【正文】 低。經(jīng)試驗證明，在PSEN 引腳損傷不嚴重時，可通過把 PSEN 直接對地短路將其拉至低電平；但若損傷嚴重，則即使直接接地，器件仍然不能工作。(2) 資源占用問題ADμC812 具有 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，即：定時器 0、定時器 1 和定時器 2。每一個定時器/計數(shù)器包含 2 個 8 位寄存器 THX 和 TLX(X＝0，1 和 2)。所有 3 個定時器/計數(shù)器均可配置作為定時器或計數(shù)器，此功能和普通單片機相同。當單片機處于在線調(diào)試時，定時器 1 被占用，用戶在程序中必須將定時器屏蔽才能正常運行，在線下載功能不受此影響。 40 (3) 模擬輸入與其他 ADC 芯片相比，ADμC812 的 ADC 模塊有一個缺點，就是 ADC正常工作的模擬輸入范圍為 0～V REF；而允許輸入的電壓范圍只能為正電壓(0～+5V) ，一旦輸入負的模擬電壓，則會影響 ADμC812 正常工作，若長時間輸入負電壓，將有可能損壞芯片。(4) P1 口值得注意的是，在 ADμC812 中端口 0、2 和 3 是雙向端口，而端口 1 是只輸入端口,P1 口的電路包括了位鎖存器和輸入緩沖器，但沒有輸出驅(qū)動器，因而 P1 口只能被配置為數(shù)字輸入或模擬輸入，不能用于輸出。當 P1 口用作模擬輸入時，它對應于 ADμC812 內(nèi) 8 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端口 ADC0ADC7。若在實際使用中，不須將 8 個通道 ADC 都用上，將 P1 口用作數(shù)字輸入時，在檢測是否有輸入信號之前，須將 0 寫至對應端口，然后再判斷。 電源模塊 ADμC812電源電路ADμC812 的輸入電壓為 +5V。為使其能夠穩(wěn)定工作，本設(shè)計采用 MC7805三端穩(wěn)壓芯片來為提供穩(wěn)定的+5V 直流電。ADμC812 電源電路如圖 324 所示。圖 324 ADμC812 電源電路 FPGA 電源電路本設(shè)計采用 TPSD301 芯片設(shè)計了電路為 FPGA 提供+ 與+3V 的穩(wěn)定直流電源。其電路原理如圖 325 所示。 41 圖 325 FPGA 電源電路 單片機下載調(diào)試模塊ADμc812 的用戶程序可以用兩種方式寫入到單片機內(nèi)部程序存儲器，一種是通過標準的 UART 串行接口進行串行下載寫入即在線編程模式；第二種方式和 E2PROM 的編程方式相同，通過專門的編程器并行寫入，即并行編程。本系統(tǒng)采用方便、實用的串行下載進行編程。下載電路如圖 326 所示。 42 圖 326 ADμC812 下載電路在對 ADμC812 進行下載和調(diào)試時發(fā)現(xiàn)的一些應注意的問題及其解決辦法介紹如下：(1) PSEN 引腳在具備上述 RS232 接口電路之后，還需通過一個與地相連的 1kΩ 電阻將ADμC812 的 PSEN 引腳拉至低電平才能進入在線調(diào)試和下載狀態(tài)。由于ADμC812 的調(diào)試器是在用戶系統(tǒng)復位時檢測 PSEN 引腳狀態(tài)的，在系統(tǒng)復位時 PSEN 引腳拉低是在線調(diào)試和下載功能實現(xiàn)的另一關(guān)鍵所在。值得強調(diào)的是，PSEN 引腳與地之間連上 1kΩ 電阻并不一定就能保證 PSEN 為低電平。若靜電造成 PSEN 引腳損傷，則 1kΩ 電阻不能將 PSEN 引腳拉低。經(jīng)試驗證明，在PSEN 引腳損傷不嚴重時，可通過把 PSEN 直接對地短路將其拉至低電平；但若損傷嚴重，則即使直接接地，器件仍然不能工作。(2) 資源占用問題ADμC812 具有 3 個 16 位定時器 /計數(shù)器，即：定時器 0、定時器 1 和定時器 2。每一個定時器/計數(shù)器包含 2 個 8 位寄存器 THX 和 TLX(X＝0，1 和 2)。所有 3 個定時器/計數(shù)器均可配置作為定時器或計數(shù)器，此功能和普通單片機相同。當單片機處于在線調(diào)試時，定時器 1 被占用，用戶在程序中必須將定時器屏蔽才能正常運行，在線下載功能不受此影響。(3) 模擬輸入與其他 ADC 芯片相比，ADμC812 的 ADC 模塊有一個缺點，就是 ADC正常工作的模擬輸入范圍為 0～V REF；而允許輸入的電壓范圍只能為正電壓(0～+5V) ，一旦輸入負的模擬電壓，則會影響 ADμC812 正常工作，若長時間輸入負電壓，將有可能損壞芯片。(4) P1 口值得注意的是，在 ADμC812 中端口 0、2 和 3 是雙向端口，而端口 1 是只輸入端口,P1 口的電路包括了位鎖存器和輸入緩沖器，但沒有輸出驅(qū)動器，因而 P1 口只能被配置為數(shù)字輸入或模擬輸入，不能用于輸出。當 P1 口用作模擬輸入時，它對應于 ADμC812 內(nèi) 8 通道模數(shù)轉(zhuǎn)換的輸入端口 ADC0ADC7。若在實際使用中，不須將 8 個通道 ADC 都用上，將 P1 口用作數(shù)字輸入時，在檢測是否有輸入信號之前，須將 0 寫至對應端口，然后再判斷。 43 第 4 章 軟件系統(tǒng)設(shè)計 軟件設(shè)計原則在單片機測控系統(tǒng)中，軟件的重要性與硬件設(shè)計同樣重要。當系統(tǒng)的硬件電路確定之后，系統(tǒng)的主要功能還要靠軟件來實現(xiàn)。為了滿足系統(tǒng)的要求，編制軟件時必須符合以下基本要求 [16]：1. 易理解性、易維護性。指軟件系統(tǒng)代碼容易閱讀和理解，容易發(fā)現(xiàn)和糾正錯誤，容易修改和補充。由于系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復雜性，設(shè)計人員很難在短時間內(nèi)就對整個系統(tǒng)理解無誤，軟件的設(shè)計與調(diào)試不可能一次完成，有些問題是在運行中逐步暴露出來，這就要求編制的軟件容易理解和修改。在軟件的設(shè)計方法中，結(jié)構(gòu)化設(shè)計是最好的一種方法，這種設(shè)計方法是由整體到局部，然后再由局部到細節(jié)，先考慮整個系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能，確定整體目標，然后把這個目標分成一個個的任務(wù)，任務(wù)中可以分成若干個子任務(wù)，這樣逐層細分，逐個實現(xiàn)。本設(shè)計就是采用這種模塊化的設(shè)計方法。這樣不但使得設(shè)計目標明確、思路清晰，而且在檢錯、調(diào)試時也很方便。當出現(xiàn)問題時，可以根據(jù)問題的種類和現(xiàn)象來判斷是哪一部分出的問題，很容易找出故障所在和故障原因。同時，采用模塊化程序結(jié)構(gòu)設(shè)計方案，對于系統(tǒng)功能的擴充和修改也提供了很大的方便。2. 實時性是本系統(tǒng)的基本要求。即要求系統(tǒng)及時響應外部事件的發(fā)生，并及時給出處理結(jié)果。3. 可測試性。系統(tǒng)軟件的可測試性具有兩方面的含義：其一是指比較容易地制定出測試準則，并根據(jù)這些準則對軟件進行測定；其二是軟件設(shè)計完成后，首先在模擬環(huán)境下運行，經(jīng)過靜態(tài)分析和動態(tài)仿真運行，證明準確無誤后才可投入實際運行。4. 準確性。準確性對整個系統(tǒng)具有重要意義。系統(tǒng)要進行大量運算，算法的正確性和準確性問題對控制結(jié)果有直接影響。5. 可靠性?？煽啃允窍到y(tǒng)軟件最重要的指標之一，具有兩方面的含義：第一是運行參數(shù)環(huán)境發(fā)生變化時，軟件都能可靠運行并給出正確結(jié)果。第二是 44 在環(huán)境惡劣干擾嚴重情況下，軟件必須保證也能可靠運行。 單片機系統(tǒng)軟件的設(shè)計單片機系統(tǒng)的軟件部分，是整個系統(tǒng)的核心，軟件設(shè)計的好壞直接關(guān)系到系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及功能的實現(xiàn)。ADμC812 的軟件既可以采用匯編語言實現(xiàn)，又可以采用 C51 語言實現(xiàn)。整機軟件由主程序，采樣濾波子程序、顯示子程序、光柱控制顯示程序、按鍵處理子程序、菜單結(jié)構(gòu)程序、數(shù)據(jù)讀寫子程序、數(shù)據(jù)通訊子程序等組成。本課題實現(xiàn)的儀器功能比較多，如果采用單個文件來實現(xiàn)軟件，將導致程序的可讀性變差，而且對軟件的修改和功能的加減也不容易實現(xiàn)。為了實現(xiàn)程序的模塊化設(shè)計，采用多個文件來組織整個軟件。整機軟件的流程圖如圖 41 所示。圖 41 整機軟件流程圖程序開始執(zhí)行時，先初始化單片機的資源外設(shè)，包括 A/D 工作模式、I/O口配置、串口初始化、中斷、定時器、看門狗的設(shè)置等，然后載入測量數(shù)據(jù)存 45 儲器的儲存位置和該儀器測量的設(shè)置信息，接下來程序進入等待鍵盤輸入和串口更新設(shè)置的循環(huán)中。顯示數(shù)據(jù)部分的工作則是由定時器 2 來定時采樣數(shù)據(jù)，再將測量數(shù)據(jù)送到 LED 光柱和 LCD 液晶顯示器進行顯示的，采用這種方法可以使顯示數(shù)據(jù)的刷新速度保持一致，如果將采集顯示代碼也放于主程序循環(huán)中，則在與計算機通訊或讀寫存儲器時，程序的執(zhí)行時間比較長，將導致數(shù)據(jù)顯示刷新速度變慢，給用戶停頓或死機的感覺。通過定時器定時采樣顯示的方法很好的解決了測量數(shù)據(jù)不能得到及時更新和顯示的問題，提高數(shù)據(jù)顯示的穩(wěn)定性和實時性。 軟件各模塊的設(shè)計 A/D 采樣模塊ADμC812 內(nèi)部的 AD 轉(zhuǎn)換器有三種工作模式：第一，用軟件或通過把轉(zhuǎn)換信號加至外部引腳 CONVST可以啟動單步或連續(xù)轉(zhuǎn)換模式；第二，用定時器 2 來產(chǎn)生用于 A/D 轉(zhuǎn)換的重復觸發(fā)信號；第三，配置 ADC 工作于 DMA 方式，ADC 連續(xù)轉(zhuǎn)化，并將采樣值捕獲到 RAM 空間，而不需要 MCU 內(nèi)核的干預，實現(xiàn)快速采樣。 46 圖 42 采樣程序流程圖采樣數(shù)據(jù)為 16 位數(shù)據(jù)，低 12 位為采樣數(shù)據(jù)，高 4 位為采樣通道號。 人機對話模塊本儀器的鍵盤功能包括上下公差限的設(shè)定、儀器地址設(shè)置、顯示分辨率選擇、傳感器通道測量方式選擇、光柱顯示模式設(shè)定。如果不采用菜單結(jié)構(gòu)，而采用傳統(tǒng)的一鍵一義的編程方式則需要大量的按鍵，這顯然是不可取的，因此采用一鍵多義方式，即采用菜單操作方式實現(xiàn)人機對話，菜單結(jié)構(gòu)是整個程序功能實現(xiàn)的外殼，采用該結(jié)構(gòu)最大的好處就是可以精簡按鍵數(shù)量，當擴展儀器的新功能時，只需要在菜單結(jié)構(gòu)中增加菜單索引，再加入顯示函數(shù)和功能實現(xiàn)函數(shù)就可以實現(xiàn)儀器的新功能。而且程序結(jié)構(gòu)清晰，易于維護和修改。 47 鍵盤輸入鍵盤輸入部分共有六個輸入按鍵，其功能通過軟件分別定義為上/跳動、下/保存、左、右、確認/測量、返回。鍵盤輸入程序只是簡單的響應鍵盤中斷，置按鍵標志位和讀取按鍵識別碼。其按鍵中斷響應流程圖如圖 43 所示。圖 43 按鍵響應流程圖在程序中，通過讀取按鍵的硬件編碼值來識別不同的按鍵，根據(jù)硬件原理我們可以得到各按鍵的編碼值：KEY_OK= 0x00，KEY_CANCEL= 0x05，KEY_UP= 0x04，KEY_DOWN= 0x03，KEY_LEFT= 0x02，KEY_RIGHT= 0x01。當程序處理的按鍵編碼值不是上述編碼值時，直接丟棄該次按鍵操作，防止誤操作。 LCD 液晶顯示要實現(xiàn)量儀的人機對話，采用菜單結(jié)構(gòu)將鍵盤輸入、顯示輸出、功能實現(xiàn)三部分結(jié)合在一起，使每個按鍵在不同的狀態(tài)下有不同的含義，采用少量鍵盤，實現(xiàn)多重功能 [18,19]。采用的 LCD 液晶顯示器作為鍵盤輸入，菜單提示的人機交互顯示器。由于 LCD 液晶顯示器只能表示最簡單的數(shù)字和有限的英文字母，所以我們在程序中采用單級菜單模式實現(xiàn)整個儀器功能設(shè)置管理，即當前的菜單只代表儀器的一項參數(shù)設(shè)置功能，簡化菜單操作的設(shè)計和減少結(jié)構(gòu)代碼所占用的程序空間。 48 整個顯示框架結(jié)構(gòu)分為三層：第一層為測量數(shù)據(jù)顯示部分，是測量數(shù)據(jù)的數(shù)字顯示部分，顯示值對應于光柱顯示的顯示值；第二層為設(shè)置項索引菜單，用于指示儀器當前的功能設(shè)置項目，顯示該儀器的功能設(shè)置項目；第三層為設(shè)置項設(shè)置界面，顯示當前設(shè)置項的設(shè)置值。上述各按鍵的意義明確，只要按照LCD 液晶顯示器的顯示提示，就可方便的實現(xiàn)儀器功能參數(shù)的修改。 光柱控制模塊光柱控制模塊判斷超限流程圖如圖 46 所示。圖 46 判斷超差限子程序流程圖 49 存儲器模塊單片機內(nèi)部存儲器主要用于保存儀器功能設(shè)置參數(shù)以及外部數(shù)據(jù)存儲位置信息，儀器功能參數(shù)的保存地址是根據(jù)菜單功能的索引確定的。外部數(shù)據(jù)存儲器主要用于保存儀器各種測量數(shù)據(jù)，對 FM24C256 存儲器的操作，需要遵循 I2C 總線協(xié)議，其讀寫模式采用單字節(jié)模式，另外FM24C256 的讀寫操作指令都是沒有延時的，所以在每次寫操作后，直接就能進行下一次寫。每個測量數(shù)據(jù)用兩個字節(jié)表示 [22]，高位字節(jié)數(shù)據(jù)占用偶地址，低位字節(jié)數(shù)據(jù)占用奇地址，每次向存儲器寫入一個測量數(shù)據(jù)，存儲器地址指針加 2 個字節(jié)。存儲器的數(shù)據(jù)結(jié)尾用 0xFFFF 標示，該標志位以后數(shù)據(jù)的沒有意義。每個測量數(shù)據(jù)的存儲需要有一定的格式，以表示不同的測量數(shù)據(jù)類型。因此 16 位測量數(shù)據(jù)除了含有測量值信息還需要額外的信息：測量通道號和測量的數(shù)據(jù)類型。其數(shù)據(jù)封裝形式如表 43 所示：表 43 FM24C256 數(shù)據(jù)存儲格式D15D12 D11D000000111 12 位測量數(shù)據(jù)表中 D15D12 值為 00000011 表示工件 14 通道尺寸測量值，01000111表示工件 14 通道跳動測量值。 外部通訊模塊外部通訊模塊的目的是使電子柱量儀與計算機之間能夠相互通訊。從而能從計算機上實現(xiàn)修改儀器的功能參數(shù)，通過串口實時采集現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)等功能，以達到電子柱量儀的網(wǎng)絡(luò)化控制需要實現(xiàn)的結(jié)構(gòu)是以計算機來控制多個電子柱的主從式結(jié)構(gòu)，采用 RS485 總線實現(xiàn)了多點互連，在與計算機通訊時，采用 RS485/RS232 接口轉(zhuǎn)換電路來連接計算機 RS232 口和電子柱 RS485 口，實現(xiàn)多臺電子柱量儀與計算機進行數(shù)據(jù)交換和控制的關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議的設(shè)計。對于整個通訊協(xié)議的軟件實現(xiàn)，關(guān)鍵是單片機按照協(xié)議規(guī)定的數(shù)據(jù)通訊幀格式正確的對上位機程序發(fā)送的數(shù)據(jù)包進行解包，提取命令和數(shù)據(jù)信息。用程序具體實現(xiàn) PC 機和單片機從機之間的通信時。設(shè)置單片機串口的通 50 訊方式為模式 1(8 位異步通訊方式)，其通訊波特率根據(jù)具體情況，可以在240019200bps 之間設(shè)置。其通訊的軟件流程圖如圖 410 所示。圖 410 數(shù)據(jù)包接收發(fā)送程序流程圖 51 結(jié)論本論文針對目前單色電子柱量儀存在的問題，完成三色電子柱量儀硬件、軟件系統(tǒng)以及上位管理控制系統(tǒng)流程的設(shè)計，對系統(tǒng)各個部分