1、 微型計算機實時控制系統(tǒng)的組成微型計算機實時控制系統(tǒng)的組成 微機實時控制系統(tǒng)的基本設(shè)計原則與微機實時控制系統(tǒng)的基本設(shè)計原則與 開發(fā)方法開發(fā)方法 微型計算機實時控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟微型計算機實時控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟實時控制系統(tǒng)設(shè)計實例實時控制系統(tǒng)設(shè)計實例 微機實時控制系統(tǒng)的概念：微機實時控制系統(tǒng)的概念： 14.1 微型計算機實時控制系統(tǒng)的組成微型計算機實時控制系統(tǒng)的組成 14.1.1 微型計算機實時控制系統(tǒng)的硬件微型計算機實時控制系統(tǒng)的硬件主機存儲器軟件電源打印機顯示器鍵盤鼠標通訊口微型計算機接口接口接口接口A/DD/A多路開關(guān)多路開關(guān)開關(guān)變換器1變換器p隔離器q功放1功放q人機接口時鐘擴展接口電路

2、調(diào)理電路1調(diào)理電路n驅(qū)動1驅(qū)動n傳感器1傳感器n執(zhí)行機構(gòu)1執(zhí)行機構(gòu)n被控對象本體數(shù)據(jù)交換及隔離信號傳感與驅(qū)動變換計算機控制系統(tǒng)被控對象隔離器p隔離器1隔離器1圖14.1 典型的微型計算機實時控制系統(tǒng)原理圖 微機實時控制系統(tǒng)的應(yīng)用軟件是服務(wù)于實時控制的程序的集合，由實時控制系統(tǒng)的設(shè)計者編寫。 實時控制系統(tǒng)的復(fù)雜程度和功能差別很大，故應(yīng)用軟件的差別也很大，必須根據(jù)系統(tǒng)功能和組成編寫。 考慮硬件的可擴充性，宜采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計應(yīng)用軟件。這種結(jié)構(gòu)易于擴展和更改。14.1.2 微型計算機實時控制系統(tǒng)的軟件微型計算機實時控制系統(tǒng)的軟件 模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計的應(yīng)用程序包括主程序和各種模塊子程序。 主程序的任務(wù)是完

3、成系統(tǒng)初始化，執(zhí)行需要連續(xù)順序運行的功能程序，有效調(diào)用模塊子程序，實現(xiàn)系統(tǒng)級的所有功能。 模塊子程序是指實現(xiàn)相對獨立功能塊的程序，這類功能塊程序不需要連續(xù)運行，僅由主程序在適適當?shù)臅r候調(diào)用，或在滿足規(guī)定條件時才運行當?shù)臅r候調(diào)用，或在滿足規(guī)定條件時才運行，分為子程序和中斷子程序。 一般情況下，若獨立功能塊子程序的運行時間不能事先確定運行時間不能事先確定，或具有隨機性隨機性，則常將這類子程序設(shè)計為中斷子程序， 常見的有故障保護功能子程序、通訊子程序、A/D轉(zhuǎn)換子程序、定時計數(shù)子程序等。14.2.1 基本設(shè)計原則與開發(fā)方法基本設(shè)計原則與開發(fā)方法 1、確定設(shè)計對象的要求和詳細的設(shè)計目標，辨、確定設(shè)計對

4、象的要求和詳細的設(shè)計目標，辨別設(shè)計的約束條件別設(shè)計的約束條件 設(shè)計目標設(shè)計目標應(yīng)當滿足應(yīng)當滿足對象的性能要求；對象的性能要求； 設(shè)計目標就是對象性能要求的設(shè)計目標就是對象性能要求的具體實現(xiàn)具體實現(xiàn)，否則，容易，否則，容易造成浪費資源的所謂造成浪費資源的所謂“過設(shè)計過設(shè)計”； 約束條件是指對象和系統(tǒng)運行的約束條件是指對象和系統(tǒng)運行的限制條件限制條件； 列出詳細設(shè)計目標、對約束條件定出優(yōu)先次序列出詳細設(shè)計目標、對約束條件定出優(yōu)先次序，有利，有利于分析和分解設(shè)計任務(wù)，有利于在設(shè)計過程中檢查設(shè)于分析和分解設(shè)計任務(wù)，有利于在設(shè)計過程中檢查設(shè)計目標和約束條件是否滿足。計目標和約束條件是否滿足。 14.2

5、微機實時控制系統(tǒng)的基本微機實時控制系統(tǒng)的基本設(shè)計原則與開發(fā)方法設(shè)計原則與開發(fā)方法 任務(wù)是指微機實時控制系統(tǒng)應(yīng)當且必須完成或執(zhí)行的動作和功能； 設(shè)計開始時，將復(fù)雜的設(shè)計問題分解成若干個較簡單的、可以獨立表征的子任務(wù)，如有可能，最好將子任務(wù)分解到可以直接實現(xiàn)的簡單程度； 硬件任務(wù)分解和軟件任務(wù)分解具有對應(yīng)性，但是，軟件任務(wù)一般多于硬件任務(wù)，程序設(shè)計中，子任務(wù)應(yīng)當能用模塊化子程序?qū)崿F(xiàn)。 2、任務(wù)分解、任務(wù)分解 硬件與軟件具有一定的互換性。 多用硬件完成一些功能可以提高工作速度，但增加了硬件成本和復(fù)雜程度； 用軟件代替某些硬件的功能可使硬件成本降低、系統(tǒng)簡單，但軟件的工作量增加，執(zhí)行速度降低； 總體設(shè)

6、計時，必須在硬件和軟件之間進行協(xié)協(xié)調(diào)優(yōu)化設(shè)計調(diào)優(yōu)化設(shè)計。 3.硬件、軟件協(xié)調(diào)設(shè)計硬件、軟件協(xié)調(diào)設(shè)計 包括硬件調(diào)試、軟件調(diào)試和軟硬件聯(lián)合調(diào)試，其目的與作用主要有：（1）查找和修改硬件設(shè)計及程序編寫的錯誤；（2）進一步優(yōu)化硬件和軟件設(shè)計；（3）驗證設(shè)計的有效性，實現(xiàn)設(shè)計 目標。4、系統(tǒng)調(diào)試、系統(tǒng)調(diào)試 本節(jié)介紹一種基于上述基本設(shè)計原則與方法基于上述基本設(shè)計原則與方法的微機實時控制系統(tǒng)研制與開發(fā)研制與開發(fā)過程。 系統(tǒng)調(diào)試是系統(tǒng)研制的最后環(huán)節(jié)最后環(huán)節(jié)，但是十分重要的環(huán)節(jié)，起著保證保證設(shè)計正確性、可靠性、有效性的作用。14.2.2 實時控制系統(tǒng)的實時控制系統(tǒng)的研制與開發(fā)過程研制與開發(fā)過程實時控制系統(tǒng)研制與

7、開發(fā)過程實時控制系統(tǒng)研制與開發(fā)過程 14.3.1 被控對象設(shè)計被控對象設(shè)計 1、被控對象本體工作原理、有效信號及控制信號的確認確認 被控對象本體的工作原理與控制流程是實現(xiàn)自動控制的基本理論依據(jù)理論依據(jù)； 通過對某些反映被控對象本體運行特征運行特征的有效信號或關(guān)聯(lián)信號的實時測量實時測量，運行相關(guān)算相關(guān)算法法，如PID（比例、積分、微分調(diào)節(jié)器）算法等獲得輸出控制量輸出控制量，實現(xiàn)控制目的。14.3 微型計算機實時控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟微型計算機實時控制系統(tǒng)的設(shè)計步驟有效信號有效信號是指可以實時檢測實時檢測或能夠通過適當變適當變換、計算換、計算得到的能反映被控對象本體運行特征的特征值特征值，如：幅值、相

8、位、頻率等輸入信號或參數(shù)。有效信號具有模擬信號和開關(guān)信號兩種形式。控制信號控制信號是指計算機用于控制被控對象本體正正常、穩(wěn)定、可靠運行的輸出信號常、穩(wěn)定、可靠運行的輸出信號，也具有模擬信號和開關(guān)信號兩種形式。信號獲取與量程變換的設(shè)計原則設(shè)計原則可歸納為：（1）根據(jù)有效信號的性質(zhì)性質(zhì)和量程大小量程大小選擇傳感傳感器類型。器類型。（2）根據(jù)被測信號頻帶寬度頻帶寬度、通道數(shù)通道數(shù)、測量精測量精度度、測量速度測量速度、靈敏度靈敏度等要求和約束條件選擇A/D轉(zhuǎn)換器及多路開關(guān)轉(zhuǎn)換器及多路開關(guān)，根據(jù)采樣定理確定采采樣周期樣周期。2、有效信號的獲取與量程變換、有效信號的獲取與量程變換 （3）根據(jù)A/D轉(zhuǎn)換器輸

9、入信號輸入信號的要求和傳感器輸出信號輸出信號的情況，設(shè)計調(diào)理電路調(diào)理電路，使其輸出信號幅值、變化范圍既有利于提高A/D轉(zhuǎn)換分辨率，又不會造成超量程。（4）根據(jù)常用接口電路和計算機引腳的電平、電平、電流承受能力電流承受能力、允許的變化頻率變化頻率、開關(guān)信號的開關(guān)信號的特征參數(shù)特征參數(shù)，如：幅值幅值、周期周期、波動范圍波動范圍等指標，設(shè)計變換器變換器和選擇隔離器隔離器。 （1）根據(jù)控制精度控制精度和分辨率分辨率選擇D/A轉(zhuǎn)換器；（2）根據(jù)D/A轉(zhuǎn)換器的帶負載能力帶負載能力以及執(zhí)行機構(gòu)的輸入要求輸入要求，設(shè)計驅(qū)動器驅(qū)動器。（3）驅(qū)動器應(yīng)具有濾波能力濾波能力，能濾除D/A輸出信號中的諧波，使執(zhí)行機構(gòu)的

10、驅(qū)動信號平滑連續(xù)平滑連續(xù)。（4）驅(qū)動器應(yīng)是線性的線性的，應(yīng)具有電流放大能力，能滿足執(zhí)行機構(gòu)的驅(qū)動要求。（5）驅(qū)動器應(yīng)有電氣隔離能力電氣隔離能力，防止防止被控對象的高等級電壓經(jīng)過驅(qū)動電路耦合耦合到D/A轉(zhuǎn)換器或計算機。設(shè)計原則：3、模擬輸出通道、模擬輸出通道 計算機輸出的開關(guān)信號開關(guān)信號通過開關(guān)量輸出通道直接控制直接控制被控對象的開、關(guān)動作，原理簡單。 計算機引腳或擴展電路的輸出為TTL電平，且輸出電流較小，難以滿足驅(qū)動要求，應(yīng)設(shè)計帶有隔離功能的功率放大電路。隔離功能的功率放大電路。4、開關(guān)量輸出通道、開關(guān)量輸出通道 硬件設(shè)計主要指主機和擴展接口電路主機和擴展接口電路的設(shè)計， 在較復(fù)雜的系統(tǒng)中，

11、還要考慮以下幾項設(shè)計： （1）在硬件系統(tǒng)中適當加入故障診斷手段故障診斷手段，如：在電路中的一些關(guān)鍵部位上加裝若干發(fā)光二極管發(fā)光二極管，用以指示相應(yīng)電路運行正?；蚬收蠣顟B(tài)。（2）在電路中的關(guān)鍵位置設(shè)置電平監(jiān)測點電平監(jiān)測點；（3）對易損芯片采用插座安裝插座安裝，以便維修更換。14.3.2 硬件設(shè)計硬件設(shè)計1、可維護性設(shè)計、可維護性設(shè)計 （1）在重要芯片的電源引腳旁安裝電容器電容器，抑制電源電壓的瞬間突變，濾除高頻干擾濾除高頻干擾；（2）注意區(qū)分區(qū)分信號線和電源線、開關(guān)量線和模擬量線、大電流線和小電流線。線的走向與布局走向與布局，應(yīng)以避免相互干擾避免相互干擾為原則，如避免鄰近效應(yīng)產(chǎn)生的干擾等；（3）

12、合理布局地線、印制線寬度寬度和線間距離距離，避免線之間發(fā)生爬電現(xiàn)象，盡量減少空間電磁輻射的感感應(yīng)干擾、共模干擾應(yīng)干擾、共模干擾等；（4）將高電壓或大電流等級的部件，分區(qū)布局分區(qū)布局。 2、抗干擾設(shè)計、抗干擾設(shè)計1.問題定義問題定義 明確應(yīng)用系統(tǒng)對控制軟件的具體要求，把要由軟件承要由軟件承擔(dān)的任務(wù)明確地定義出來擔(dān)的任務(wù)明確地定義出來。 一般包括被控對象現(xiàn)場監(jiān)控現(xiàn)場監(jiān)控、實時數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集、輸入/輸出信號處理信號處理、數(shù)學(xué)模型求解模型求解、控制算法計算算法計算以及人機人機接口接口等任務(wù)。2.軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計 常用的軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計方法有： 自頂向下自頂向下程序設(shè)計、模模塊化塊化程序設(shè)計、結(jié)構(gòu)

13、化結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計等。 微機實時控制系統(tǒng)常采用常采用模塊化程序設(shè)計，又稱為模模塊化編程設(shè)計塊化編程設(shè)計。 14.3.3 軟件設(shè)計軟件設(shè)計（1）程序模塊的基本概念：）程序模塊的基本概念： 某一程序段落內(nèi)的任何邏輯部分可以任意更改任意更改，而不影響程序的其余部分，且具有解決一個問題的完整算法完整算法，及一定的一定的輸入值和輸出值范圍范圍，可看成一個完整的小程序； 這樣的程序段可以作為一個子程序子程序，構(gòu)成一個程程序模塊序模塊； 由輸入?yún)?shù)輸入?yún)?shù)和輸出參數(shù)輸出參數(shù)實現(xiàn)與其它有調(diào)用關(guān)系的程序的銜接銜接。 （2）模塊化編程方法）模塊化編程方法 根據(jù)任務(wù)的邏輯關(guān)系，把整個程序按任務(wù)按任務(wù)分層劃塊分層劃塊，

14、一直到實現(xiàn)任務(wù)的每個程序模塊能容易編碼為止容易編碼為止，這就是所謂的模塊化編程，或積木式編程。 模塊程序設(shè)計方法就是把一個完整的程序分成若干個功能相對獨立若干個功能相對獨立的較小較小的程序模塊， 各個程序模塊分別分別進行設(shè)計設(shè)計、編制編制、和調(diào)調(diào)試試，最后將調(diào)試好的程序模塊連接連接起來的設(shè)計方法。（3）模塊程序設(shè)計的優(yōu)點）模塊程序設(shè)計的優(yōu)點 單個模塊的設(shè)計和調(diào)試比較方便，容易完成比較方便，容易完成； 便于多人共同完成程序設(shè)計的任務(wù)分配任務(wù)分配； 一個模塊可以被多個任務(wù)共享共享；模塊程序設(shè)計也存在不足：模塊程序設(shè)計也存在不足： 由于模塊獨立性要求，可能使各模塊中有重復(fù)的重復(fù)的功能功能； 各個模塊

15、在匯編和存放時是獨立的，故占用較多占用較多的存儲空間的存儲空間； 為了處理好各個模塊的接口參數(shù)和條件，故需要較多的較多的CPU時間時間。（4）模塊程序設(shè)計的參考原則）模塊程序設(shè)計的參考原則 每個模塊的程序不宜太長不宜太長，必須與其應(yīng)解決的任務(wù)相匹配； 每個模塊之間界限應(yīng)明確界限應(yīng)明確，而且在邏輯上相對相對獨立獨立，應(yīng)盡量使模塊只有一個入口和一個出口只有一個入口和一個出口； 盡量地利用現(xiàn)成的現(xiàn)成的模塊程序，包括系統(tǒng)軟件提供的和個人積累的成功的程序。包括包括： 分析問題， 建立數(shù)學(xué)模型數(shù)學(xué)模型并確定算法確定算法; 繪制程序流程圖程序流程圖; 分配內(nèi)存工作區(qū)工作區(qū)及有關(guān)端口地址端口地址; 編寫源程序

16、源程序; 上機調(diào)試上機調(diào)試 等5個個步驟。3、程序設(shè)計與調(diào)試、程序設(shè)計與調(diào)試 設(shè)計對象：50L自動電加熱開水桶自動電加熱開水桶。 設(shè)計要求：為容量為50升的電加熱開水桶設(shè)計一個單片機控制系統(tǒng)單片機控制系統(tǒng)。 系統(tǒng)功能與技術(shù)指標：（1）能實時檢測實時檢測桶內(nèi)水位高度和水溫，自動控自動控制加水和電阻絲加熱制加水和電阻絲加熱。14.4 實時控制系統(tǒng)設(shè)計實例實時控制系統(tǒng)設(shè)計實例 （2）水位分為低、中、高低、中、高三檔，采用2個開關(guān) 式水位計檢測，對水位的控制原則控制原則是： 水位為低水位低水位時啟動加水啟動加水設(shè)備并停止加熱停止加熱； 水位達到中水位中水位時啟動加熱啟動加熱； 水位達到高水位高水位時停

17、止加水停止加水。 （3）對溫度的控制原則控制原則是： 水溫低于低于80時啟動加熱啟動加熱； 水溫處于80100之間為保溫保溫階段； 水溫達到100時停止加熱停止加熱。 單片機系統(tǒng)的輸入信號輸入信號包括： 一路模擬量：熱水溫度熱水溫度，范圍為5100 兩路開關(guān)量：高、低水位高、低水位檢測計的兩個有觸點開關(guān)狀態(tài)有觸點開關(guān)狀態(tài) 單片機系統(tǒng)的輸出信號輸出信號包括兩路開關(guān)量兩路開關(guān)量： 加水設(shè)備加水設(shè)備的啟動和停止信號 電加熱設(shè)備電加熱設(shè)備的啟動和停止信號 14.4.1 設(shè)計需求分析設(shè)計需求分析1、輸入、輸入/輸出的有效信號輸出的有效信號 選擇干簧管浮子開關(guān)干簧管浮子開關(guān)檢測水位。 干簧管浮子開關(guān)由活動

18、磁鐵和干簧管觸頭組成，利用磁鐵的吸力使觸頭閉合或斷開磁鐵的吸力使觸頭閉合或斷開。 當水位低于浮子開關(guān)位置低于浮子開關(guān)位置時，觸頭斷開觸頭斷開（“1”狀態(tài)）； 當水位高于或位于浮子開關(guān)位置高于或位于浮子開關(guān)位置時，觸頭閉合觸頭閉合（“0”狀態(tài)）。 實際水位與兩個水位檢測計開關(guān)狀態(tài)的對應(yīng)關(guān)系如表表14.1所示。 2、水位狀態(tài)信號的檢測、水位狀態(tài)信號的檢測水位狀態(tài)水位狀態(tài)低水位開關(guān)狀態(tài)低水位開關(guān)狀態(tài)高水位開關(guān)狀態(tài)高水位開關(guān)狀態(tài)低水位OFF （1） OFF （1）中水位ON （0）OFF （1）高水位ON （0）ON （0）表表14.1 水位與開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系水位與開關(guān)狀態(tài)對應(yīng)關(guān)系 水溫傳感器量程為0

19、120，對應(yīng)輸出電流為420mA。已知變送器輸出信號的電流電流-溫度溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系式轉(zhuǎn)換關(guān)系式為： (14.1) 采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換器，使用250標準電阻實現(xiàn)I/U轉(zhuǎn)換，20mA電流對應(yīng)5V電壓。則得到電壓電壓-溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系式溫度轉(zhuǎn)換關(guān)系式為： (14.2)mA 4152tImV 10003100tu3、水溫信號的檢測、水溫信號的檢測 對應(yīng)于傳感器量程為0120，輸入電壓信號范圍為：10005000 mV，ADC0809的工作電壓為5V。 則當輸入電壓u=5000mV時，對應(yīng)的轉(zhuǎn)換（采樣）數(shù)據(jù)N=255；而當u=0mV時，N=0，即有： u=(5000/255)*N 將此式帶入（14.2

20、），則有水溫水溫t與采樣數(shù)據(jù)N的關(guān)系式： 30255150)10002555000(1003NNt(14.3)即：當N = 0時，表示 u = 0mv，t = -30 N = 51時，表示 u = 1000mV，t = 0 N = 255時，表示u = 5000mV，t = 120 ADC0809轉(zhuǎn)換器的電壓分辨率電壓分辨率為： 5000/255=19.6 (mV/bit)， 由輸入電壓u的范圍為5000mV1000mV，對應(yīng)溫度t的范圍為1200，N的范圍為25551（0FFH33H)，可得到溫度分辨率溫度分辨率為： 120/(0FFH33H)=120/204=0.588/bit。 顯然，可

21、滿足開水桶的控制精度要求。 開水桶的控制與檢測任務(wù)簡單，運行速度要求不高，屬于低速系統(tǒng)，且要求的附加功能僅需進行水溫數(shù)字顯示、水位報警，所需存儲容量和接口少，故選擇AT89C51單片機單片機。 AT89C51單片機是ATMEL公司生產(chǎn)的，與MCS-51兼容兼容的一款機型，片內(nèi)集成4KB的FLASH存儲器，128字節(jié)的片內(nèi)RAM，2個16位定時/計數(shù)器和6個中斷源。主機不需要外擴存儲器，可簡化電路設(shè)計。4、單片機的選擇、單片機的選擇 采用3個LED數(shù)碼管實時顯示水溫數(shù)碼管實時顯示水溫值的百位、十位和個位； 采用6個信號燈個信號燈分別用于指示系統(tǒng)運行中的加熱、加水、缺水、有水、報警和保溫等工作狀態(tài)

22、工作狀態(tài)； 通過測量水溫的變化來間接檢測斷絲故障測量水溫的變化來間接檢測斷絲故障。具體做法是：在對電阻絲通電加熱過程中，在設(shè)定時間內(nèi)，檢查水溫變化情況（升高與否升高與否）來判斷電阻絲是否發(fā)生故障； 故障報警采用信號燈和報警器實現(xiàn)聲光報警。聲光報警。 5、附加功能、附加功能 根據(jù)系統(tǒng)需求分析系統(tǒng)需求分析，設(shè)計的50L電加熱開水桶的控制系統(tǒng)電路如圖14.3所示。 系統(tǒng)由4MHz時鐘時鐘電路、復(fù)位復(fù)位電路、 A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換電路、輸出控制輸出控制電路、 LED顯示器顯示器電路和水位檢測器件水位檢測器件 等等組成。14.4.2 控制系統(tǒng)電路圖設(shè)計控制系統(tǒng)電路圖設(shè)計圖圖14.3 控制系統(tǒng)電路圖控制系統(tǒng)電路

23、圖P3.1、P3.0：輸入輸入端口，P3.1和P3.0分別輸入低水位低水位和高水位高水位開關(guān)信號；根據(jù)表14.1判斷水位高低； P1.71.4：輸出輸出端口，分別控制加熱加熱、加水加水、缺水缺水和有水有水等 4個信號燈信號燈；P1.3：輸出輸出端口，控制加熱電阻絲電源加熱電阻絲電源啟動/停止P1.2：輸出輸出端口，控制加水電磁閥加水電磁閥的打開/關(guān)閉；P1.1：輸出輸出端口，控制報警信號燈報警信號燈和報警器報警器；P1.0：輸出輸出端口，控制保溫信號燈保溫信號燈。1、開關(guān)量輸入、開關(guān)量輸入/輸出端口設(shè)計輸出端口設(shè)計 溫度變送器的輸出電流經(jīng)250標準電阻變換成電壓電壓，輸入IN0通道通道進行模數(shù)

24、轉(zhuǎn)換； D7D0與AT89C51的P0口直接相連 ； ADDA、ADDB、ADDC固定接地固定接地，即始終選擇IN0通道； EOC經(jīng)反相器反相器接AT89C51的 ，即采用中斷方式中斷方式讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果； 轉(zhuǎn)換時鐘CLK由AT89C51的ALE直接提供直接提供； 轉(zhuǎn)換啟動信號START、ALE由AT89C51的 和P2.6經(jīng)或或非門非門產(chǎn)生； 讀轉(zhuǎn)換結(jié)果信號OE由AT89C51的 和P2.6經(jīng)或非門或非門產(chǎn)生 即：0809的啟動A/D轉(zhuǎn)換和讀數(shù)據(jù)共用一個端口地址，此地址為BFFFH。INT0WRRD2、A/D轉(zhuǎn)換電路設(shè)計轉(zhuǎn)換電路設(shè)計 PB6PB0接LED數(shù)碼顯示器數(shù)碼顯示器的7根段碼線段碼線 ；

25、 PC2PC0分別接3個個LED數(shù)碼顯示器數(shù)碼顯示器的公共線公共線； AD7AD0與AT89C51的P0口口相連，用于傳送數(shù)數(shù)據(jù)、命令據(jù)、命令； 與AT89C51的P2.0相連； 與AT89C51的P2.7相連，則有： 8155片內(nèi)RAM單元的地址為：7E007EFFH 片內(nèi)I/O端口地址為：7FF87FFDH ； 其它引腳與AT89C51的引腳對應(yīng)對應(yīng)連接。M/IOCE3、顯示電路設(shè)計、顯示電路設(shè)計根據(jù)電路圖可確定I/O芯片的端口地址如下（設(shè)無關(guān)地址取無關(guān)地址取“1”）： ADC0809的端口地址為：0BFFFH（啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換和讀數(shù)據(jù)共用一個端口地址轉(zhuǎn)換和讀數(shù)據(jù)共用一個端口地址） 81

26、55A的C/S寄存器、PA口、PB口、PC口的端口地址依次為7FF8H7FFBH。4、外設(shè)端口地址分配、外設(shè)端口地址分配本設(shè)計實例的軟件可分解為4個功能模塊個功能模塊：（1）初始化模塊：系統(tǒng)初始化系統(tǒng)初始化。（2）水位檢測與控制模塊：檢測水位檢測水位；根據(jù)水位高低控控制加水、加熱制加水、加熱、以及加水、加熱、缺水和有水等4個指指示燈示燈的發(fā)光狀態(tài)；動態(tài)顯示溫度顯示溫度。（3）水溫采集模塊：啟動A/D轉(zhuǎn)換，采集與計算采集與計算水溫；根據(jù)水溫控制加熱控制加熱。（4）電阻絲故障診斷模塊：當系統(tǒng)處于加熱狀態(tài)時，比比較定時期間的水溫變化較定時期間的水溫變化，溫度沒有升高則說明發(fā)生了故障，停止系統(tǒng)運行，進

27、行聲光報警聲光報警。14.4.3 軟件任務(wù)分解軟件任務(wù)分解初始化模塊、水位檢測與控制模塊構(gòu)成主程序主程序其中水位檢測與控制模塊又分為：低水位處理、低水位處理、 中水位處理和高水位處理中水位處理和高水位處理等3個子程序；水溫采集是一個 中斷服務(wù)中斷服務(wù)子程序，包含：水溫計算、溫度控制水溫計算、溫度控制等2個子程序；電阻絲故障診斷故障診斷模塊是定時器定時器T0中斷服務(wù)中斷服務(wù)子程序。 INT0 共需設(shè)置加熱、高水位、低水位、保溫和故障等5個狀態(tài)標志位，分別依次使用AT89C51的位尋址單元00H04H，即： 00H-加熱加熱； 01H-高水位高水位； 02H-低水位低水位； 03H-保溫保溫； 0

28、4H-故障故障。14.4.4 片內(nèi)片內(nèi)RAM單元分配單元分配1、標志位設(shè)置：A/D轉(zhuǎn)換采樣次數(shù)的軟件計數(shù)器初值軟件計數(shù)器初值NAD： 使用片內(nèi)RAM 30H單元； 在熱水溫度采樣時，控制控制連續(xù)采集水溫信號的次次數(shù)數(shù)，用于數(shù)字濾波計算濾波計算。 NAD的初值為08H，即每當采樣時間到時，連續(xù)采集8次溫度，再計算計算8次采樣的平均值平均值，作為本作為本次水溫采樣的結(jié)果次水溫采樣的結(jié)果。2、重要參數(shù)設(shè)置、重要參數(shù)設(shè)置定時器T0中斷次數(shù)計數(shù)器初值中斷次數(shù)計數(shù)器初值NTS： 使用片內(nèi)RAM 31H，32H單元。 定時器T0定時的時間為100ms，通過對此中斷次數(shù)的計數(shù)，可以有效的延長定時的時間延長定時

29、的時間。 NTS初值的為1800=708H，因此定時時間為180秒秒（3分鐘），用于電阻絲加熱故障判斷故障判斷中。 單片機采用4MHz晶振頻率，Tcy=12/4=3s。對于16位定時器，定時100ms的定時器初值定時器初值為： 216 - 100000/3 = 65536 - 100000/3 = 32202.7 32203 = 7DCBH 定時器定時器T1中斷次數(shù)計數(shù)器初值中斷次數(shù)計數(shù)器初值NSP： 使用片內(nèi)RAM 33H單元； 用于系統(tǒng)的采樣周期控制采樣周期控制； NSP初始值為00H，定時器T1定時的時間為100ms； 在T1中斷服務(wù)程序中，將NSP-1NSP，若NSP為零，則啟動ADC

30、進行采樣，因此，系統(tǒng)的采樣周期采樣周期為： 256100ms = 25.6秒秒。 34H35H：水溫采樣值水溫采樣值，其中34H單元中存放當前溫度采樣值，35H中存放3分鐘前的溫度采樣值，用于加加熱電阻絲故障診斷熱電阻絲故障診斷。 36H3DH：溫度采樣數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)輸入緩沖區(qū)，用于數(shù)字濾波數(shù)字濾波計算計算。 3EH：熱水的實時溫度實時溫度值 40H42H：溫度顯示緩沖區(qū)顯示緩沖區(qū)，其中40H、41H和42H單元分別存放溫度的百位百位數(shù)、十位十位數(shù)和個位個位數(shù)。 61H7FH：系統(tǒng)的堆棧區(qū)堆棧區(qū)。3、數(shù)據(jù)存儲區(qū)、數(shù)據(jù)存儲區(qū)14.4.5 程序設(shè)計程序設(shè)計 根據(jù)任務(wù)劃分和系統(tǒng)的功能，本例應(yīng)用程序由

31、10個部分個部分組成，分別定義為： 主程序、高水位處理子程序、中水位處理子程序、低水位處理子程序、定時器T0中斷服務(wù)子程序、中斷服務(wù)子程序、溫度控制子程序、溫度計算子程序、定時器T1中斷服務(wù)子程序和溫度顯示子程序。（1）主程序編寫注意事項 主程序是被CPU首先執(zhí)行首先執(zhí)行的程序模塊。由它完成系統(tǒng)初始系統(tǒng)初始化化、執(zhí)行需要連續(xù)順序運行連續(xù)順序運行的功能、調(diào)用調(diào)用子程序模塊，從而保證有效實現(xiàn)有效實現(xiàn)系統(tǒng)的所有功能所有功能； 編寫主程序時，一定要注意CPU的復(fù)位狀態(tài)復(fù)位狀態(tài)和中斷矢量中斷矢量； AT89C51復(fù)位后PC的初值為0000H；且在0003H002AH的40個程序存儲器單元順序安排 、定時

32、器0等5個類型個類型的中斷服務(wù)區(qū)的中斷服務(wù)區(qū)，因此： 必須在0000H單元使用一條無條件跳轉(zhuǎn)無條件跳轉(zhuǎn)指令，使CPU復(fù)位后直接轉(zhuǎn)移到主程序的首地址主程序的首地址執(zhí)行； 在每個中斷源對應(yīng)的中斷服務(wù)區(qū)首地址首地址使用一條無條件跳轉(zhuǎn)指令，直接轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的中斷服務(wù)中斷服務(wù)子程序。INT01、主程序、主程序（2）源程序）源程序和流程圖和流程圖 置P1口輸出全部為低電平，以封鎖所有控制信號清水位、加水故障、加熱等標志位：00H-04H等位地址單元清0低水位？高水位？調(diào)用低水位處理子程序調(diào)用高水位處理子程序調(diào)用中水位處理子程序初始化模塊水位檢測與控制模塊YYNN調(diào)用顯示子程序08H送NAD（30H單元）；0

33、708H送NTS（31H、32H單元）；0送NSP（33H單元）；顯示緩沖區(qū)清0啟動A/D轉(zhuǎn)換開放INT0、T0、T1中斷8155初始化LOOP上電初始化初始化T0、T1為100ms定時器，并啟動T0、T1 本例中主程序包含系統(tǒng)系統(tǒng)初始化初始化和水位水位檢測與控制檢測與控制兩個模塊。流程圖如右所示。 主程序在完成系統(tǒng)的初始化以后，進入水位控水位控制任務(wù)制任務(wù)： 循環(huán)顯示循環(huán)顯示桶內(nèi)水溫、檢測水位檢測水位開關(guān)輸入信號、并根據(jù)兩個水位開關(guān)的實時狀態(tài)調(diào)用調(diào)用相應(yīng)的水位處理水位處理子程序。 ORG 0000H LJMP MAIN_PRO ；轉(zhuǎn)至主程序入口 ORG 0003H LJMP INT0_PRO

34、 ；轉(zhuǎn)至外中斷INT0入口 ORG 000BH LJMP T0_PRO ；轉(zhuǎn)至定時器T0中斷入口 ORG 001BH LJMP T1_PRO ；轉(zhuǎn)至定時器T1中斷入口源程序 ORG 0030HMAIN_PRO：MOV A，00H MOV P1，A ；封鎖輸出控制輸出控制信號 MOV SP ，#60H MOV 20H，A ；清水位等5個標志位標志位 MOV 30H，#08H ；采樣次數(shù)計數(shù)器NAD 初值 MOV 31H，#08H ；T0中斷次數(shù)計數(shù)器 NTS初值低初值低8位位 MOV 32H，#07H ；T0中斷次數(shù)計數(shù)器NTS初值高初值高8位位MOV 33H，#00H ；T1中斷次數(shù)計數(shù)器 N

35、SP初值 MOV 40H，#0 ；顯緩區(qū)溫度百位百位數(shù)初值 MOV 41H，#0 ；顯緩區(qū)溫度十位十位數(shù)初值MOV 42H，#0 ；顯緩區(qū)溫度個位個位數(shù)初值主程序MOV DPTR，#7FF8H ；指向8155A C/S口MOV A，#0EH ；PA、PB口為基本I/O口， PA為 輸入、 PB為輸出、PC為輸出輸出MOVX DPTR，A ；寫入8155控制字控制字MOV TMOD，#11H ；T0、T1均為方式方式1定時器定時器MOV TH0，#7DH ；T0的計數(shù)初值為7DCBHMOV TL0，#0CBH ；對應(yīng)定時時間為100msSETB TR0 ；啟動啟動定時器0MOV TH1，#7DH

36、 ；T1的計數(shù)初值，與T0相同相同MOV TL1，#0CBH SETB TR1 ；啟動啟動定時器1SETB EX0 ；允許 中斷SETB PX0 ； 設(shè)置為高優(yōu)先級高優(yōu)先級CLR IT0 ； 為低電平低電平觸發(fā)SETB ET0 ；允許定時器0中斷SETB ET1 ；允許定時器1中斷SETB EA ；開總中斷開總中斷INT0INT0INT0主程序 MOV DPTR，#0BFFFH ；指向ADC0809啟動地址 MOVX DPTR，A ；啟動啟動A/D轉(zhuǎn)換LOOP：ACALL DISUP ；顯示實時溫度顯示實時溫度 JNB P3.1，LP1 ；若P3.1=0，則不是低水位，轉(zhuǎn)不是低水位，轉(zhuǎn)LP1

37、LCALL DSWCL ； P3.1=1，調(diào)用低水位處理調(diào)用低水位處理子程序 SJMP LOOPLP1：JNB P3.0，LP2 ；若P3.0=0，則是高水位，轉(zhuǎn)是高水位，轉(zhuǎn)LP2 LCALL ZSWCL ；P3.1=0且P3.0=1，是中水位，調(diào)調(diào) 用中水位處理用中水位處理子程序 SJMP LOOP LP2：LCALL GSWCL ；P3.0=0且P3.1=0，調(diào)用高水位調(diào)用高水位處理子處理子程序 SJMP LOOP主程序 當水位達到高水位時，必須停止加水停止加水，防止發(fā)生溢溢出。出。 GSWCL：JB 01H，GRET SETB 01H；高水位高水位標志 CLR P1.2 ；停止加水停止加

38、水 CLR P1.6GRET： RET2、高水位處理子程序、高水位處理子程序有兩種進入中水位的方式： 加水過程中從低水位進入從低水位進入，需清除低水低水位標志位標志和熄滅低水位指示燈低水位指示燈、建立有水有水指示指示、啟動加熱啟動加熱、建立加熱標志加熱標志和點亮加熱指示燈加熱指示燈； 一是由于用水使水位下降，由高水位進高水位進入入，需清除高水位標志高水位標志； 若一直處于一直處于中水位，則直接返回返回。 3、中水位處理子程序、中水位處理子程序高水位標志=1？YN（正常運行于中水位）低水位標志=1？高水位標志清0清低水位標志P1.5清0，熄滅缺水指示燈P1.3置1，啟動電加熱P1.4置1，點亮有

39、水指示燈P1.7置1，點亮加熱指示燈加熱標志位置1由高水位進入中水位由低水位進入中水位YN入口返回圖14.6 中水位處理子程序ZSWCL：JB 02H，JLJR ；由低水位進入低水位進入，轉(zhuǎn)JLJR JNB 01H，ZRET ；正常運行正常運行于中水位，直接返回 CLR 01H ；由高水位進入高水位進入，清高水位標志 SJMP ZRETJLJR：CLR 02H ；清低水位低水位標志 CLR P1.5 ；熄滅缺水缺水指示燈 SETB P1.3 ；啟動加熱加熱 SETB P1.4 ；點亮有水有水指示燈 SETB P1.7 ；點亮加熱加熱指示燈 SETB 00H ；置加熱加熱標志ZRET：RET源程

40、序4.4.低低水水位位處處理理子子程程序序水位低于設(shè)定值時，必須停止加熱，啟動加水，并給出指示水位低于設(shè)定值時，必須停止加熱，啟動加水，并給出指示 DSWCL：JB 02H，DRET ；已建立已建立低水位標志，直接返回返回 SETB P1.5 ；點亮缺水指示缺水指示燈 SETB P1.2 ；加水加水 SETB P1.6 ；點亮加水指示點亮加水指示燈 CLR P1.3 ；停止加熱停止加熱 CLR P1.4 ；熄滅有水指示熄滅有水指示燈 CLR P1.7 ；熄滅加熱指示熄滅加熱指示燈 SETB 02H ；低水位標志低水位標志位置“1” CLR 00H ；加熱標志加熱標志位清“0”DRET： RET

41、5. 中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序 請求信號來自ADC0809的EOC，表示ADC轉(zhuǎn)換已完成； 本中斷服務(wù)完成以下重要功能： 讀取讀取ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果存入存入數(shù)據(jù)存儲區(qū)，修改修改A/D轉(zhuǎn)換次數(shù)； 如果尚未完成未完成8次次采樣則再次啟動再次啟動ADC0809； 若已經(jīng)完成8次采樣則調(diào)用溫度計算子程序，采用平均值濾波算法，計算溫度計算溫度； 將溫度值存入顯示緩沖區(qū)顯示緩沖區(qū)； 調(diào)用溫度控制子程序進行溫度控制溫度控制等； INTOINT0YN保 護 現(xiàn) 場讀 ADC結(jié) 果 存 入數(shù) 據(jù) 存 儲 區(qū)NAD-1送 NADNAD=0？調(diào) 溫 度 計 算 子 程 序調(diào) 溫 度 控 制 子 程 序08

42、H送 NAD啟 動 ADC0809恢 復(fù) 現(xiàn) 場入 口中 斷 返 回圖圖14.8 INT0中斷服務(wù)子程序INT0_PRO： PUSH ACC ；保護現(xiàn)場 PUSH PSW PUSH DPH PUSH DPL SETB PSW.3 ；1RS0，選擇第選擇第1組組工作寄存器 MOV DPTR，#0BFFFH ；ADC0809的數(shù)據(jù)端口數(shù)據(jù)端口 MOVX A，DPTR ；讀讀A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R1，A ；暫時存放暫時存放轉(zhuǎn)換結(jié)果 DEC 30H ；NAD-1NAD，轉(zhuǎn)換次數(shù)計數(shù)計數(shù) MOV A，#3DH ；數(shù)據(jù)輸入緩沖區(qū)末地址末地址 CLR C SUBB A，30H ；計算本次本次數(shù)據(jù)存儲

43、單元地址 MOV R0，A MOV A，R1 ；取出轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV R0，A ；存放轉(zhuǎn)換結(jié)果存放轉(zhuǎn)換結(jié)果 MOV A，30H JZ INTP1 ；NAD等于0，轉(zhuǎn)出 MOV DPTR，#0BFFFH ；ADC0809啟動啟動地址 MOVX DPTR，A ；再次再次啟動A/D轉(zhuǎn)換 SJMP INTP2INTP1：ACALL WENDUJS_PRO ； 已采樣已采樣8次次，調(diào)用溫 度計算計算子程序 ACALL WENDUKZ_PRO ；調(diào)用溫度控制控制子程序 MOV 30H，#08H ；設(shè)置A/D轉(zhuǎn)換計數(shù)初值轉(zhuǎn)換計數(shù)初值INTP2：POP DPL ；恢復(fù)現(xiàn)場 POP DPH POP PSW PO

44、P ACC RETI本程序根據(jù)實際水溫完成加熱或保溫加熱或保溫控制： 水溫達到達到100時，停止加熱停止加熱，建立保溫標志和修改相關(guān)的指示燈狀態(tài)； 若水溫位于80100之間，且保溫標志已為保溫標志已為1，則繼續(xù)保溫保溫； 否則（即水溫低于即水溫低于80，或位于，或位于80100之間，之間， 但保溫標志為但保溫標志為0 ），控制加熱過程： 若加熱標志為加熱標志為0，則完成啟動加熱啟動加熱、 設(shè)置加熱標志為設(shè)置加熱標志為1等等工作； 若加熱標志為加熱標志為1，則返回返回主程序。6、溫度控制子程序、溫度控制子程序圖圖14.9 溫度控制子程序溫度控制子程序WENDUKZ_PRO：MOV A，3EH ；

45、獲取當前溫度當前溫度值 JB 02H，WENDURET ；低水位低水位， 不 需控制溫度，返回返回 CLR C ；進入溫控程序段 SUBB A，#50 H ；與80比較 JNC BIJIAO100 ；高于高于80，轉(zhuǎn) 至與100比較 LOOPWEN：JB 00H，WENDURET ；已經(jīng)處于加熱狀已經(jīng)處于加熱狀 態(tài)態(tài)，直接返回 SETB P1.3 ；啟動加熱 SETB P1.7 ；點亮加熱指示燈 SETB 00H ；置加熱標志為1 CLR P1.0 ；熄滅保溫指示燈 CLR 03H ；清保溫標志 SJMP WENDURET溫度控制子程序BIJIAO100：CLR C ；與100比較 MOV A

46、，3EH ；獲取當前溫度當前溫度值 SUBB A，#64H JNC WENDUK100 ；高于高于100，轉(zhuǎn)停止加熱 JB 03H，WENDURET ；保溫保溫階段，返回 SJMP LOOPWEN ；轉(zhuǎn)溫控處理溫控處理WENDUK100：CLR P1.3 ；停止加熱 CLR P1.7 ；熄滅加熱指示 CLR 00H ；清加熱標志 SETB P1.0 ；保溫指示 SETB 03H ；建立保溫標志W(wǎng)ENDURET： RET 定時器T1中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)每每25.6s采樣采樣一次溫度的控制功能； 其中定時器T1每隔100ms產(chǎn)生一次中斷請求，NSP初始值為00H（即256），即每申請256次中斷啟動

47、一次ADC進行采樣； 因此，系統(tǒng)的采樣周期采樣周期為：100256ms=25.6秒。7、定時器、定時器T1中斷服務(wù)子程序中斷服務(wù)子程序NSP=0？啟動ADC0809恢復(fù)現(xiàn)場Nsp-1送NspYN保護現(xiàn)場入口返回T1_PRO：PUSH ACC PUSH DPH PUSH DPL DJNZ 33H ，LOOP1 ；100ms計數(shù)計數(shù)一次一次 MOV DPTR，#0BFFFH MOVX DPTR，A ；啟動啟動A/DLOOP1：MOV TH1，#7DH MOV TL1，#0CBH ；重裝初值；重裝初值 POP DPL POP DPH POP ACC RETI取出存放于內(nèi)存36H3DH單元的8個A/D

48、轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)，進行數(shù)字濾波數(shù)字濾波處理，具體算法是計算8個采樣數(shù)據(jù)的平均值平均值；將該平均值作為采樣結(jié)果采樣結(jié)果代入公式（14.3）： 計算溫度值溫度值， 其中用除以256來代替代替除以255；將計算得到的實時溫度值實時溫度值存入3EH單元；將實時溫度值轉(zhuǎn)換為非壓縮型非壓縮型BCD碼碼；將BCD碼溫度值的百位、十位、個位順序存入 顯示緩沖區(qū)顯示緩沖區(qū)的40H、41H、42H 單元。 30255150)10002555000(1003NNt8、溫度計算子程序、溫度計算子程序從 數(shù) 據(jù) 存 儲 區(qū) 36H3D H取 數(shù) 據(jù) ， 求 平 均 值按 公 式 （ 14.3） ， 由 平 均 值 數(shù) 據(jù) 計

49、算 當 前 溫 度T當 前 溫 度 T送 入 3EH將 十 六 進 制 溫 度 T轉(zhuǎn) 換 成 十 進 制 數(shù) 據(jù)十 進 制 溫 度 存 入 顯 示 緩 沖 區(qū), 百 位 存 入 40H, 十 位 存 入 41H, 個 位 存 入 42H入 口返 回圖圖14.11 溫度計算子程序溫度計算子程序WENDUJS_PRO：MOV R0，#08H ；求和數(shù)據(jù)個數(shù)個數(shù)R0 MOV R1，#35H ；數(shù)據(jù)存儲區(qū)指針指針 MOV A，#00H ；累加和的初值初值為0 MOV B，#00H ；高8位存放于B。 LOOP2： INC R1 ；指向采樣數(shù)據(jù)區(qū)采樣數(shù)據(jù)區(qū) ADD A，R1 ；求累加和累加和 MOV R2，A ；暫存低低8位位 MOV A，B ；取累加和高高8位位 ADDC A，0 MOV B，A ；存高8位 MOV A，R2 ；取低8位 DJNZ R0，LOOP2 ；未加完8次次，轉(zhuǎn)回 溫度計算子程序 MOV R3，#03H ；移位次數(shù)=3，相當于除以除以8YIWEI：CLR C ；求平均值平均值程序段 MOV A，B ；取高