【導(dǎo)讀】隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展基于單片機(jī)的控制系統(tǒng)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)農(nóng)業(yè)電。力電子智能樓宇等行業(yè)微型計(jì)算機(jī)作為嵌入式控制系統(tǒng)的主體與核心代替了傳。統(tǒng)的控制系統(tǒng)的常規(guī)電子線路同時(shí)樓宇智能化的發(fā)展與成熟也為基于單片機(jī)的。照明控制系統(tǒng)的普及與應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。本文介紹了基于AT89C51的室內(nèi)燈光控制系統(tǒng)及其原理提出了有效的節(jié)能?？刂品椒ㄔ撓到y(tǒng)采用了當(dāng)今比較成熟的傳感技術(shù)和計(jì)算機(jī)控制技術(shù)利用多參數(shù)。系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分該照明控制系統(tǒng)的主控制器分控。制器分別是以AT89C51單片機(jī)為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了通信控制與顯示等功能文中詳細(xì)地。描述了控制電路的設(shè)計(jì)過程包括鍵盤與LED顯示電路RS485通信電路照明燈控制。12課題研究的目的與意義-2-. 節(jié)能效果和延長(zhǎng)燈具壽命-2-. 作環(huán)境提高工作效率-2-. 第2章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案-4-. 36光信號(hào)取樣電路-14-. Microwire串行總線性能介紹-14-. 37人體信號(hào)采集電路-16-. 38DS12887時(shí)鐘芯片接口電路設(shè)計(jì)-20-. 44RS485通信程序設(shè)計(jì)-37-. 51干擾產(chǎn)生的后果-40-. 附錄A總體電路圖-46-. 附錄B外文文獻(xiàn)及譯文-47

　　

【正文】 對(duì) SCON 寄存器的 TB8 位置 1 或置 0 以區(qū)別發(fā)送的是地址幀還 是數(shù)據(jù)幀規(guī)定地址幀的第 9 位為 1 數(shù)據(jù)幀的第 9 位為 0 若從機(jī)的控制位 SM2被設(shè)為 1 則當(dāng)接收的是地址幀時(shí)數(shù)據(jù)裝入 SBUF 并置 RI 1向 CPU 發(fā)出中斷申請(qǐng)若接收的是數(shù)據(jù)幀則不產(chǎn)生中斷信息被拋棄若 SM2被設(shè)為 0則無論是地址幀還是數(shù)據(jù)幀都將產(chǎn)生 RI 1中斷標(biāo)志數(shù)據(jù)裝入 SBUF利用這一功能可以按 照如下步驟進(jìn)行數(shù)據(jù)通信 1 將所有 SM2 位置 1 使其處于只接收地址幀的狀態(tài) 2 主機(jī)發(fā)送一幀地址信息其中前 8 位數(shù)據(jù)位表示通信的從機(jī)地址第 9 位為 1表示當(dāng)前幀為地址幀 3 從機(jī)接收到地址幀后如果是廣播地址幀則所有從機(jī)都將其 SM2位置 0準(zhǔn)備接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)或命令如果不是廣播地址幀則將本機(jī)地址與幀中地址進(jìn)行比較如果地址相同則將其 SM2位置 0并發(fā)送本機(jī)地址幀然后準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)如果地址不同則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù) SM2 位不變 4 主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)幀相應(yīng)的從機(jī)接收其他從機(jī)則不受影響 5 當(dāng)主機(jī)需要與其他從機(jī)通信時(shí)可以再次發(fā)出地址幀尋呼從 機(jī)重復(fù)這一過程 主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)按照表 41 的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸 表 41 數(shù)據(jù)格式 在程序中第 9 位發(fā)送數(shù)據(jù)位 SCON 中的 TB8 位第 9 位接收數(shù)據(jù)位為 SCON 的RB8 位因此發(fā)送數(shù)據(jù)前可以通過對(duì) TB8 位置 1或 0 來確定要發(fā)送的是地址幀還是數(shù)據(jù)幀而接收數(shù)據(jù)時(shí)對(duì)地址幀的判斷則是通過讀取 RB8位來獲得的 RB8 1當(dāng)前幀為地址幀 RB8 0 當(dāng)前幀為數(shù)據(jù)幀 單片機(jī)的串口工作在方式 3下其波特率由定時(shí)器 1T1的溢出率決定計(jì)算公式為 定時(shí)器 T1 的溢出率的計(jì)算公式為 則波特率的公式變?yōu)? 系統(tǒng)所采用的晶振頻率為 110592MHzT1 工作 在模式 3 下波特率 9600bs 主機(jī)部分通信程序設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中的主機(jī)通信程序分為 4 個(gè)部分分別為預(yù)定義及全局變量部分程序初始化部分?jǐn)?shù)據(jù)通信流程和發(fā)送數(shù)據(jù)部分主機(jī)的數(shù)據(jù)通信的基本流程如下 1 主機(jī)首先向所有從機(jī)發(fā)送地址幀對(duì)要通信的從機(jī)進(jìn)行呼叫發(fā)送地址幀時(shí)需將 TB8 位置 1 2 發(fā)送地址幀后如果發(fā)送的是廣播地址幀則不需要從機(jī)應(yīng)答待延遲一段 時(shí)間后調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù)如果發(fā)送的是非廣播地址幀主機(jī)則要接收應(yīng)答若應(yīng)答信號(hào)中的地址與前面發(fā)送的地址并不相同主機(jī)將重新發(fā)送地址幀呼叫否則調(diào)用發(fā)送函數(shù)發(fā)送數(shù)據(jù) 3 發(fā) 送完數(shù)據(jù)后主機(jī)等待從機(jī)的校驗(yàn)信號(hào)如果接收到 0X0F 數(shù)據(jù)表示發(fā)送成功通信結(jié)束否則主機(jī)將重新發(fā)送數(shù)據(jù)直至發(fā)送成功 該部分程序?qū)?yīng)的流程圖如圖 410 所示 圖 410 主機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖 分通信程序設(shè)計(jì) 從機(jī)通信程序也被分為預(yù)定義及全局變量部分程序初始化部分?jǐn)?shù)據(jù)通信流程和接收數(shù)據(jù)部分 4 個(gè)部分從機(jī)部分的數(shù)據(jù)通信過程受主機(jī)控制其基本的流程如下 1 初始化完成后從機(jī)設(shè)置 SM2位為 1串口只接收第 9位數(shù)據(jù)位為 1的地址幀數(shù)據(jù)幀將被直接拋棄 2 如果串口有數(shù)據(jù)接收收到地址幀則從機(jī)會(huì)將該幀中的地址信息先與廣播地址進(jìn)行比 較如果是廣播地址則做好接收數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備如果是其它地址則與本機(jī)地址比較如果相同則發(fā)送應(yīng)答信息應(yīng)答信息內(nèi)容應(yīng)為本機(jī)地址否則丟棄當(dāng)前數(shù)據(jù)從機(jī)繼續(xù)處于等待呼叫狀態(tài) 3 程序調(diào)用接收函數(shù)接收主機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)部分并作出應(yīng)答接收到的數(shù)據(jù)保存 至 Buf 指向的緩沖區(qū)中如果接收函數(shù)返回 0xff 表示數(shù)據(jù)校驗(yàn)失敗程序等待主機(jī)重新發(fā)送數(shù)據(jù)如果函數(shù)返回值為 0xfe 表示從機(jī)在數(shù)據(jù)接收過程中發(fā)現(xiàn)主機(jī)發(fā)送地址幀程序?qū)⒎艞壆?dāng)前接收過程將 SM2位重新置 1開始下一通信過程如果函數(shù)返回 0表示數(shù)據(jù)被成功接收向主機(jī)發(fā)送成功信號(hào)隨后程序?qū)?SM2位置 1重新開始 圖 411 從機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖 第 5 章 系統(tǒng)可靠性技術(shù) 在實(shí)驗(yàn)室里設(shè)計(jì)的控制系統(tǒng)在安裝調(diào)試后完全符合設(shè)計(jì)要求但把系統(tǒng)置入現(xiàn)場(chǎng)后系統(tǒng)常常不能正常穩(wěn)定地工作產(chǎn)生這種情況的原因主要是現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境復(fù)雜和各種各樣的電磁干擾所以單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性設(shè)計(jì)抗干擾技術(shù)變得越來越重要了 工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境中干擾是以脈沖產(chǎn)的形式進(jìn)人單片機(jī)系統(tǒng)的其主要的渠道有三條即空干擾多發(fā)生在高電壓大電流高頻電磁場(chǎng)附近并通過靜電感應(yīng)電磁感應(yīng)等方式侵入系統(tǒng)內(nèi)部供電系統(tǒng)干擾是由電源的噪聲干擾引起的過程通道干擾是干擾通過前向通道和后向通道 進(jìn)入系統(tǒng)的干擾一般沿各種線路侵入系統(tǒng)系統(tǒng)接地裝置不可靠也是產(chǎn)生干擾的重要原因各類傳感器輸人輸出線路的絕緣損壞均有可能 引入干撫 51 干擾產(chǎn)生的后果 1 數(shù)據(jù)采集誤差的加大當(dāng)干擾侵入單片機(jī)系統(tǒng)的前向通道疊加在信號(hào)上會(huì)使數(shù)據(jù)采集誤差增大特別是前向通道的傳感器接口是小電壓輸入時(shí)此現(xiàn)象會(huì)更加嚴(yán)重 2 程序運(yùn)行失常①控制狀態(tài)失靈在單片機(jī)系統(tǒng)中由于干擾的加人使輸出誤差加大造成邏輯狀態(tài)改變最終導(dǎo)致控制失常②死機(jī)在單片機(jī)系統(tǒng)受強(qiáng)干擾后造成程序計(jì)數(shù)器 PC 值的改變破壞程序正常運(yùn)行 3 系統(tǒng)被控對(duì)象誤操作①單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂指向了 其它地方運(yùn)行了錯(cuò)誤的程序② DRAM 中的某些數(shù)據(jù)被沖亂或者特殊寄存器的值被改變使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果③中斷誤觸發(fā)使系統(tǒng)進(jìn)行錯(cuò)誤的中斷處理 4 被控對(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定鎖存電路與被控對(duì)象間的線路包括驅(qū)動(dòng)電路受干擾從而造成被控對(duì)象狀態(tài)不穩(wěn)定 5 定時(shí)不準(zhǔn)①單片機(jī)內(nèi)部程序指針錯(cuò)亂使中斷程序運(yùn)行超出定時(shí)時(shí)間② RAM中計(jì)時(shí)數(shù)據(jù)被沖亂使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果 6數(shù)據(jù)發(fā)生變化在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中由于外部 RAM是可讀寫的在干擾的侵入下 RAM中數(shù)據(jù)有可能發(fā)生改變雖然 ROM能避免干擾破壞但單片機(jī)片內(nèi) RAM以及片內(nèi)各種特殊功能寄存器等狀態(tài)都有可 能受干擾而變化甚至 EPROM 中的數(shù)據(jù)也可能誤讀寫使程序計(jì)算出錯(cuò)誤的結(jié)果 針對(duì)以上出現(xiàn)的問題本系統(tǒng)分別從硬件和軟件兩個(gè)方面來探討一些提高單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾能力的方法合理地使用軟件和硬件抗干擾技術(shù)可使系統(tǒng)最大限度地避免干擾的產(chǎn)生和受干擾后能使系統(tǒng)恢復(fù)正常運(yùn)行保證系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定可靠地工作 52 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的硬件抗干擾設(shè)計(jì) 1 供電系統(tǒng)①防止從電源系統(tǒng)引入干擾可采取交流穩(wěn)壓器保證供電的穩(wěn)定性防止電源的過壓和欠壓使用隔離變壓器濾掉高頻噪聲低通濾波器濾掉工頻干擾②采用開關(guān)電源并提供足夠的功率余量主機(jī)部分使用單獨(dú) 的穩(wěn)壓電路必要時(shí)IO 供電分別采用 DCDC 模塊隔離以避免各個(gè)部分相互干擾 2 注意印制電路板的布線與工藝①盡量采用多層印制電路板多層板可提供良好的接地網(wǎng)可防止產(chǎn)生地電位差和元件之間的耦合②印制電路板要合理分區(qū)模擬電路區(qū)數(shù)字電路區(qū)功率驅(qū)動(dòng)區(qū)要盡量分開地線不能相混分別和電源端的地線相連③元件面和焊接面應(yīng)采用相互垂直斜交或者彎曲走線避免相互平行以減小寄生耦合避免相鄰導(dǎo)線平行段過長(zhǎng)加大信號(hào)線間距高頻電路互聯(lián)導(dǎo)線盡量短使用 45176。或者圓弧折線布線不要使用 90176。折線以減小高頻信號(hào)的發(fā)射④印制電路板要按單點(diǎn)接電單點(diǎn)心接地的原 則送電三個(gè)區(qū)域的電源線地線分三路引出地線電源線要盡量粗噪聲元件與非噪聲元件要盡量離遠(yuǎn)一些時(shí)鐘振蕩電路特殊高速邏輯電路部分用地線圈起來讓周圍電場(chǎng)趨近于零⑤使用滿足系統(tǒng)要求的最低頻率的時(shí)鐘時(shí)鐘產(chǎn)生器要盡量靠近用到該個(gè) TTL或 20多個(gè) CMOS如果輸出負(fù)載過重會(huì)降低輸出電平使電平處于或低于被驅(qū)動(dòng)器件的輸入門檻電平從而造成系統(tǒng)不穩(wěn)定 3 提高元器件的可靠性①選用質(zhì)量好的電子元件并進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試篩選和老化②設(shè)計(jì)時(shí)元件技術(shù)參數(shù)要有一定的余量③提高印制板和組裝的質(zhì)量 4 使用雙機(jī)冗余設(shè)計(jì)在對(duì)控制系統(tǒng)的可靠性有嚴(yán)格要求的場(chǎng)合使用 雙機(jī)冗余可進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗干擾能力雙機(jī)冗余就是執(zhí)行同一個(gè)控制任務(wù)可安排兩個(gè)單片機(jī)來完成即主機(jī)與從機(jī)正常情況下主機(jī)掌握著三總線的控制權(quán)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行控制此時(shí)從機(jī)處于待機(jī)狀態(tài)等待仲裁器的觸發(fā)當(dāng)主機(jī)由于某種原因發(fā)生誤動(dòng)作時(shí)仲裁器根據(jù)判別條件若認(rèn)為主機(jī)程序已混亂則切斷主機(jī)的總線控制權(quán)將從機(jī)喚醒從機(jī)將代替主機(jī)進(jìn)行處理與控制 5 用好去耦電容好的高頻去耦電容可以去除高到 1AHZ 的高頻成份陶瓷片電容或多層陶瓷電容的高頻特性較好設(shè)計(jì)印刷線路板時(shí)每個(gè)集成電路的電源地之間都要加一個(gè)去耦電容去耦電容有兩個(gè)作用一方面是本集成電路的蓄 能電容提供和吸收該集成電路開門關(guān)門瞬間的充放電能另一方面旁路掉該器件的高頻噪聲數(shù)字電路中典型的去耦電容為 01uf 的去耦電容有 5nH 分布電感它的并行共振頻率大約在 7MHz 左右也就是說對(duì)于 10MHz 以下的噪聲有較好的去耦作用對(duì)40MHz 以上的噪聲幾乎不起作用 1uf10uf 電容并行共振頻率在 20MHz 以上去除高頻率噪聲的效果要好一些在電源進(jìn)入印刷板的地方和一個(gè) 1uf 或 10uf 的去高頻電容往往是有利的即使是用電池供電的系統(tǒng)也需要這種電容每 10 片左右的集成電路要加一片充放電電容或稱為蓄放電容電容大小可選 10uf 最好不 用電解電容電解電容是兩層薄膜卷起來的這種卷起來的結(jié)構(gòu)在高頻時(shí)表現(xiàn)為電感最好使用膽電容或聚碳酸醞電容去耦電容值的選取并不嚴(yán)格可按 C 1f 計(jì)算即 10MHz 取01uf 對(duì)微控制器構(gòu)成的系統(tǒng)取 01001uf 之間都可以 53 軟件抗干擾技術(shù) 1．?dāng)?shù)據(jù)采集誤差的軟件對(duì)策 1 用軟件濾波算法可濾掉大部分由輸入信號(hào)干擾而引起的輸出控制錯(cuò)誤最常用的方法有算術(shù)平均值法比較舍取法中值法一階遞推數(shù)字濾波法具體選取何種方法必須根據(jù)信號(hào)的變化規(guī)律選擇對(duì)開關(guān)量采用多次采集的辦法來消除開關(guān)的抖動(dòng) 2 關(guān)鍵數(shù)據(jù)可使用軟件冗余技術(shù)即給數(shù)據(jù)增加一定的冗 余位以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)功能常用的方法有奇偶校驗(yàn)海明碼和循環(huán)碼校驗(yàn) 2．程序運(yùn)行失控的軟件對(duì)策 對(duì)于程序運(yùn)行失常的軟件對(duì)策主要是發(fā)現(xiàn)失常狀態(tài)并及時(shí)將系統(tǒng)引導(dǎo)到初始狀態(tài) 1 指令冗余對(duì) MCS51 系列單片機(jī)大部分指令為單字節(jié)當(dāng)出錯(cuò)的程序落到其上時(shí)出錯(cuò)的程序可自動(dòng)納入正軌當(dāng)落到多字節(jié)指令的操作數(shù)時(shí)程序?qū)⒗^續(xù)出錯(cuò)所以在關(guān)鍵的對(duì)程序的流向起決定性的指令之前插入兩條 NOP 指令以使被彈飛的指令恢復(fù)正軌 2 設(shè)置程序指針陷阱軟件陷阱將出錯(cuò)的程序捕獲并強(qiáng)行引入出錯(cuò)處理的程序軟件陷阱可安排在四個(gè)地方①未使用的中斷向量區(qū)干 擾可使未使用的中斷開放并激活中斷在這些地方設(shè)置軟件陷阱就能及時(shí)捕獲到錯(cuò)誤中斷②未使用的ROM 空間在其中每隔一段設(shè)置一個(gè)陷阱可將彈飛至該區(qū)域的出錯(cuò)程序捕獲③表格儲(chǔ)存在 EPROM 中的表格后安排軟件陷阱可在一定程度上防止軟件彈飛④程序區(qū)一般程序中不能任意安排軟件陷阱但是在正常程序中會(huì)有一些跳轉(zhuǎn)指令在這些指令后使用軟件陷阱可捕獲到彈飛到跳轉(zhuǎn)指令的操作數(shù)上的出錯(cuò)程序 3 使用程序監(jiān)視跟蹤定時(shí)器程序監(jiān)視跟蹤定時(shí)器即 Watchdog 在單片機(jī)抗干擾設(shè)計(jì)中使用非常廣泛各大器件生產(chǎn)商提供了不同功能的芯片如 im 的MX760MX813IMP的 IMP690A1692AL是用于微處理器系統(tǒng)的電源監(jiān)視和控制電路可為 CPU 提供復(fù)位信號(hào)看門狗監(jiān)視備用電池自動(dòng)切換及電源失效監(jiān)視除上／掉電條件下為微處理器提供復(fù)位外這些器件還具有備用電池切換功能利用 watchdog和軟件的配合使用可大大提高系統(tǒng)的抗干擾能力 4 使用實(shí)時(shí)嵌入式操作系統(tǒng) RTOS 操作系統(tǒng)首先建立多個(gè)實(shí)時(shí)任務(wù)并初始化各個(gè)任務(wù)在操作系統(tǒng)的調(diào)度下運(yùn)行若某一任務(wù)由于干擾而運(yùn)行失常操作系統(tǒng)可將該任務(wù)強(qiáng)制退出并讓出 CPU 控制權(quán)根據(jù)故障情況進(jìn)行處理使用 RTOSRS485X老師本課題是在 X老師的悉心指導(dǎo)下完成的在此衷心感謝指導(dǎo)老師對(duì)我的諄諄教導(dǎo)以及對(duì)我在生活工作學(xué)習(xí)研究等各方面的無私幫助 X 老師嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致實(shí)事求是的治學(xué)態(tài)度認(rèn)真勤奮不知疲倦的的工作作風(fēng)以及對(duì)事業(yè)的執(zhí)著追求都將使我終生難忘并時(shí)時(shí)鞭策我努力工作在設(shè)計(jì)的道路上奮發(fā)向上永不止步 感謝通信 062 班各位同學(xué)的無私支持和幫助他們幫助我解決了很多的困惑幫我完成了設(shè)計(jì)以及論文寫作中的部分工作希望我們以后能夠繼續(xù)合作共同進(jìn)步 感謝所有支持和幫助過我的領(lǐng)導(dǎo)老師和同學(xué)們 最后我要感謝非常感謝四年的大學(xué)生活感謝我的家人和那些永遠(yuǎn)也不能忘記的朋友他們的支持與情感是我永遠(yuǎn)的財(cái)富在今后的日子里我定會(huì)牢記領(lǐng)導(dǎo)和老師們的教誨在今后的工作中努力上進(jìn)立志成材今天我以華北大學(xué)為榮明天華北電力大學(xué)以我為榮 作者