【正文】 器、CRT、打印機及其他外圍設(shè)備）、文件和作業(yè)進程。不同的計算機系統(tǒng)可能有不同的操作系統(tǒng)，如CP/M、CDOS等。例如MCS51匯編程序，用戶可以把用匯編語言編寫的程序送入仿真器，然后把它變?yōu)闄C器語言程序，再把這些機器語言程序固化到EPROM中，EPROM中的程序就可以在用戶系統(tǒng)中執(zhí)行。編譯程序的功能是把用高級語言編寫的源程序，編譯成某中間語言或機器目標程序。因控制系統(tǒng)的復雜程度和功能差別很大，所以應(yīng)用軟件的差別也很大。為此，應(yīng)用軟件宜采用模塊化結(jié)構(gòu)，一個程序模塊就是一個子程序。?通用軟件不管控制規(guī)模有多大，按什么規(guī)律控制，也不管被控對象是什么，一般情況下，有些軟件常會被用到，這些軟件稱為通用軟件。?專用軟件。單片機應(yīng)用系統(tǒng)是為了完成某項任務(wù)而研制開發(fā)的用戶系統(tǒng)，每個系統(tǒng)針對不同的應(yīng)用，具有不同的功能，但總體設(shè)計方法和研制步驟基本相同。硬件指單片機、擴展的存儲器、輸入/輸出設(shè)備、控制設(shè)備、執(zhí)行部件等組成的系統(tǒng)，軟件是各種工作程序的總稱。在系統(tǒng)的研制過程中，軟硬件的功能總是在不斷地調(diào)整，以便相互適應(yīng)、相互配合，達到最佳性價比。目前，單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計方法一般是針對具體任務(wù)選用合適的單片機，配以必要的存儲器、接口芯片和外圍設(shè)備來構(gòu)成系統(tǒng)。因而系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單、投資少，軟硬件資源能夠得到最充分的利用。1. 總體設(shè)計在進行系統(tǒng)設(shè)計之前，首先應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的功能要求及其應(yīng)用環(huán)境等，確定合理、具體的功能和技術(shù)指標，對應(yīng)用系統(tǒng)的可靠性、通用性、先進性、可維護性及成本等進行綜合考慮，根據(jù)單片機性能及開發(fā)工具等因素選擇合適的單片機機型。最后確定硬件和軟件的功能劃分，由于在系統(tǒng)設(shè)計中某些功能用硬件和軟件都能實現(xiàn)，在設(shè)計中應(yīng)綜合考慮研制周期和成本等因素，并依次具體劃分軟、硬件功能。下面分別介紹硬件設(shè)計的各個環(huán)節(jié)?？僧敵绦虼鎯ζ魇褂玫男酒卸喾N非易失存儲器，如EPROM、快擦寫Flash存儲器和OTP等，從它們的價格和性能特點上考慮，對于批量生產(chǎn)的已成熟的應(yīng)用多選用OTP型，其他情況可選用快擦寫存儲器等。（2）數(shù)據(jù)存儲器的選用數(shù)據(jù)存儲器由RAM構(gòu)成。有的測量儀器和儀表只需少量的RAM即可，此時應(yīng)盡量選用容量能符合要求的單片機。例如選一片62256（32K)比選用4片6264價格低得多，連線也更簡單。因在設(shè)計I/O接口電路時應(yīng)從體積、價格、功能、負載等幾方面綜合考慮。目前，有些單片機已將上述各接口集成在單片機內(nèi)部，使I/O接口的設(shè)計大大簡化。如要設(shè)計專用接口，根據(jù)系統(tǒng)的輸入/輸出的要求，可選用TTL和CMOS芯片進行接口電路的設(shè)計。此外還要考慮芯片和系統(tǒng)中的傳感器、放大器相匹配等問題。譯碼電路在設(shè)計時要盡可能簡單，這就要求存儲器空間分配合理、譯碼方式選擇得當。 （5）總線驅(qū)動器的設(shè)計 如果單片機外部擴展的器件較多，負載過重，就要考慮設(shè)計總線驅(qū)動器。如果P0、P2口實際連接的邏輯門數(shù)超出上述定額，系統(tǒng)便不能可靠地工作，此時就必須在P0、P2口增加總線驅(qū)動器來提高它們的驅(qū)動能力。系統(tǒng)擴展和配置設(shè)計遵循的原則如下。②系統(tǒng)的擴展與外圍設(shè)備配置的水平應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)當前的功能要求，并留有適當余地，便于需要時進行功能擴充。例如，選用的晶振頻率較高時，存儲器的存取時間就短，應(yīng)選擇存取速度較快的芯片；選擇CMOS芯片單片機構(gòu)成低功耗系統(tǒng)時，系統(tǒng)中的所有芯片都應(yīng)選擇低功耗產(chǎn)品。④硬件系統(tǒng)設(shè)計時，要盡可能充分地利用單片機的片內(nèi)資源，使設(shè)計的電路向標準化、模塊化靠攏。3. 系統(tǒng)軟件設(shè)計單片機應(yīng)用系統(tǒng)是一個整體。一個應(yīng)用系統(tǒng)的軟件一般由系統(tǒng)監(jiān)控程序和應(yīng)用程序兩部分組成。軟件設(shè)計通常分為系統(tǒng)定義、軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計和程序設(shè)計3個步驟。①定義說明各輸入/輸出接口的功能，確定信息交換的方式、與系統(tǒng)接口方式、所占接口地址、讀取和輸出方式等。②在程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器區(qū)域中，合理分配存儲空間。③對面板控制開關(guān)、按鍵等輸入量及顯示、打印等輸出量也必須予以定義，以此作為編程依據(jù)。其中一種最簡單的錯誤處理就是軟件引導重新啟動系統(tǒng)。（2） 軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計合理的軟件結(jié)構(gòu)是設(shè)計出一個性能優(yōu)良的單片機應(yīng)用系統(tǒng)軟件的基礎(chǔ)，必須予以充分重視。對于簡單的應(yīng)用系統(tǒng)，通常采用順序設(shè)計的方法，這種系統(tǒng)軟件由主程序和若干個中斷服務(wù)程序構(gòu)成。對于復雜的實時控制系統(tǒng)，應(yīng)采用實時多任務(wù)操作系統(tǒng)，這種系統(tǒng)往往要求對多個對象同時進行實時控制，要求對各個對象的實時信息以足夠快的速度進行處理并作出快速響應(yīng)。因此，實時多任務(wù)操作系統(tǒng)應(yīng)具備任務(wù)調(diào)度、實時控制、實時時鐘、輸入/輸出和中斷控制、系統(tǒng)調(diào)用、多個任務(wù)并行運行等分功能。這種方法是把一個完整的程序分解為若干個功能相對獨立的較小的程序模塊，對各個程序模塊分別進行設(shè)計、編制和調(diào)試，最后將各個調(diào)試好的程序模塊連成一個完整的程序。缺點是各個模塊的連接有時有一定難度。此方法是先從主程序開始設(shè)計，主程序編好后，再編制各從屬的程序和子程序。其缺點是上一級的程序錯誤將對整個程序產(chǎn)生影響。然后根據(jù)系統(tǒng)功能及操作過程，先列出程序的簡單功能流程框圖（粗框圖），再對粗框圖進行擴充和具體化，即對存儲器、寄存器、標志位等工作單元進行具體的分配和說明。完成流程圖設(shè)計后，便可編寫程序。編寫完成后均須匯編成80C51的機器碼，經(jīng)調(diào)試正常運行后，再固化到非易失性存儲器中去，完成系統(tǒng)的設(shè)計。當完成了單片機應(yīng)用系統(tǒng)的硬件、軟件設(shè)計，并組裝完成后，便可進入單片機應(yīng)用系統(tǒng)調(diào)試階段。系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)調(diào)。各種調(diào)試所起的作用是不同的，其所處的時間段也不一樣，不過它們的目的都是為了查出用戶系統(tǒng)中存在的錯誤或缺陷。常見的硬件故障有邏輯錯誤、元器件失效、可靠性差和電源故障等。然后供電檢查各點電位是否正常。軟件調(diào)試就是檢查系統(tǒng)軟件中的錯誤。通常的調(diào)試順序是先把各個程序模塊分別進行調(diào)試，調(diào)試通過后再組合到一起進行綜合調(diào)試，達到預(yù)定的功能技術(shù)指標后即可將軟件固化。單片機通信是指單片機與計算機或單片機與單片機之間的信息交換，通常單片機與計算機之間的通信我們用的較多。在單片機系統(tǒng)以及現(xiàn)代單片機測控系統(tǒng)中，信息的交換多采用串行通信方式。此外，還需要一條信號線和若干控制信號線，這種方式僅適合于短距離的數(shù)據(jù)傳輸，如比較老式的打印機就是通過并口方式與計算機連接。并行通信控制簡單、相對傳輸速度快，但由于傳輸線較多，長距離傳送時成本高且收發(fā)方的各位同時接收存在困難。因為一次只能傳送一位，所以對于一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，至少要分8位才能傳送完畢。 串行通信傳輸線路少，長距離傳送時成本低，且可以利用電話網(wǎng)等現(xiàn)成的設(shè)備，但數(shù)據(jù)的傳送控制比并行通信復雜。 3. 異步串行通信方式異步串行通信是指通信的發(fā)送與接收設(shè)備使用各自的時鐘控制數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收過程。異步通信是以字符（構(gòu)成的幀）為單位進行傳輸，字符與字符之間的間隙（時間間隔）是任意的，但每個字符中的各位是以固定的時間傳送的，即字符之間不一定有“位間隔”的整數(shù)倍關(guān)系，但同一字符內(nèi)的各位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍。有的字符信息也有帶空閑位形式，即在字符之間有空閑字符。在單片機與單片機之間，單片機與計算機之間通信時，通常采用異步串行通信方式。此時，傳輸數(shù)據(jù)的位之間的距離均為“位間隔”的整數(shù)倍，同時傳送的字符間不留間隙，即保持位同步關(guān)系，也保持字符同步關(guān)系。：SYNSYNSOH標題STX數(shù)據(jù)塊ETB/ETX塊校驗 面向字符的同步格式 此時，傳送的數(shù)據(jù)和控制信息都必須由規(guī)定的字符集（如ASCII碼）中的字符所組成。SOH為序始字符（ASCII碼為02H），表示傳送的數(shù)據(jù)塊開始。 面向位的同步格式 此時，將數(shù)據(jù)塊看做數(shù)據(jù)流，并用序列01111110作為開始和結(jié)束標志。 典型的面向位的同步協(xié)議如ISO的高級數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程HDLC和IBM的同步數(shù)據(jù)鏈路控制規(guī)程SDLC。它傳輸?shù)男瘦^高，但實現(xiàn)的硬件設(shè)備比異步通信復雜。單工是指數(shù)據(jù)傳輸僅能沿一個方向，不能實現(xiàn)反向傳輸。半雙工是指數(shù)據(jù)傳輸可以沿兩個方向，但需要分時進行。全雙工是指數(shù)據(jù)可以同時進行雙向傳輸。奇校驗時，數(shù)據(jù)中1的個數(shù)與校驗位1的個數(shù)之和應(yīng)為奇數(shù)；偶校驗時，數(shù)據(jù)中1的個數(shù)與校驗位1的個數(shù)之和應(yīng)為偶數(shù)。 （2）代碼和校驗代碼和校驗是發(fā)送方將所發(fā)數(shù)據(jù)塊求和（或各字節(jié)異或），產(chǎn)生一個字節(jié)的校驗字符（校驗和）附加到數(shù)據(jù)塊末尾。 （3）循環(huán)冗余校驗這種校驗是通過某種數(shù)學運算實現(xiàn)有效信息與校驗位之間的循環(huán)校驗，常用于對磁盤信息的傳輸、存儲區(qū)的完整性校驗等。 串行接口按電氣標準及協(xié)議來分包括RS232C、RS42RS485等。RS232也稱標準串口，最常用的一種串行通訊接口。它的全名是“數(shù)據(jù)終端設(shè)備（DTE）和數(shù)據(jù)通訊設(shè)備（DCE）之間串行二進制數(shù)據(jù)交換接口技術(shù)標準”。RS232采取不平衡傳輸方式，即所謂單端通訊。RS232是為點對點（即只用一對收、發(fā)設(shè)備）通訊而設(shè)計的，其驅(qū)動器負載為3～7kΩ。RS422標準全稱是“平衡電壓數(shù)字接口電路的電氣特性”，它定義了接口電路的特性。實際上還有一根信號地線，共5根線。由于接收器采用高輸入阻抗和發(fā)送驅(qū)動器比RS232更強的驅(qū)動能力，故允許在相同傳輸線上連接多個接收節(jié)點，最多可接10個節(jié)點。接收器輸入阻抗為4k，故發(fā)端最大負載能力是104k+100Ω（終接電阻）。RS422的最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。RS485是從RS422基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，所以RS485許多電氣規(guī)定與RS422相仿。RS485可以采用二線與四線方式，二線制可實現(xiàn)真正的多點雙向通信，而采用四線連接時，與RS422一樣只能實現(xiàn)點對多的通信，即只能有一個主（Master）設(shè)備，其余為從設(shè)備，但它比RS422有改進，無論四線還是二線連接方式總線上可多接到32個設(shè)備。RS485與RS422一樣，其最大傳輸距離約為1219米，最大傳輸速率為10Mb/s。只有在很短的距離下才能獲得最高速率傳輸。51單片機的串行口主要由兩個獨立的串行數(shù)據(jù)緩沖寄存器SBUF（一個發(fā)送緩沖寄存器，一個接收緩沖寄存器）和發(fā)送控制器、接收控制器、輸入移位寄存器及若干控制門電路組成。執(zhí)行寫指令時，訪問串行發(fā)送寄存器；執(zhí)行讀指令時，訪問串行接收寄存器。對于發(fā)送器，因為數(shù)據(jù)是由CPU控制和發(fā)送的，所以不需要考慮。知識點：串行口控制寄存器SCON在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為98H，可位尋址，SCON用以設(shè)定串行口的工作方式、接收/發(fā)送控制以及設(shè)置狀態(tài)標志等。 串行口控制寄存器SCON位序號D7D6D5D4D3D2D1D0位符號SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0,SM1—工作方式選擇位。 串行口工作方式SM0SM1方式功能說明000同步移位寄存器方式（通常用于擴展I/O口）01110位異步收發(fā)（8位數(shù)據(jù)），波特率可變（由定時器1的溢出率控制）10211位異步收發(fā)（9位數(shù)據(jù)），波特率固定11311位異步收發(fā)（9位數(shù)據(jù)），波特率可變（由定時器1的溢出率控制）SM2—多機通信控制位 SM2主要用于方式2和方式3。當SM2=0時，不論收到的RB8是0還是1，均可以使收到的數(shù)據(jù)進入SBUF，并激活RI（即此時RB8不具有控制RI激活的功能）。在方式0時，SM2必須是0。REN—允許串行接收位。TB8—方式2,3中發(fā)送數(shù)據(jù)的第9位?？梢杂米鰯?shù)據(jù)的奇偶校驗位，或在多機通信中，作為地址幀/數(shù)據(jù)幀的標志位。RB8—方式2,3中接收數(shù)據(jù)的第9位。在方式1時，若SM2=0，則RB8是接收到的停止位。 在方式0時，當串行發(fā)送第8位數(shù)據(jù)結(jié)束時，或在其他方式，串行發(fā)送停止位的開始時，由內(nèi)部硬件使TI置1，向CPU發(fā)出中斷申請。RI—接收中斷標志位。也必須在中斷服務(wù)程序中，用軟件將其清0，取消此中斷申請。 （1）方式0。數(shù)據(jù)由RXD（）引腳輸入或輸出，同步移位脈沖由TXD（）引腳輸出。 （2）方式1。TXD（)為數(shù)據(jù)發(fā)送引腳，RXD（）為數(shù)據(jù)接收引腳。通常我們在做單片機與單片機串口通信、單片機與計算機串口通信、計算機與計算機串口通信時，基本都選擇方式1，因此這種方式大家務(wù)必要完全掌握。方式2,3時為11位數(shù)據(jù)的異步通信口。這兩種方式下，起始位1位，數(shù)據(jù)9位（含1位附加的第9位，發(fā)送時為SCON中的TB8，接收時為RB8），停止位1位，一幀數(shù)據(jù)為11位。（4）方式2和方式3的差別僅在于波特率的選取方式不同，在兩種方式下，接收到的停止位與SBUF，RB8及RI都無關(guān)。通過軟件可設(shè)定串行口的4種工作方式，并確定每種方式的波特率。 如=6MHz，則波特率500kbit/s；如=12MHz，則波特率為1Mbit/s。一種是晶振頻率的1/32，另一種是晶振頻率的1/64，即/32和/64。注意，PCON不能使用位尋址，只能對其進行字節(jié)操作。SMOD=1，則波特率375kbit/s。 各種方式波特率計算公式方 式計算公式0/121K/[3212(256TH1)]2K/643K/[3212(256TH1)] 表中，若SMOD=0，則K=1；若SMOD=1，則K=2。單片機和微機通信時，選用的波特率也相對固定。在使用單片機串行口之前，應(yīng)對其進行編程初始化，主要是設(shè)置產(chǎn)生波特率的定時器串行口控制和中斷控制，具體步驟如下。（2） 計算定時器1的初值—裝載THTL1。（4） 確定串行口的控制—編程SCON。MSComm控件在串口編程時非常方便，程序員不必去花時間去了解較為復雜的API函數(shù)，而且在VC、VB、Delphi等語言中均可使用。具體的來說，它提供了兩種處理通信問題的方法：一是事件驅(qū)動(Event－driven)方法，一是查詢法。 事件驅(qū)動方式 事件驅(qū)動通訊是處理串行端口交