【正文】 6個(gè)按鍵的鍵盤(pán)，顯然，在按鍵數(shù)量較多時(shí)，矩陣式鍵盤(pán)較之獨(dú)立式按鍵鍵盤(pán)要節(jié)省很多I/O口。矩陣式鍵盤(pán)中，行、列線分別連接到按鍵開(kāi)關(guān)的兩端，在進(jìn)行鍵盤(pán)掃描時(shí)，首先把矩陣鍵盤(pán)列線的第一根線置高，然后分別再檢測(cè)矩陣鍵盤(pán)行線是否有高電平的信號(hào)，如果有信號(hào)，那么就證明這根行線與第一根列線相交處的按鍵被按下了，單片機(jī)就讀入這個(gè)鍵值。如果所有的四根行線都沒(méi)有信號(hào)，那么就把第一根列線置低，把第二根列線置高，再一次檢測(cè)行線有沒(méi)有信號(hào)，然后依次類(lèi)推。由于鍵盤(pán)掃描的速度很快，而人按鍵總會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間，因此只要單片機(jī)處在等待輸入的狀態(tài)，這個(gè)鍵盤(pán)掃描程序基本上不會(huì)錯(cuò)過(guò)任何一個(gè)按鍵信號(hào)。由于一般人按鍵會(huì)有抖動(dòng)，抖動(dòng)信號(hào)造成鍵盤(pán)掃描時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤的信號(hào)，要不就是掃描不進(jìn)數(shù)據(jù)，要不就是重復(fù)輸入很多次數(shù)據(jù)，因此需要有一個(gè)消除抖動(dòng)的程序。讓單片機(jī)不響應(yīng)一些相關(guān)的抖動(dòng)信號(hào)，而只響應(yīng)一次確實(shí)存在的按鍵信號(hào)。消抖動(dòng)程序是這樣實(shí)現(xiàn)的，當(dāng)檢測(cè)到一個(gè)脈沖信號(hào)時(shí)，并不立即認(rèn)為是一次按鍵，而是延時(shí)一段時(shí)間以后再進(jìn)行檢測(cè)，如果三次檢測(cè)都有信號(hào)，那么就認(rèn)為有一次按鍵動(dòng)作發(fā)生了。延時(shí)的選擇非常重要，太快了，起不到消除抖動(dòng)的效果，太慢了又讓鍵盤(pán)太不靈活，錯(cuò)過(guò)較多的按鍵信號(hào)。鍵盤(pán)掃描程序的流程圖如圖32所示。系統(tǒng)的按鍵定義除了基本的數(shù)字鍵（0～9）外，將其它的鍵依次定義為開(kāi)、關(guān)、增值、減值、定時(shí)、確認(rèn)六個(gè)命令鍵，其控制的基本功能是：（1） 通過(guò)數(shù)字鍵、確認(rèn)鍵輸入分控制器的地址以及定時(shí)功能的時(shí)間設(shè)置。（2） 利用開(kāi)、關(guān)鍵控制照明燈具的啟停。（3） 利用增值、減值鍵控制照明燈具的亮度。（4） 通過(guò)定時(shí)鍵來(lái)對(duì)照明燈具進(jìn)行定時(shí)控制的設(shè)置。系統(tǒng)通過(guò)軟件方法實(shí)現(xiàn)該功能，即定義開(kāi)、關(guān)、增值、減值、定時(shí)、確認(rèn)等命令鍵，利用鍵盤(pán)掃描程序獲取對(duì)應(yīng)命令鍵的鍵值，然后執(zhí)行相應(yīng)的子程序，實(shí)現(xiàn)所要求的控制功能。圖32 鍵盤(pán)掃描程序流程圖 LED數(shù)碼顯示程序設(shè)計(jì)本系統(tǒng)采用了四位共陽(yáng)極七段數(shù)碼管，共陽(yáng)極數(shù)碼管的8個(gè)發(fā)光二極管的陽(yáng)極（二極管正端）連接在一起，通常，公共陽(yáng)極接高電平（一般接電源），其它管腳接段驅(qū)動(dòng)電路輸出端。當(dāng)某段驅(qū)動(dòng)電路的輸出端為低電平時(shí)，則該端所連接的字段導(dǎo)通并點(diǎn)亮，根據(jù)發(fā)光字段的不同組合可顯示出各種數(shù)字或字符。此時(shí)，要求段驅(qū)動(dòng)電路能吸收額定的段導(dǎo)通電流，還需根據(jù)外接電源及額定段導(dǎo)通電流來(lái)確定相應(yīng)的限流電阻，這里的限流電阻選為100Ω。這里選用的7447芯片是從BCD碼到SEG7段碼的轉(zhuǎn)換器，而74LS138是一個(gè)地址譯碼器，通過(guò)74LS138選通某個(gè)數(shù)碼管，然后根據(jù)7447傳送過(guò)來(lái)的SEG7段碼的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示，而在非選通的時(shí)候，數(shù)碼管能夠保持原有的顯示數(shù)據(jù)。LED數(shù)碼顯示程序的流程圖如圖33所示圖33 LED數(shù)碼顯示程序流程圖 照明啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì)照明的啟?？刂浦饕怯芍骺刂破靼l(fā)出指令，通過(guò)RS485通信方式或無(wú)線數(shù)傳方式控制全部或部分分控制器所控制照明燈具的啟停，因此照明啟?？刂瞥绦蛴蓛刹糠纸M成，即全部啟停控制與單獨(dú)啟?？刂苾刹糠?。 全部啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì) 全部照明啟停控制系統(tǒng)是利用主控制器上的開(kāi)、關(guān)按鍵來(lái)控制全部照明燈的啟停，控制命令是通過(guò)串口通信方式傳達(dá)到分控制器，來(lái)達(dá)到控制燈泡亮和滅的目的。在這個(gè)多機(jī)系統(tǒng)中采用的是主從式通信方式，主機(jī)即主控制器處于主導(dǎo)和支配地位，從機(jī)即分控制器一般以中斷方式來(lái)接收和發(fā)送數(shù)據(jù)。在主從式多機(jī)系統(tǒng)中主機(jī)發(fā)送的信息可以傳送到所有的從機(jī)或指定的從機(jī)，在這里是要發(fā)送給所有的從機(jī)，來(lái)控制照明燈的啟停。在本系統(tǒng)中采用廣播式命令，不需要從機(jī)返回信息，從機(jī)之間也不能直接通信。主機(jī)由AT89C51單片機(jī)充當(dāng)，從機(jī)為AT89c51單片機(jī)。主機(jī)與從機(jī)的數(shù)據(jù)通信波特率定為9600波特，每個(gè)從機(jī)都有唯一的地址號(hào)，用來(lái)區(qū)分各從機(jī)。單片機(jī)的數(shù)據(jù)通信由串口完成，定時(shí)器T1為波特發(fā)生器，數(shù)據(jù)傳送格式為1位起始位，8位數(shù)據(jù)位，1位停止位，1位可編程位（TB8）。工作方式：定時(shí)器T1設(shè)置為方式2，串口設(shè)置為工作方式3。本系統(tǒng)的通信原理為：從機(jī)在建立與主機(jī)通信之前所有分機(jī)的SM2都置1，即隨時(shí)處于對(duì)通信線路監(jiān)聽(tīng)的狀態(tài)，只能收到主機(jī)發(fā)送來(lái)的機(jī)號(hào)信息。主機(jī)向從機(jī)發(fā)送廣播地址信息時(shí)，廣播地址為00H，所有分機(jī)都接收到廣播地址信息，然后進(jìn)入正常通信狀態(tài)，清除SM2位，開(kāi)始接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的命令。從機(jī)收到的命令是開(kāi)燈時(shí)，打開(kāi)MOC3021驅(qū)動(dòng)雙向可控硅，從而就點(diǎn)亮了燈泡；同理，如果收到的命令是關(guān)燈時(shí)，封閉MOC3021使雙向可控硅截止，也就達(dá)到了關(guān)閉燈泡的目的。該系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)的控制程序流程圖如圖34和圖35所示。圖34 全部啟?？刂浦鳈C(jī)程序流程圖圖35 全部啟?？刂茝臋C(jī)程序流程圖 單獨(dú)啟?？刂瞥绦蛟O(shè)計(jì) 單獨(dú)照明啟停控制系統(tǒng)是通過(guò)主機(jī)發(fā)送給指定的從機(jī)命令信息，來(lái)實(shí)現(xiàn)照明燈的啟?？刂?。主機(jī)首先發(fā)送從機(jī)地址，被叫到的從機(jī)向主機(jī)發(fā)送本機(jī)地址，然后主機(jī)向從機(jī)傳送數(shù)據(jù)，從機(jī)根據(jù)接收的數(shù)據(jù)信息執(zhí)行相應(yīng)的命令。單片機(jī)的工作方式同全部照明啟停控制系統(tǒng)。其具體的工作過(guò)程是：所有的從機(jī)在通信之前都把SM2位置1，隨時(shí)處于偵聽(tīng)狀態(tài)。當(dāng)主機(jī)發(fā)送從機(jī)的地址信息時(shí)，每幀數(shù)據(jù)的第9位都為1，所有從機(jī)都接收到地址信息，然后判斷主機(jī)是否呼叫本機(jī)。如果呼叫本機(jī)則進(jìn)入正式通信狀態(tài)，清除SM2，并把本機(jī)地址號(hào)發(fā)送給主機(jī)作為應(yīng)答，然后才開(kāi)始接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的信息。而其它從機(jī)由于地址號(hào)不符，他們的SM2位仍然為1，仍處于偵聽(tīng)狀態(tài)，無(wú)法接收主機(jī)發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)信息。主機(jī)收到從機(jī)發(fā)送來(lái)的回應(yīng)信息后，比較主機(jī)已發(fā)送的地址號(hào)與剛接收的地址號(hào)是否相符，如果不符，則發(fā)出錯(cuò)誤信息；如果相符，則正式發(fā)送數(shù)據(jù)信息，這時(shí)發(fā)送的每幀的第9位都為0。只有SM2=0的從機(jī)才能接收到主機(jī)發(fā)送的信息。從機(jī)根據(jù)命令執(zhí)行相應(yīng)的動(dòng)作，如果為打開(kāi)命令，則輸出高電平驅(qū)動(dòng)可控硅動(dòng)作，開(kāi)啟照明燈；如果為關(guān)閉命令，則輸出低電平使可控硅截止，停掉照明燈。該系統(tǒng)的主機(jī)和從機(jī)控制程序流程圖分別如圖36與37所示。圖36 單獨(dú)啟停控制主機(jī)程序流程圖圖37 單獨(dú)啟?？刂茝臋C(jī)程序流程圖 照明控制程序設(shè)計(jì)照明控制系統(tǒng)是利用從機(jī)即單片機(jī)AT89c51和時(shí)鐘芯片DS12887進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，讀取和寫(xiě)入實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，主機(jī)采用串口通信方式對(duì)從機(jī)進(jìn)行定時(shí)時(shí)間的設(shè)置，從機(jī)然后根據(jù)設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行照明燈的啟?？刂?。 全部定時(shí)控制程序設(shè)計(jì)在全部定時(shí)控制系統(tǒng)中是通過(guò)主控制器向所有的分控制器發(fā)送廣播地址，分控制器在收到廣播地址后，使自己處于接收數(shù)據(jù)狀態(tài)，然后主控制器向網(wǎng)絡(luò)中發(fā)送時(shí)間數(shù)據(jù)信息，分控制器在收到時(shí)間數(shù)據(jù)后寫(xiě)入DS12887芯片，等到設(shè)定時(shí)間到達(dá)后，單片機(jī)發(fā)出命令關(guān)閉照明燈。該系統(tǒng)的主機(jī)控制流程圖同圖34所示，從機(jī)的控制流程圖如圖38所示。圖38 全部定時(shí)控制從機(jī)程序流程圖 單獨(dú)定時(shí)控制程序設(shè)計(jì) 主控制器使用鍵盤(pán)輸入被呼叫分控制器的地址，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)向所有分控制器傳送，在分控制器將該地址與本機(jī)地址進(jìn)行比較后，判斷是否是呼叫自己，如果是呼叫本機(jī)，就將本機(jī)地址傳送給主控制器，進(jìn)一步接收傳送的數(shù)據(jù)，然后分控制器就將數(shù)據(jù)寫(xiě)入DS12887芯片，等到設(shè)定的時(shí)間到達(dá)時(shí)就執(zhí)行關(guān)閉照明燈的命令。單獨(dú)定時(shí)控制的主機(jī)程序流程圖同圖36所示，從機(jī)程序流程圖如圖39所示。圖39 單獨(dú)定時(shí)控制從機(jī)控制程序流程 RS485通信程序設(shè)計(jì)由于RS485總線是異步半雙工的通信總線，在某一個(gè)時(shí)刻總線只可能呈現(xiàn)一種狀態(tài)，所以這種方式一般適用于主機(jī)對(duì)從機(jī)的查詢方式通信。在通信中，主機(jī)與各個(gè)從機(jī)進(jìn)行通信，必須能對(duì)各個(gè)從機(jī)進(jìn)行識(shí)別，這一識(shí)別功能是利用串口控制寄存器SCON的SM2位實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)串口以方式3工作時(shí)，發(fā)送和接收的每一幀信息都是11位，其中第9位數(shù)據(jù)位是可編程的，通過(guò)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(wú)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(guò)程。主機(jī)在發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，按照表31的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行傳輸。表31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(guò)對(duì)TB8位置1或0來(lái)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(guò)讀取RB8位來(lái)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1（T1）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)椋?，T1工作在模式3下，波特率=9600b/s。 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、數(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310所示。圖310 主機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖 從機(jī)部分通信程序設(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、數(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(guò)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(guò)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(guò)程，將SM2位重新置1，開(kāi)始下一通信過(guò)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)M2位置1，重新開(kāi)始圖311 從機(jī)數(shù)據(jù)通信流程圖4 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)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(lái)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(guò)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(guò)程通道干擾是干擾通過(guò)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(lèi)傳感器，輸人/輸出線路的絕緣損壞均有可能引入干撫。 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