【正文】 塔水位智能控制系統(tǒng)的過(guò)程中，設(shè)置了兩處報(bào)警裝置：上限報(bào)警 MAX 與下限報(bào)警 MIN。本電路采用兩種不同顏色的發(fā)光二極管（紅、綠）表示不同的水位情況，即紅燈亮的時(shí)候表示水位超上限，綠燈亮的時(shí)候表示水位低于下限。 下 圖 39 為報(bào)警電路圖。 圖 39 報(bào)警電路圖 報(bào)警裝置的設(shè)計(jì)思路是首先把上、下限報(bào)警值分別存在 XMAX和 XMIN單元中，然后取本次采樣值 Xi先與上限值 MAX 進(jìn)行比較，如果大于上限報(bào)警值，單片機(jī)發(fā)出高電平信號(hào)，使繼電器斷開(kāi)，水泵電機(jī)停止向水塔內(nèi)注水，同時(shí)，單片機(jī) 輸出低電平，使 LED1 亮，進(jìn)行上限報(bào)警；如果采樣值 Xi 小于上限報(bào)警值，則繼續(xù)講采樣值 Xi 與下限報(bào)警值想比較，若小于下限報(bào)警值，單片機(jī)送出低電平信號(hào)，這時(shí)繼電器吸合，水泵電機(jī)開(kāi)始向水塔內(nèi)注水，同時(shí)，單片機(jī) 輸出低電平，使 LED2 亮，進(jìn)行下限報(bào)警；如果采樣值既不大于上限值也不小于下限值， 則直接送采樣值到顯示模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)液位顯示。 第九節(jié) 看門(mén)狗及復(fù)位 看門(mén)狗 (Watchdog)電路是嵌入式系統(tǒng)需要的抗干擾措施之一。 工控系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，通常都會(huì)遇到各種各樣的現(xiàn)場(chǎng)干擾，抗干擾能力是衡量工控系統(tǒng)性能的一個(gè)重要指標(biāo)?？撮T(mén)狗 (Watchdog)電路是自行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行的重要保證，幾乎所有的工控系統(tǒng)都包含看門(mén)狗電路。在 8096 系列單片機(jī)和增強(qiáng)型8051 系列單片機(jī)中，該系統(tǒng)已經(jīng)做在芯片內(nèi)部，用戶(hù)只要用軟件開(kāi)放它就可以，使用很方便。 看門(mén)狗電路的應(yīng)用 ,使單片機(jī)可以在無(wú)人狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)連續(xù)工作 ,其工作原理是 :看門(mén)狗芯片和單片機(jī)的一個(gè) I/O引腳相連 ,該 I/O引腳通過(guò)程序控制它定時(shí)地往看門(mén)狗的這個(gè)引腳上送入高電平 (或低電平 ),這一程序語(yǔ)句是分散地放在單片機(jī)其他控制語(yǔ)句中間的，一旦單片機(jī)由于干擾造成程序跑飛后而陷入某一程序段進(jìn)入死循環(huán)狀態(tài)時(shí) ,寫(xiě)看門(mén)狗引腳的程序便不能被執(zhí)行 ,這個(gè)時(shí)候 ,看門(mén)狗電路就 天津科技大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 會(huì)由于得不到單片機(jī)送來(lái)的信號(hào) ,便在它和單片機(jī)復(fù)位引腳相連的引腳上送出一個(gè)復(fù)位信號(hào) ,使單片機(jī)發(fā)生復(fù)位 ,即程序從程序存儲(chǔ)器的起始位置開(kāi)始執(zhí)行 ,這樣便實(shí)現(xiàn)了單片機(jī) 的自動(dòng)復(fù)位 . 在系統(tǒng)運(yùn)行以后也就啟動(dòng)了看門(mén)狗的計(jì)數(shù)器，看門(mén)狗就開(kāi)始自動(dòng)計(jì)數(shù)，如果到了一定的時(shí)間還不去清看門(mén)狗，那么看門(mén)狗計(jì)數(shù)器就會(huì)溢出從而引起看門(mén)狗中斷，造成系統(tǒng)復(fù)位。所以在使用有看門(mén)狗的芯片時(shí)要注意清看門(mén)狗。 硬件看門(mén)狗是利用了一個(gè)定時(shí)器，來(lái)監(jiān)控主程序的運(yùn)行，也就是說(shuō)在主程序的運(yùn)行過(guò)程中，我們要在定時(shí)時(shí)間到之前對(duì)定時(shí)器進(jìn)行復(fù)位如果出現(xiàn)死循環(huán)，或者說(shuō)PC指針不能回來(lái)。那么定時(shí)時(shí)間到后就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。常用的 WDT 芯片如MAX813 ,5045, IMP 813 等 ,價(jià)格 4~10 元不等 . 軟件看門(mén)狗技術(shù)的原理和 這差不多，只不過(guò)是用軟件的方法實(shí)現(xiàn)，我們還是以 51 系列來(lái)講，我們知道在 51 單片機(jī)中有兩個(gè)定時(shí)器，我們就可以用這兩個(gè)定時(shí)器來(lái)對(duì)主程序的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控。我們可以對(duì) T0設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，當(dāng)產(chǎn)生定時(shí)中斷的時(shí)候?qū)σ粋€(gè)變量進(jìn)行賦值，而這個(gè)變量在主程序運(yùn)行的開(kāi)始已經(jīng)有了一個(gè)初值，在這里我們要設(shè)定的定時(shí)值要小于主程序的運(yùn)行時(shí)間，這樣在主程序的尾部對(duì)變量的值進(jìn)行判斷，如果值發(fā)生了預(yù)期的變化，就說(shuō)明 T0中斷正常，如果沒(méi)有發(fā)生變化則使程序復(fù)位。對(duì)于 T1 我們用來(lái)監(jiān)控主程序的運(yùn)行，我們給T1設(shè)定一定的定時(shí)時(shí)間，在主程序中對(duì)其進(jìn)行復(fù)位 ，如果不能在一定的時(shí)間里對(duì)其進(jìn)行復(fù)位， T1 的定時(shí)中斷就會(huì)使單片機(jī)復(fù)位。在這里 T1 的定時(shí)時(shí)間要設(shè)的大于主程序的運(yùn)行時(shí)間，給主程序留有一定的的裕量。而 T1 的中斷正常與否我們?cè)儆?T0 定時(shí)中斷子程序來(lái)監(jiān)視。這樣就構(gòu)成了一個(gè)循環(huán)， T0監(jiān)視 T1， T1監(jiān)視主程序，主程序又來(lái)監(jiān)視 T0，從而保證系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行 。 一、 X25045 X25045 是美國(guó) Xicor 公司的生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)化 8腳集成電路，它將 EEPROM、看門(mén)狗定時(shí)器、電壓監(jiān)控三種功能組合在單個(gè)芯片之內(nèi)，大大簡(jiǎn)化了硬件設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)的可靠性，減少了對(duì)印制電路板的空間要求 ，降低了成本和系統(tǒng)功耗，是一種理想的單片機(jī)外圍芯片。 二、 復(fù)位電路 復(fù)位電路，就是利用它把電路恢復(fù)到起始狀態(tài)。就像計(jì)算器的清零按鈕的作用一樣，以便回到原始狀態(tài)，重新進(jìn)行計(jì)算。和計(jì)算器清零按鈕有所不同的是，復(fù)位電路啟動(dòng)的手段有所不同。一是在給電路通電時(shí)馬上進(jìn)行復(fù)位操作；二是在必要時(shí)可以由手動(dòng)操作；三是根據(jù)程序或者電路運(yùn)行的需要自動(dòng)地進(jìn)行。復(fù)位電路都是比較簡(jiǎn)單的大都是只有電阻和電容組合就可以辦到了。再?gòu)?fù)雜點(diǎn)就有 三極管 等等配合程序來(lái)進(jìn)行了。 為確保微機(jī)系統(tǒng)中 電路 穩(wěn)定可靠工作，復(fù)位電路是必不可少的一部分，復(fù)位 天津科技大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 電路的第一功能是上電 復(fù)位 。一般微機(jī)電路正常工作需要供電電源為 5V177。5% ，即 ～ 。由于微機(jī)電路是時(shí)序數(shù) 字電路，它需要穩(wěn)定的時(shí)鐘信號(hào)，因此在電源上電時(shí)，只有當(dāng) VCC 超過(guò) 低于 以及晶體振蕩器穩(wěn)定工作時(shí)，復(fù)位信號(hào)才會(huì)撤除，微機(jī)電路開(kāi)始正常工作。 單片機(jī)在啟動(dòng)時(shí)都需要復(fù)位，以使 CPU 及系統(tǒng)各部件處于確定的初始狀態(tài)，并從初態(tài)開(kāi)始工作。 89 系列單片機(jī)的復(fù)位信號(hào)是從 RST 引腳輸入到 芯片 內(nèi)的施密特觸發(fā)器 中的。當(dāng)系統(tǒng)處于正常工作狀態(tài)時(shí)，且 振蕩器 穩(wěn)定后，如果 RST 引腳上有一個(gè)高電平并維持 2個(gè)機(jī)器周期 (24 個(gè)振蕩周期 )以上，則 CPU 就可以響應(yīng)并將系統(tǒng)復(fù)位。 三、 單片機(jī)與看門(mén)狗、復(fù)位電路圖 如圖 310 所示為單片機(jī)與看門(mén)狗 、復(fù)位電路連接圖。 圖 310 單片機(jī)與看門(mén)狗、復(fù)位電路連接圖 天津科技大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 第 四 章 軟件設(shè)計(jì)和仿真 程序設(shè)計(jì)是給出解決特定問(wèn)題程序的過(guò)程，是軟件構(gòu)造活動(dòng)中的重要組成部分。程序設(shè)計(jì)往往以某種程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言為工具，給出這種語(yǔ)言下的程序。程序設(shè)計(jì)過(guò)程應(yīng)當(dāng)包括分析、設(shè)計(jì)、編碼、測(cè)試、排錯(cuò)等不同階段。任何設(shè)計(jì)活動(dòng)都是在各種約束條件和相互矛盾的需求之間尋求一種平衡，程序設(shè)計(jì)也不例外。 第一節(jié) 軟件設(shè)計(jì)基本步驟 分析問(wèn)題 對(duì)于接受的任務(wù)要進(jìn)行認(rèn)真的分析，研究所給定的條件，分析最后應(yīng)達(dá)到的目標(biāo)，找出解決問(wèn)題的規(guī)律，選擇解題的方法，完成實(shí)際問(wèn)題。 設(shè)計(jì)算法 即設(shè)計(jì)出解題的方法和具體步驟。 編寫(xiě)程序 將算法翻譯成計(jì)算機(jī)程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言，對(duì)源程序進(jìn)行編輯、編譯和連接。 運(yùn)行程序，分析結(jié)果 運(yùn)行可執(zhí)行程序，得到運(yùn)行結(jié)果。能得到運(yùn)行結(jié)果并不意味著程序正確，要對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，看它是否合理。不合理要對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試，即通過(guò)上機(jī)發(fā)現(xiàn)和排除程序中的故障的過(guò)程。 編寫(xiě)程序文檔 許多程序是提供給別人使用的，如同正式的產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)提供產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)一樣，正式提供給用戶(hù)使用的程序，必須向用戶(hù)提供程序說(shuō)明書(shū)。內(nèi)容應(yīng)包括：程序名稱(chēng)、程序功能、運(yùn)行環(huán)境、程序的裝入和啟動(dòng)、需要輸入的數(shù)據(jù)，以及使用注意事項(xiàng)等。 第二節(jié) 水塔水位控制主程序 本次軟件設(shè)計(jì)最首要的內(nèi)容 是軟件 的主流程圖。我們先要將單片機(jī)及各個(gè)期間進(jìn)行初始化，然后軟件設(shè)定水位的基本上下限值和超限報(bào)警的上下限，之后啟動(dòng)壓力傳感器，將傳感器獲得的模擬信號(hào)經(jīng)過(guò) A/D 裝換器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，送入單片機(jī)中。將 采集的數(shù)據(jù)與 報(bào)警的上下限值進(jìn)行比較 ，如果相等的話(huà)，就進(jìn)行報(bào)警；如果不等的話(huà)，再 將采集的數(shù)據(jù)與設(shè)定的基本上下限值進(jìn)行比較，首先與上限值進(jìn)行比較，當(dāng)達(dá)到上 限值時(shí)，就將水泵關(guān)閉，然后繼續(xù)將采集的水位值與下限值比較，當(dāng)?shù)扔谙孪拗禃r(shí)，就開(kāi)啟水泵，進(jìn)行供水。如此循環(huán)往復(fù)的檢測(cè)水塔中的水位值，根據(jù)與設(shè)定值的比較進(jìn)行對(duì)塔內(nèi)水位浮動(dòng)范圍的基本控制。 軟件主程序如下所示 。 ORG 0000H 天津科技大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 AJMP MAIN ORG 0060H MAIN: MOV P1, FFH P1 P3 口初始化置 1 MOV P3， FFH JNB ， AVT ； 若手動(dòng)在自動(dòng)位置，跳到自動(dòng)模式程序 AJMP MEN ；否則轉(zhuǎn)到手動(dòng)模式子程序 END AUT： NOP（空命令） JNB , LG 水位高 — LG JB LD ， ； 水位沒(méi)低 LD CLR ； 水位低報(bào)警 JB , LDD ； 水位未低低 LDD CLR ； 水位低低報(bào)警 JNB , Y1 ； M1 已啟動(dòng) — Y1 CLR ； 否則啟動(dòng) M1 Y1:JNB ,Y2 ； M2 已啟動(dòng)Y2 CLR ； 否則啟動(dòng) M2 Y2:ACALL DELAY ； 延時(shí) 1 分鐘 AJMP AUT ； 返回自動(dòng)模式 LDD: JNB ,Y3 ； 單獨(dú)運(yùn)行 M1（ LDD〈水位〈 LD） CLR Y3: JB Y2 SETB AJMP Y2 LG:CLR 水位高報(bào)警 LD: AJMP MAIN 返回主程序 第三節(jié) 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(jìn)制碼，因此在實(shí)現(xiàn)顯示之前需要編碼的轉(zhuǎn)換。 AD轉(zhuǎn)換程序如下 include union adres {int y1。 unsigned charadre[2]。 天津科技大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 }adresult。 //定義一個(gè)共用體，用于存放 A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果 unsigned char i。 unsignedint j。 //系統(tǒng)各 I/O 口初始化子程序 void initial() { TRISD=0X00。 //D 口為輸出 i=0x00。 } //A/D 轉(zhuǎn)化初始化子程序 voidadinitial() { ADCON0=0x51。 //選擇 A/D 通道為 RA2，打開(kāi) A/D 轉(zhuǎn)換器 //在工作狀態(tài)，且使 A/D 轉(zhuǎn)換時(shí)鐘為 8tosc ADCON1=0X80。 //轉(zhuǎn)換結(jié)果右移，及 ADRESH 寄存器的高 6 位為 0 //且把 RA2 口設(shè)置為模擬量輸入方式 PIE1=0X00。 PIE2=0X00。 ADIE=1。 //A/D 轉(zhuǎn)換中斷允許 PEIE=1。 //外圍中斷允許 TRISA2=1。 //設(shè)置 RA2 為輸入方式 } //延時(shí)子程序 void delay() { for(j=5535。j。) continue。 } //報(bào)警子程序 void alarm() { i=i^0xFF。 //通過(guò)異或方式每次把 i 的各位值取反 PORTD=i。 //D 口輸出 i 的值 } //中斷服務(wù)程序 天津科技大學(xué) 2021 屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 void interruptadint(void) { ADIF=0。 //清除中斷標(biāo)志 [0]=ADRESL。 [1]=ADRESH。 //讀取并存儲(chǔ) A/D 轉(zhuǎn)換結(jié)果， A/D 轉(zhuǎn)換的結(jié)果通過(guò)共 //用體的形式放入了變量 y1 中 if(0x200) { alarm()。 //如果輸入的模擬量大于 (對(duì)應(yīng)數(shù)字量 //0X200h)，則調(diào)用報(bào)警子程序 delay()。 //調(diào)用延時(shí)子程序，使電壓檢測(cè)不要過(guò)于頻繁 } else PORTD=0XF0 。 //如果輸入的模擬量小于 ，則與 D口相連的 //8 個(gè)發(fā)光二極管的低 4 個(gè)發(fā)亮，表示系統(tǒng)正常 ADGO=1。 //啟動(dòng)下一次 A/D 轉(zhuǎn)換 } //主程序 main() { adinitial()。 //A/D 轉(zhuǎn)換初始化 initial()。 //系統(tǒng)各 I/O 口初始化 ei()。 //總中斷允許 ADGO=1。 //啟動(dòng) A/D 轉(zhuǎn)換 while(1) { 。 } //等待中斷，在中斷中循環(huán)檢測(cè)外部電壓 } 第四節(jié) 中斷報(bào)警程序 當(dāng)水塔內(nèi)的水位與設(shè)定的報(bào)警上下限值相等的時(shí)候，說(shuō)明系統(tǒng)出現(xiàn)了故障，這時(shí)就申請(qǐng)了中斷，在中斷中進(jìn)行報(bào)警，這時(shí)就