù)程序中通過軟件查詢便可確定哪一個(gè)開 始初 始 化 數(shù) 據(jù)允 許 I N T 0 中 斷數(shù) 碼 顯 示 及 聲 光 報(bào) 警延 時(shí) 3 0 S等 待 I N T 0 中 斷YN返回 圖 42 軟件系統(tǒng)流程圖 第四章 軟件設(shè)計(jì) 23 是正在申請(qǐng)的中斷源，其查詢的次序決定了這些中斷源的優(yōu)先級(jí)。本系統(tǒng)中外部中斷源的優(yōu)先級(jí)從高到低依次為 EXT EXT EXT EXT4。 延時(shí)子程序 部分延時(shí)程序如下： DELAY: JB TF1,LOOP1 AJMP DELAY LOOP1: MOV TH1,0BH MOV TL1,0DCH CLR TF1 DJNZ R0,DELAY CLR TR1 RET 6MHz晶振頻率下的機(jī)器周期為 2微妙，當(dāng)定時(shí)時(shí)間為 125ms時(shí)，則計(jì)數(shù)初值是： X=65536125ms/2us=3036=0BDCH 所以， TH1=0BH， TL1=0DCH。 該延時(shí)程序采用查詢形式的定時(shí)器 T1，當(dāng) R0的值不同時(shí)，便可以實(shí)現(xiàn)不同時(shí)間的延時(shí)。圖 43是 延時(shí)子程序 流程圖。 報(bào)警子程序 在這里，以紅外監(jiān)測(cè)模塊 2的報(bào)警程序?yàn)槔?。部分?bào)警程序如下： EXT2: MOV P0,5BH CLR EX5: MOV R3,02H EX6: MOV R2,7DH CLR EX7: CLR LCALL DELAY1 SETB LCALL DELAY1 DJNZ R2,EX7 SETB 開 始查 詢 T F 1 = 1 ？初 始 化 數(shù) 據(jù)R 0 = 0 ？關(guān) 閉 定 時(shí) T 1返 回= 1= 0 0= 0 圖 43 延時(shí)子程序流程圖 基于單片機(jī)的紅外監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 24 SETB LCALL DELAY2 DJNZ R3,EX6 MOV R0,20H SETB TR1 LCALL DELAY DJNZ R1,EX5 MOV R1,03H SETB LJMP DONE 其中， DELAY1為延時(shí) ， DELAY2為延時(shí) 。圖 44是報(bào)警子程序流程圖。 開 始數(shù) 碼 顯 示初 始 化 數(shù) 據(jù) R 3初 始 化 數(shù) 據(jù) R 2亮 燈喇 叭 響 0 . 0 2 sR 2 = 0 ？（ 滿 2 . 5 s ？ ）燈 滅 、 喇 叭 不 響延 時(shí) 0 . 5 sR 3 = 0 ？（ 循 環(huán) 兩 次 ？ ）延 時(shí) 4 . 0 sR 1 = 0 ？（ 循 環(huán) 三 個(gè) 周 期 ？ ）初 始 化 數(shù) 據(jù) R 1關(guān) 閉 報(bào) 警返 回YNNYN 圖 44 報(bào)警子程序流程圖 第四章 軟件設(shè)計(jì) 25 本章主要闡述了軟件的功能作用、工作流程及軟件的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。 在本章節(jié)中，首先，介紹了軟件實(shí)現(xiàn)的功能以及它的報(bào)警機(jī)制；其次，敘述了軟件的總體流程；最后，介紹了軟件中重點(diǎn)的子程序。 在第三章節(jié)，實(shí)現(xiàn)了硬件電路的設(shè)計(jì)，在這一章節(jié)，又實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)。下一步將進(jìn)行系統(tǒng)的綜合仿真和調(diào)試。 基于單片機(jī)的紅外監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 26 第五章 軟件調(diào)試及電路仿真 Keil的軟件調(diào)試 目前 流行的 51 系列單片機(jī)開發(fā)軟件 Keil 是一個(gè)基于 32 位 Windows 環(huán)境的應(yīng)用程序 ， 支持 C 語言和匯編語言編程。 Keil 提供包括 C 編譯器、宏匯編、連接器、庫(kù)管理和一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案 。 應(yīng)用 Keil 進(jìn)行軟件仿真開發(fā)的主要步驟為 ： 編寫源程序并保存 —建立工程并添加源文件 —設(shè)置工程 —編譯 /匯編 、 連接 ， 產(chǎn)生目標(biāo)文件 —程序調(diào)試 。 Keil 使用 “ 工程 ”（ Project）的概念，對(duì)工程（而不能對(duì)單一的源程序）進(jìn)行編譯 /匯編、連接等操作。工程的建立、設(shè)置、編譯 /匯編及連接產(chǎn)生目標(biāo)文件的方法非常易于掌握。 首先選擇菜單 FileNew? ，在源程序編輯器中輸入?yún)R編語言（或選擇 FileOpen? ，直接打開已用其它編輯器編輯好的源程序文檔）并保存，注意保存時(shí)必須在文件名后加上擴(kuò)展名 .a51； 然后選擇菜單ProjectNew Project? ，建立新工程并保存（保存時(shí)無需加擴(kuò)展名，也可加上擴(kuò) 名 .uv2）；工程保存后會(huì)立即彈出一個(gè)設(shè)備選擇對(duì)話框，選擇 CPU后點(diǎn)確定返回主界面。這時(shí)工程管理窗口的文件頁（ Files）會(huì)出現(xiàn) “Target1”， 將其前面 +號(hào)展開，接著選擇 “Source Group1”，右擊鼠標(biāo)彈出快捷菜單 ，選擇 “Add File to Group ?Source Group1?”，出現(xiàn)一個(gè)對(duì)話框，要求尋找并加入源文件（在加入一個(gè)源文件后，該對(duì)話框不會(huì)消失，而是等待繼續(xù)加入其它文件）。加入文件后點(diǎn) close 返回主界面，展開 “Source Group1”前面 +號(hào)，就會(huì)看到所加入的文件，雙擊文件名，即可打開該源程序文件。緊接著對(duì)工程進(jìn)行設(shè)置，選擇工程管理窗口的 “Target1”，再選 擇 “ProjectOption for Target?Target1? ”（或點(diǎn)右鍵彈出快捷菜單再選擇該選項(xiàng)），打開工程屬性設(shè)置對(duì) 話框，共有 8 個(gè)選項(xiàng)卡，主要設(shè)置工作包括在 Target 選項(xiàng)卡中設(shè)置晶振頻率、在 Debug 選項(xiàng)卡中設(shè)置實(shí)驗(yàn)仿真板等，如要寫片，還必須在 Output 選項(xiàng)卡中選中 “Creat Hex Fi”；其它選項(xiàng)卡內(nèi)容一般可取默認(rèn)值。工程設(shè)置后按 F7 鍵（或點(diǎn)擊編譯工具欄上相應(yīng)圖標(biāo)）進(jìn)行編譯 /匯編、連接以及產(chǎn)生目標(biāo)文件。 成功編譯 /匯編、連接后，選擇菜單 DebugStart/Stop Debug Session（或按 Ctrl+F5鍵）進(jìn)入程序調(diào)試狀態(tài)， Keil 提供對(duì)程序的模擬調(diào)試功能，內(nèi)建一個(gè)功能強(qiáng)大的仿真CPU以模擬執(zhí)行程 序。 Keil 能以單步執(zhí)行（按 F11 或選擇 DebugStep）、過程單步執(zhí)行（按 F10 或選擇 DebugStep Over）、全速執(zhí)行等多種運(yùn)行方式進(jìn)行程序調(diào)試。如果發(fā)現(xiàn)程序有錯(cuò)，可采用在線匯編功能對(duì)程序進(jìn)行在線修改（ DebugInline Assambly? ），不必執(zhí)行先退出調(diào)試環(huán)境、修改源程序、對(duì)工程重新進(jìn)行編譯 /匯編和連接、然后再次進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)的步驟。對(duì)于一些必須滿足一定條件（如按鍵被按下等）才能被執(zhí)行的、難以用單步執(zhí)行方式進(jìn)行調(diào)試的程序行，可采用斷點(diǎn)設(shè)置的方法處理。在模擬調(diào)試程序后，還須通過編程器 將 .hex 目標(biāo)文件燒寫入單片機(jī)中才能觀察目標(biāo)樣機(jī)真實(shí)的運(yùn)行狀況 。第六章 系統(tǒng)的調(diào)試及性能測(cè)試 27 經(jīng)過不斷的調(diào)試和編譯，不斷地完善程序，終于確定了軟件程序，生成了 ?*.HEX?文件。圖 51是軟件調(diào)試示意圖。 Proteus軟件不僅具有其它 EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。Proteus從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到 PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。其處理器模型支持 8051 、 HC11 、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC3 AVR、 ARM、 8086和 MSP430等。在編譯方面，它也支持 IAR、 Keil和 MPLAB等多種編譯器。 該軟件的特點(diǎn)是： ① 實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和 SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、 RS232動(dòng)態(tài)仿真、 I2C調(diào)試器、 SPI調(diào)試器、鍵盤和 LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等 。 ② 支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有： ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、 AVR系列、 PIC10/12/16/18系列、 HC11系列以 及多種外圍芯片。 ③ 提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能， 圖 51 軟件調(diào)試示意圖 基于單片機(jī)的紅外監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 28 同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如 Keil C5 uVision MPLAB等軟件。 ④ 具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。 總之，該軟件是一款集單片機(jī)和 SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。 穩(wěn)壓電源電路的仿真 圖 52是穩(wěn)壓電源電路的 Proteus仿真圖。其中變壓器 采用通用型 TRAN2P2S，其初級(jí)電感和次級(jí) 電感之比 設(shè)定為 48400H： 81H，這樣輸入 220V交流電，便可以輸出 9V的交流電。 LED燈的存在用以表明電源電路是否在正常工作。 單片機(jī)電路的仿真 在 Proteus繪制好原理圖后，調(diào)入已編譯好的目標(biāo)代碼文件 ?*.HEX?，可以在Proteus的原理圖中看到模擬的 電路 運(yùn)行狀態(tài)和過程。 受軟件功能限制，在這里采用電源和點(diǎn)觸式開關(guān)來模擬紅外監(jiān)測(cè)電路模塊的功能。 圖 53是單片機(jī) AT89C51調(diào)入目標(biāo)代碼文件 ?*.HEX?的示意圖。 圖 54是單片機(jī)電路的仿真圖。 圖 52 穩(wěn)壓電源電路仿真圖 第六章 系統(tǒng)的調(diào)試及性能測(cè)試 29 圖 54 單片機(jī)電路仿真圖 圖 53 AT89C51 調(diào)入編譯程序示意圖 基于單片機(jī)的紅外監(jiān)測(cè)與報(bào)警設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 30 結(jié) 本章主要闡述了系統(tǒng)軟件的調(diào)試和電路的仿真。 在本章節(jié)中，首先，介紹了利用 Keil軟件完成了程序的調(diào)試，并且生成了其目標(biāo)代碼文件 ?