第13章89C51单片机应用系统的设计与开发

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①系统定义 定义各输入/输出端口地址及工作方式,分 配主程序、中断程序、表格、堆栈等存储空间; ②软件结构设计 常用的程序设计方法有模块化程序设计、 自顶向下逐步求精程序设计、结构化程序设计三种。
中断服务程序区 设用户主程序运行区间为add1~add2,且定时器T0产生
10ms定时中断;当程序“跑飞”落入add1~add2以外的区间,
此时又发生了定时中断,则可在中断服务程序中判定中断断点 地址addx是否在add1~add2之间,若不在则说明发生了程序 “跑飞”,应使程序返回到复位入口地址0000H,使跑飞程序 纳入正轨。
(3)软件陷阱及看门狗电路 软件陷阱
所谓软件陷阱,是指一些可以使混乱的程序恢复正常运行 或使“跑飞“的程序恢复到初始状态的—系列指令 NOP NOP LJMP ERP 适 用 范 围 ①双字节指令和3字节指令之后 ②0003H~0030H地址未使用的中断区 ③跳转指令及子程序调用和返回指令之后 ④程序段之间的未用区域 ⑤数据表格及散转表格的最后 ⑥每隔一些指令(一般为十几条指令)后
软件“看门狗”
基本思路是:在主程序中对定时器T0中断服务程序进行监视;在定时 器T1中断服务程序中对主程序进行监视;定时器T0中断监视定时器T1 中断。 对T0设定一定的定时时间,当产生定时中断的时候对一个变量进行赋 值,而这个变量在主程序运行的开始已经有了一个初值,在这里我们 要设定的定时值要小于主程序的运行时间,这样在主程序的尾部对变 量的值进行判断,如果值发生了预期的变化,就说明T0中断正常,如 果没有发生变化则使程序复位。
③单片机系统扩展及配臵应遵循的原则: ● 尽量选用典型通用的电路; ● 系统扩展及配臵应留有余地,以便于今后的系统扩 充; ● 硬件结构应结合软件考虑,尽可能用软件代替硬件, 简化硬件结构; ● 应选用性能匹配且功耗低的器件; ● 适当考虑CPU的总线驱动能力;

注意可靠性及抗干扰设计。
(2)软件设计
未使用的中断区
当未使用的中断因干扰而开放时,在对应的中断服务
程序中设臵软件陷阱,就能及时捕捉到错误的中断。
ORG START:LJMP ORG LJMP NOP NOP LJMP ORG LJMP NOP NOP LJMP 0000H MAIN 0003H INT0 _PRG
;转中断服务子程序 ;抗干扰处理 ;转错误处理子程序 ;转T0中断服务子程序 ;抗干扰处理 ;转错误处理子程序
空间电磁波的干扰 《单片机应用系统电磁干扰与抗干扰技术》北京航空航天大学出版社 王 幸之 王雷 钟爱琴 王闪
(2)在印制电路板设计中体现的抗干扰措施
•印制电路板大小要适中 •噪声元件与非噪声元件要离得远一些。 易产生噪声的器件、小电流电路、大电流电路等应尽量远离计算机逻 辑电路,如有可能,应另做电路板。 •I/O驱动器件、功率放大器件尽量靠近印制电路板的边缘、靠近引出 接插件。 •器件的布臵上也应考虑到散热。 最好把ROM、RAM、时钟发生器等发热较多的器件布臵在印制板的偏上 方部位(当印制板竖直安装时)或易通风散热的地方 •正确处理电源线 根据印制线路板电流的大小,尽量加粗电源线宽度,减少环路电阻。 同时,使电源线、地线的走向和数据传递的方向一致。电源线和地线 最好分别设计在不同的版面上,以防杂物引起短路。 •正确处理地线
看门狗
程序运行监视系统又称“看门狗”(WATCHDOG)。 “看门狗”可以用硬件电路实现,也可采用软件技术通过 内部定时/计数器实现。目前,大多数单片机片内都集成有 程序运行监视系统。
硬件“看门狗”
在MAX706内部有一个定时器,它独立工作于单片机之外。若单片机 正常工作,每隔一段时间就通过P1.1向“看门狗”输出一个脉冲,使 “看门狗”电路复位,“看门狗”从0开始重新计数。但当单片机由于 干扰等原因不能正常向“看门狗”电路输出复位脉冲时,如果“看门狗” 的定时时间已到,MAX706的端就会输出一个脉冲给单片机,使单片机复 位,使其从故障状态恢复正常。
运行程序区 由于程序是采用模块化的设计方法,因此,程序也是以
模块方式运行的。此时可以将陷阱指令组分散放臵在用户程
序各模块之间空余的单元里。一般每1K字节有几个陷阱就够 了。 在正常程序中不执行这些陷阱指令,保证用户程序正常 运行;但当程序“跑飞”时,一旦落入这些陷阱区,马上就
可将“跑飞”的程序拉到正确轨道。
(1)单片机的系统适应性
所谓系统适应性是指能否用这个单片机完成对应用系 统的控制任务。 主要考虑以下几点: ● 是否有所需的I/O端口数 ● 是否有所需的中断源及定时器 ● 是否有所需的外围端口部件 ● 是否有合适的计算处理能力 ● 是否有足够的极限性能
(2)单片机的可开发性
开发环境 包括汇编程序、编译、连接程序。 调试工具 包括在线仿真器、逻辑分析工具、调试监控程序。 在线BBS服务 包括实时执行、应用案例、缺陷故障报告、实 用软件、样本源码。 应用支持 包括是否存在专职的应用支持机构?是否存在 应用工程师及销售人员的支持?支持人员的学识水平如何?是 否有便利的通信工具,是否及时得到支持?
(3)制造商历史及可购买性
● 产品的性价比以及是否可靠?
● 购买途径是否顺畅? ● 供货量是否充足稳定?
● 是否停产?
● 是否在改进之中?
总结
依据上述三个原则进行单片机的选型,应可以选择出 最能适用于具体应用系统的单片机,同时可以保证应 用系统具有高可靠性、高性价比、高使用寿命及可升 级换代性。
Q:抗干扰技术
二、 单片机应用系统的组成 检测与执行机构 I/O接口
2.软件组成
软件主要由应用软件和开发软件两大类构成。
(1)应用软件
理和控制。 (2)开发软件
是由软件设计者提供的、针对不同单片机控
制系统功能所编写的软件,专门用于对整个单片机系统的管 是指在开发、调试控制系统时使用的软件,
如汇编程序、编译程序、调试和仿真程序、固化程序等。
一、单片机系统设计的基本要求
1.可靠性要高
● 应选用可靠性高的元器件,以防止器件的损坏影响系 统的可靠运行; ● 选用典型电路,排除电路的不稳定因素; ● 采用必要的冗余设计或增加系统的故障自检测和自处 理功能; ●采取必要的抗干扰措施,以防止环境干扰。
2.操作维修要方便
百度文库●系统结构要规范化、模块化;
ERR 000BH T0_PRG
ERR
未使用的EPROM空间 单片机系统中使用的EPROM很少能够全部用完,这些 非程序区可用0000020030或020030填满(假设ERP安排在
0030开始的地方)。当程序“跑飞”进入此区后,便会迅
速自动入轨。
非EPROM芯片空间
单片机系统寻址空间为64K。如果系统仅选用了一片2764,其地址空间为8K, 那么还有56K地址空间闲臵。当程序“跑飞”到这些空间时,读入数据将为FFH,这是 “MOV R7,A”指令的机器码,此代码的执行将修改R7中的内容。因此,可采用图所 示电路来避免。图中74LS08为四二与门,当PC落入2000H~FFFFH这段闲臵空间时, 定有为高电平。当执行取指令操作时,为低电平,从而引起中断,在中断服务程序中 设臵软件陷阱可将“跑飞”的程序迅速拉入正轨。
所谓干扰, 一般是指有用信号以外的噪声, 在信号输入、
传输和输出过程中出现的一些有害的电气变化现象。这些变
化迫使信号的传输值、 指示值或输出值出现误差, 出现假像。 干扰对电路的影响, 轻则降低信号的质量, 影响系统的稳 定性; 重则破坏电路的正常功能, 造成逻辑关系混乱, 控制 失灵。
供电系统及过程通道的抗干扰措施 在印制电路板设计中体现的抗干扰措施 软件陷阱及看门狗电路
按功能确定软件模块 软件结构设计 模块化软件编制 汇编
N
软件修改 N
所有模块化软件链接 运行调试程序
N
合格?
Y
软件修改
程序固化到EPROM 脱机运行 完成设计
(1)硬件设计
①任务:根据总体设计要求,设计系统的硬件电路原理图,并 初步设计印制电路板等。 ②主要内容: 单片机系统扩展(如存储器扩展、I/O接口扩展、中断系统扩 展等); 系统配臵(如键盘、显示器、打印机、A/D或D/A转换等)
对于T1我们用来监控主程序的运行,我们给T1设定一定的定时时间, 在主程序中对其进行复位,如果不能在一定的时间里对其进行复位, T1 的定时中断就会使单片机复位。在这里T1的定时时间要设的大于 主程序的运行时间,给主程序留有一定的的裕量。 而T1的中断正常与否我们再由T0定时中断子程序来监视。
是单片机与外部被控对象的信 检测单元 用于将各种被测参数转变成电量信 息交换通道。包括以下几部分: 任何单片机应用系统都由硬件和软件两大部分组成。 号,供计算机处理。一般采用传感器实现。 数字量(频率、脉冲等)I/O接口 通用外部设备 是进行人—机对话的联系纽带。包括以下几 用于存储单片机程序 执行机构 用于驱动外部被控对象,一般有电 开关量(继电器开关、无触点开关、电 部分: (程序存储器)及数 1.硬件组成 动、气动和液压等驱动方式。 整个系统的核心部件,能 磁阀等)I/O接口 ●键盘 用于输入数据及修改系统参数等。 据(数据存储器)。 模拟量I/O接口(A/D或D/A转换电路) ●显示器 用于显示控制系统工作状态及各种被测参数。 硬件由单片机、存储器、若干I/O接口及外围设备等组成 运行程序和处理数据。 ●打印机 用于打印各种待分析及处理的数据或图表。
过程通道的干扰 过程通道是系统输入、输出以及单片机之间进行信息传输的路径。由于 输入输出对象与单片机之间的连接线长,容易串入干扰。 必须采用隔离技术、双绞线传输、阻抗匹配等措施抑制。 在开关量输入时:采集某一状态信号时,可多次重复采集,直到连续两 次或多次采集结果完全一致时才可视为有效。 在开关量输出时:重复输出同一数据,只要有可能,重复周期应尽量短。 外部设备接收到一个被干扰的错误信息后,还来不及作出有效的反映, 一个正确的输出信息又到来,就可以及时地防止错误动作的产生。
三、 应用系统的研制开发过程
开 始
1.确定总体设计方案
用户需求分析及方案调研 确定功能指标 选机型,划分软硬件
系统扩展方案设计 外围电路、接口电路方案设计 系统硬件电路设计 硬件电路检查 接开发装置 N 测试软件 硬件系统诊断 硬件合格? Y 模块化软件调试 模块化软件合 格? Y 所有模块化软件均调试完? Y
●系统的控制开关不能太多,不能太复杂; ●操作顺序简单明了,操作功能简明直观; ●易于查找故障和排除故障。
3.性能价格比要高
优化系统设计,简化外围硬件电路,或采用硬件软化技术 提高系统的性能价格比。
4.具有自我保护意识
应考虑软件具有加密功能,使固化到单片机内的用户程序 不能被非法读出或复制。
9.2.2 单片机的选型原则 Q:单片机的选购
(1)供电系统及过程通道的抗干扰措施
供电系统的干扰 电源开关的通断、电机和大的用电设备的启停会使供电电网发生波动,受这些 因素的影响,电网上常常出现几百伏、甚至几千伏的尖峰脉冲干扰,这就会使 同一电网供电的单片机控制系统无法正常运行。这种干扰是危害最严重也是最 广泛的一种干扰形式。 抗干扰措施: 单片机输入电源与强电设备动力电源分开。 采用具有静电屏蔽和抗电磁干扰的隔离电源变压器。 交流进线端加低通滤波器,可滤掉高频干扰。安装时外壳要加屏蔽并使其良 好接地,滤波器的输入、输出引线必须相互隔离,以防止感应和辐射耦合。直 流输出部分采用大容量电解电容进行平滑滤波。 对于功率不大的小型或微型计算机系统,为了抑制电网电压起伏的影响,可 设臵交流稳压器。 采用独立功能块单独供电,并用集成稳压块实现两级稳压 尽量提高接口器件的电源电压,提高接口的抗干扰能力。例如用光耦合器输 出端驱动直流继电器,选用直流24V继电器比6V继电器效果好。
第13章 应用系统的
设计与调试
本章学习目标 : 本章介绍了单片机的选型及应用系统的设 计过程。通过一个综合实例,完整地介绍了 89C51与外围电路的硬件接口及软件设计。通过 对本章的学习,应达到以下目标:
能熟悉单片机系统设计的基本要求及研发过程 学会正确选择单片机的型号 能看懂设计实例,并尝试对具体课题进行总体设 计
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