【正文】 這時我們首先要盡快將程序納入正軌 (。采用這種安排之后，大多數(shù) CPU 可以有 50～ 95%的時間用于睡眠，從而使 CPU 受到隨機(jī)干擾的威脅大大降低，同時降低了 CPU 的功耗 。 （ 3）我們仔細(xì)分析系統(tǒng)軟件后發(fā)現(xiàn)， CPU 很多情況下是在執(zhí)行一些等待指令和循環(huán)檢查程序，由于這時 CPU 雖沒有重要工作，但卻是清醒的，很容易受干擾。軟件中斷將掉電中斷 規(guī)定為高級中斷，使系統(tǒng)及時對掉電作出反應(yīng)。對付這一類事故的有效方法就是掉電保護(hù)。為此只要在單片機(jī)的 RESET 端加上一個高電平信號，并持續(xù) 10ms 以上即可。因此，如何發(fā)現(xiàn)單片機(jī)受到干擾，如何攔截 失去控制的程序流向，如何使系統(tǒng)的損失減小，如何恢復(fù)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，這些就是 CPU 抗干擾需要解決的問題。設(shè)計的鍵盤的抗干擾措施采用軟件編程實(shí)現(xiàn)，在第一次檢測到有鍵按下時，執(zhí)行一段延時 10ms的子程序之后，再檢測此按鍵，如果第二次檢測結(jié)果仍為按下狀態(tài)， CPU 便確認(rèn)此按鍵已真正按下，從而消除了抖動的影響。 （ 3）鍵盤抗干擾處理：由于機(jī)械開關(guān)的撞擊作用，開關(guān)在閉合或斷開時，開關(guān)的觸頭會產(chǎn)生抖動，抖動時間約 5ms～ 10ms。 軟件抗干擾 可利用以下方法提高軟件的抗干擾能力： （ 1）設(shè)置自檢程序：在系統(tǒng)內(nèi)設(shè)立狀態(tài)標(biāo)志，在運(yùn)行中不斷循環(huán)測試，以保證系統(tǒng)中信息存儲、傳輸、運(yùn)算的高可靠性。 配置去耦電容：原則上每個集成電路芯片都應(yīng)安置一個 0. 1mF 的陶瓷電容器，可以 消除大部分高頻干擾。 抗干擾電源：微機(jī)系統(tǒng)供電線路是干擾的主要來源，電源采用隔離變壓器接入電網(wǎng)，可以防止電網(wǎng)的干擾侵入微機(jī)系統(tǒng)。穩(wěn)壓管的選擇也要適宜，其穩(wěn)壓值以略高于最高傳送信號電壓為宜，太低將對有效信號起限幅效果，使信號失真。 過壓保護(hù)電路：在輸入輸出通道上應(yīng)采用一過壓保護(hù)電路，以防引入高電壓，傷害微機(jī)系統(tǒng)。因此，一個成功的抗干擾系統(tǒng)是由硬件和軟件相結(jié)合構(gòu)成的。硬件措施如果得當(dāng)，可將絕大部分干擾拒之門外，但仍然會有少 數(shù)干擾進(jìn)入微機(jī)系統(tǒng)，故軟件措施作為第二道防線必不可少。 一般情況下 ， 空間干擾在強(qiáng)度上遠(yuǎn)小于其它兩種，故微機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)重點(diǎn)防止過程通道與供電系統(tǒng)的干擾。 （ 2）過程通道干擾，干擾通過與系統(tǒng)相連的前向通道、后向通道及與其它系統(tǒng)的相互通道進(jìn)入。工業(yè)環(huán)境 有強(qiáng)烈的電磁干擾，因此必須采取抗干擾措施，否則難以穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。 抗干擾 隨著單片微機(jī)在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用越來越廣泛，對其可靠性要求也越來越高。設(shè)該閾值上限為 ，下限為。因此，在本設(shè)計中，對頻率的采集采用設(shè)定一個閾值 的方式。 圖 5－ 2 A/D 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 由于在正常情況下，電網(wǎng)的頻率不會產(chǎn)生太大的波動。此時，定時器的精度為： 632 2( )16 10 s??? （ 51） 欲以時間 32Tt? 為定值觸發(fā)定時器溢出中斷， 8位的定時器 /計數(shù)器 2 的初值應(yīng)設(shè)置為： 616 102 25 6 32TC NT t ?? ? ? （ 52） A/D 轉(zhuǎn)換全部完成后，將 A/D 轉(zhuǎn)換標(biāo)志位 ad_flag 清零，屏蔽 A/D 轉(zhuǎn)換，廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 33 對本次轉(zhuǎn)換結(jié)果進(jìn)行處理，直至 A/D 轉(zhuǎn)換標(biāo)志位 ad_flag 被置位后，才開始下一輪的 A/D 轉(zhuǎn)換。 在本設(shè)計中，單片機(jī)工作于 16MHz 的 頻率，使用 8 位的定時器 /計數(shù)器 2的溢出中斷對信號進(jìn)行 A/D轉(zhuǎn)換。當(dāng)比較器輸出的方波上升沿送到外部中斷 0 時，啟動定時器 2 溢出中斷，其時間間隔取決于頻率采集時所獲得的周期。因此為了實(shí)現(xiàn)在完整的一周期內(nèi)等間隔的采樣，每次 A/D轉(zhuǎn)換必須在定時器溢出中斷中進(jìn)行，而定時器溢出中斷的時間，取決于周期的采集。如果不是等間隔采樣會造成頻譜泄漏，嚴(yán)重影響采集精度。 （ 3）鍵盤操作 儀器初始化完成后，便不斷地查詢鍵盤，等待鍵操作，當(dāng)有鍵按下時，CPU 便讀入鍵碼，執(zhí)行相應(yīng)的鍵功能。 （ 2）自檢與初 始化 復(fù)位后，儀器要做的第一件事就是自檢，即對硬件電路進(jìn)行檢查，若發(fā)廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 32 現(xiàn)錯誤則停止運(yùn)行，自檢無誤后，便進(jìn)行儀器的初始化工作。 軟件程序的組成 軟件程序是設(shè)計重要的組成部分，其主程序流程圖如圖 5－ 1所示。 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 31 第五章 軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件主要由主程序、鍵盤掃描子程序、顯示子程序和通信子程序等組成。這是由于對 RS485 的收發(fā)控制端 TC 設(shè)計不合理，造成微系統(tǒng)上電時節(jié)點(diǎn)收發(fā)狀態(tài)混亂從而導(dǎo)致總線堵塞 ， 改進(jìn)的方法是將各系統(tǒng)加裝電源開關(guān)然后分別上電； （ 3） 總線連續(xù)幾個節(jié)點(diǎn)不能正常工作 ， 一般是由其中的一個節(jié)點(diǎn) 故障導(dǎo)致的 ， 一個節(jié)點(diǎn)故障會導(dǎo)致鄰近的 2～ 3 個節(jié)點(diǎn)（一般為后續(xù)）無法通信，因此將其逐一與總線脫離，如某節(jié)點(diǎn)脫離后總線能恢復(fù)正常，說明該節(jié)點(diǎn)故障； （ 4） 系統(tǒng)基本正常但偶爾會出現(xiàn)通信失敗 ， 一般是由于網(wǎng)絡(luò)施工不合理廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 30 導(dǎo)致系統(tǒng)可靠性處于臨界狀態(tài)，最好改變走線或增加中繼模塊 ， 應(yīng)急方法之一是將出現(xiàn)失敗的節(jié)點(diǎn)更換成性能更優(yōu)異的芯片； （ 5） MCU 有可能出現(xiàn) 故障導(dǎo)致 TC 端處于長發(fā)狀態(tài)而將總線拉死一片的現(xiàn)象， 所以 必須 對 TC 端的檢查。 RS485 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的維護(hù) RS485 是一種低成本、易操作的通信系統(tǒng)，但是穩(wěn)定性 差， 同時相互牽制性強(qiáng)，通常有一個節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)故障會導(dǎo)致系統(tǒng)整體或局部的癱瘓，而且又難以判斷。 圖 4－ 6 反 饋重發(fā)糾錯（ ARQ）原理示意圖 該方式操作簡單，所需緩沖存儲器容量小。發(fā)送端根據(jù)回傳指令，將有錯的碼組重傳，直至正確接受位置。通信時，接收機(jī)根據(jù)收到的碼元序列中附加校驗(yàn)位的編碼規(guī)則，進(jìn)行判決。 本系統(tǒng)中采用反饋重發(fā)糾錯（ ARQ）方式。接收端通過 校驗(yàn)這種約束關(guān)系是否成立，完成識別錯誤或者進(jìn)一步判斷錯誤位置并加以糾正的工作，從而保證通信的可靠性。為了克服干擾，增加傳輸?shù)目煽啃裕枰氩铄e控制技術(shù)，即由信息碼元和監(jiān)督碼元共同組成一個碼字，二者之間滿足一定的約束關(guān)系。隨著現(xiàn)代數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的不斷發(fā)展以及傳輸速率的不斷提高，對信息碼元的差錯概率的要求也在提高。 //主機(jī)接收不正確，重新發(fā)送 // EA=1； Return。 RI=0。 TI=0。i++) { SBUF=buffer[i]。 do { for(i=0。 RI=0。 buffer[9]=sum。pocount。 //秒 buffer[8]=recordID。 //時 buffer[6]=minute。 //月 buffer[4]=date。 // 數(shù)據(jù)特征碼 buffer[1]=count+1。 EA=1。 ET1=000。 TH1=0fd。 int sum。 int po,year,month,date,hour。中斷服務(wù)程序用于對上位機(jī)的通信。這樣下位機(jī)程序就包括了下位機(jī)主程序和下位機(jī)中斷服務(wù)程序。 （ 3） 接收數(shù)據(jù)也要考慮延時，以等待下位機(jī)將一個單位的數(shù)據(jù)全部發(fā)給上位機(jī)。 （ 2） 發(fā)送以字節(jié)為單位，每個字節(jié)間要考慮延時，以免因溢出而丟失數(shù)廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 27 據(jù)。 } 開發(fā)通信程序的關(guān)鍵是發(fā)送和接受數(shù)據(jù) ， 這里只列幾個注意點(diǎn)： （ 1） 由于采用半雙工傳輸方式，開始發(fā)送前要禁止接受。 } else //if2 MessageBox(接收數(shù)據(jù)錯誤 )。(count3)) { count++。 //rdMessage 定義接收字節(jié)存儲區(qū)，為全局變量 // if ((rdMessage[0]!=0x7f)amp。 //發(fā)送命令碼 char rdMessage [20]。 int count=0。 //構(gòu)造串口類，初始化串行口 if ((2,9600)) //if1 //打開串行口 2，波特率為 9600bps { static char szMessage[]=0。 （ 3）下位機(jī)內(nèi)部參數(shù)設(shè)定界面?？梢员O(jiān)測到下位機(jī)的狀態(tài)（運(yùn)行，停機(jī)，故障）。 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 25 圖 45 單片機(jī)與 PC 機(jī)通訊流程圖 上位機(jī)通信軟件設(shè)計： 本系統(tǒng)的上位機(jī)軟件用 VC 實(shí)現(xiàn)，可以方便的訪問串 口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的接收和發(fā)送。上位機(jī)接收到應(yīng)答信號后，可以作進(jìn)一步的處理。單片機(jī)發(fā)送給 PC機(jī)的數(shù)據(jù)格式為： 開始碼 數(shù)據(jù)體 校驗(yàn)和 結(jié)束碼 00H DATA[0]DATA[1]?DATA[N 1] DATASUM FFH 上下位機(jī)間的通信過程 通信均有上位機(jī)發(fā)起，下位機(jī)不主動申請通信；當(dāng)處于輪詢狀態(tài)時，上位機(jī) 根據(jù) 下位機(jī)地址，定時向下位機(jī)發(fā)送呼叫指令。 （ 5）波特率設(shè)置 通信線上傳送的所以位信號都保持一致的信號持續(xù)時間，每一位的寬度都由數(shù)據(jù)傳送速率確定，而傳送速率是以每秒多少個二進(jìn)制位來度量的，這個速率叫 做 作波特率。停止位是一個字符數(shù)據(jù)的結(jié)束標(biāo)志，可以是 1位、 位或 2位的低電平。如果選擇偶校驗(yàn)，那么組成數(shù)據(jù)位和奇偶位的邏輯“ 1”的個數(shù)必須是偶數(shù)；如果選擇奇校驗(yàn)，那么邏輯“ 1”的個數(shù)必須是奇數(shù)。 （ 3） 奇偶校驗(yàn)位 數(shù)據(jù)位發(fā)送完之后，便可以發(fā)送奇偶校驗(yàn)位。這些數(shù)據(jù)位被接收到移位寄存器中，構(gòu)成傳送數(shù)據(jù)字符。 （ 2） 數(shù)據(jù)位 當(dāng)接收設(shè)備收到起始位后，緊接著就會收到數(shù)據(jù)位。起始位通過通信線傳向接收設(shè)備，接收設(shè)備檢測到這個邏輯低電平后，就開始準(zhǔn)備接收數(shù)據(jù)位信號。 軟件掛鉤（握手）信號約定有 如下 ： （ 1） 起始位 當(dāng)通信線上沒有數(shù)據(jù)被傳送時，處于邏輯“ 1”狀態(tài)。如果在時序上配合不好，就會發(fā)生總線沖突，使整個系統(tǒng)的通信癱瘓，無法正常工作。 數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)的軟件設(shè)計 數(shù)據(jù)通信協(xié)議的設(shè)計 RS485 通常應(yīng)用于一對多點(diǎn)的主從應(yīng)答式通信系統(tǒng)中，相對于 RS232廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 23 等全雙工總線 ， 效率低了許多，因此選用合適的通信協(xié)議及控制方式非常重要。 T 頭小于 10m的節(jié)點(diǎn)采用 T型連接對網(wǎng)絡(luò)匹配并無太大影響，可放心使用，但對于節(jié)點(diǎn)間距非常?。ㄐ∮?1m，如 LED 模塊組合屏）應(yīng)采用星型連接，若采用 T 型或串珠型連接就不能正常工作。通信距離 1km 以上時應(yīng)通過增加中繼模塊或降低速率的方法提高傳輸可靠性。實(shí)際使用時，因線纜長度、線徑、網(wǎng)絡(luò)分布、傳輸速率不同，實(shí)際接點(diǎn)數(shù)均達(dá)不到理論值。 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 22 圖 44 多點(diǎn)通訊形式 的 系統(tǒng)總體連接圖 RS485網(wǎng)絡(luò)的建立 RS485 網(wǎng)絡(luò)通常采用特性阻抗為 120? 雙絞線作傳輸介質(zhì)，傳輸速率300b/s～ ，為異步半雙工結(jié)構(gòu)。為了消除反射，吸收噪音，采用2 個 120? 的匹配電阻 R1 和 R2 連在總線的兩端。 系統(tǒng)的總體連接 本系統(tǒng) 可 采用多點(diǎn)通訊形式 ， 系統(tǒng)的總體連接如圖 44所示 ， 通過發(fā)送控制字和工作方式字給相應(yīng)的單片機(jī) ，使其進(jìn)行相應(yīng)的操作。 圖 42 MAX485 引腳和結(jié)構(gòu)圖 圖 43 數(shù)據(jù)通信原理圖 RO和 DI 端分別為接收器的輸出和驅(qū)動器的輸入端，與單片機(jī)連接時只需分別與單片機(jī)的 RXD 和 TXD 相連即可； RE 和 DE端分別為接收和發(fā)送的使能端，當(dāng) /RE 為邏輯 0 時，器件處于接收狀態(tài)；當(dāng) DE 為邏輯 1 時，器件處于發(fā)送狀態(tài)，因?yàn)?MAX485 工作在半雙工狀態(tài)，所以只需用單片機(jī)的一個管腳控制這兩個引腳即可； A 端和 B 端分別為接收和發(fā)送的差分信號端 ， 當(dāng) A引腳的電平高于 B時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1；當(dāng) A 的電平低于 B 端時，代表發(fā)送的數(shù)據(jù)為 0。從圖中可以看出 MAX485 芯片的結(jié)構(gòu)和引腳都非常簡單 ，內(nèi)部含有一個驅(qū)動器和接收器。 圖 41 ADAM4250 應(yīng)用原理圖 廣西大學(xué)本科畢業(yè)論文 基于單片機(jī)的智能開關(guān)研制 21 單片機(jī)和 RS485 總線的接口 單片機(jī)實(shí)現(xiàn)與 PC 機(jī)之間的通訊時，因?yàn)閱纹瑱C(jī)輸出的是 TTL 電平，必