單片機典型案例開(kāi)發(fā)（三）

　　4.1 主程序流程

　　從樣機分析中大致設計整個(gè)系統，整個(gè)系統輸入包括2個(gè)溫度傳感器，5個(gè)按鍵;輸出包括2位七段數碼管、10個(gè)發(fā)光二極管、繼電器控制信號等。根據控制功能，將程序設計為幾個(gè)主要的模塊，程序主流程見(jiàn)圖4-1所示：

　　程序主流程圖

　　4.2 子程序介紹

　　1、 診斷子程序

　　診斷程序主要進(jìn)行溫度采集并判斷傳感器是否良好，主要對2個(gè)溫度傳感器連續檢測20次，若測到的數據不在范圍內（溫度范圍：-10℃~160℃），則表明傳感器短路或斷路錯誤，數碼顯示“E”，并禁止按鍵操作。

　　2、 鍵盤(pán)掃描子程序

　　程序每循環(huán)一次掃描一次鍵盤(pán)，如果掃描到有鍵按下，則暫存鍵值，如果連續5次掃描到的鍵值都一樣，則認為是穩定的鍵值。

　　3、 系統共有5個(gè)按鍵，在不同的狀態(tài)下，每個(gè)鍵只要輕按一次就有效。系統的五個(gè)鍵接于PA1 、PA3、PA2 、PA0、PA4，如果按鍵值有效則返回值的相應位為0，否則相應位為1。

　　4、 溫度采集子程序

　　熱敏電阻靈敏度高，為了防止干擾及其它原因導致測出的溫度值變化太快，引起控制部件頻繁動(dòng)作，溫度采集采用滑動(dòng)平均值濾波方法。即在同一個(gè)通道上連續采集三個(gè)數據，取其中的中間值。

　　5、 顯示子程序

　　系統共有2位七段數碼管顯示及10個(gè)發(fā)光二極管顯示。數碼管主要有6種狀態(tài)需要顯示：待機狀態(tài)、出錯顯示、燜飯、保溫、煮飯中及定時(shí)時(shí)間顯示。發(fā)光二極管顯示所選擇的功能、開(kāi)始及保溫狀態(tài)。功能顯示需采用輪循方式，在按下開(kāi)始鍵之前，開(kāi)始燈閃爍。進(jìn)入保溫狀態(tài)后，保溫指示燈亮。LED顯示程序由位碼掃描子程序及數碼顯示狀態(tài)選定子程序組成。

　　三、STC單片機自動(dòng)下載系統設計

　　引言

　　STC單片機下載程序不需要編程器燒寫(xiě)，可以通過(guò)串口下載。美中不足的是，STC單片機下載時(shí)必須進(jìn)行冷啟動(dòng)，即下載信號加到單片機串口以后必須對單片機斷電再上電，這給用戶(hù)帶來(lái)了一些不便。尤其是反復調試程序需要多次下載時(shí)，顯得更加繁瑣。

　　為了解決這一問(wèn)題，有必要研制一種STC單片機專(zhuān)用的自動(dòng)下載系統，使系統接收到上位機發(fā)往單片機的下載信號后，自動(dòng)冷啟動(dòng)STC單片機，完成下載任務(wù)。

　　1 原理分析

　　STC單片機下載時(shí)，需要使用宏晶公司提供的STCISP軟件。下載開(kāi)始時(shí)，上位機軟件首先向單片機發(fā)出下載命令。自動(dòng)下載系統收到上位機對單片機發(fā)出的下載命令后，實(shí)現對單片機的斷電、上電冷啟動(dòng)操作。單片機經(jīng)冷啟動(dòng)后，收到命令數據流后作出回應，開(kāi)始下載程序。需要注意的是，單片機在正常工作中，串口有可能接收數據，由于自動(dòng)下載系統與單片機串口連接，因而系統必須具有自動(dòng)判斷接收的數據流是否為下載命令的能力，保證及時(shí)冷啟動(dòng)目標單片機。

　　為了檢測下載程序的命令數據流，可以采用如下方法：從PC的串口引出連接線(xiàn)，接至PC的另一個(gè)串口，用串口調試助手打開(kāi);用STC-ISP軟件發(fā)送下載命令，可以檢測到在波特率為9 600 bps的情況下，該軟件持續向單片機發(fā)送十六進(jìn)制的0x80;當自動(dòng)下載系統連續接收到足夠數量的0x80時(shí)，即可判定接收到了下載命令數據流，從而進(jìn)入冷啟動(dòng)程序。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 主控芯片STC15F104E簡(jiǎn)介

　　自動(dòng)下載系統需要接收上位機發(fā)往目標單片機的下載命令程序流，并對目標單片機進(jìn)行冷啟動(dòng)。STC15F104E是宏晶公司研發(fā)的一款單片機，具有省去一些外部電路而功能較全面的優(yōu)點(diǎn)。

　　該單片機的特點(diǎn)有：

　　◆內部集成了可靠復位，省去了外部復位電路。

　　◆內部集成了R/C時(shí)鐘（在常溫下僅有5‰溫漂），省去了外部晶振。

　　◆內部集成了2個(gè)16位可重裝載定時(shí)器，與普通8051單片機兼容。

　　◆為DIP8/SOP8封裝，體積較小，功耗較低。

　　◆增強型8051內核，單時(shí)鐘周期，信號處理速度快，實(shí)時(shí)性較好。

　　由于STC15F104E可以省去傳統單片機的復位電路、外部晶振電路，且采用貼片封裝，因此占用電路板面積非常小，適合集成在電路板上，因而作為本系統的主控芯片。

　2.2 主控電路

　　如圖1所示，整個(gè)系統以STC15F104E為核心進(jìn)行設計。STC15F104E的P3.0腳與目標單片機STC89C52RC的串口接收端相連，即將發(fā)往目標單片機的信號連接到自動(dòng)下載系統，實(shí)現信號的獲取和處理。由丁自動(dòng)下載系統不需要發(fā)出任何信息，STC15F104E的P3.1引腳懸空，不與目標單片機相連。

　　對目標單片機進(jìn)行冷啟動(dòng)，實(shí)現斷電、再上電，可以用三極管作為電子開(kāi)關(guān)實(shí)現。必須注意到的是，三極管的最大可通過(guò)電流不要小于單片機電路的所需電流。如果三極管僅作為單片機供電的開(kāi)關(guān)，由于STC89系列單片機的正常丁作模式功耗為2～7 mA，90系列三極管通常情況下可以滿(mǎn)足需求。但在某些情況下，單片機的串口上電后會(huì )給單片機供電，使單片機各引腳電平處于不確定的狀態(tài)，因而必須對目標電路板整體進(jìn)行冷啟動(dòng)，三極管必須滿(mǎn)足目標電路板的總電流需求。由于三極管8550的最大可通過(guò)電流為1.5 A，可以滿(mǎn)足絕大多數電路的供電需求。所以選擇三極管8550連接到目標單片機STC89C52RC的VCC腳，作為對其冷啟動(dòng)的開(kāi)關(guān)。

　　如圖1所示，D1為指示燈，其亮滅可以通過(guò)STC15F104E的P3.3腳控制。在程序中加入相應的語(yǔ)句即可實(shí)現燈的亮滅與閃爍，以顯示系統的狀態(tài)。

　　3 系統軟件設計

　　STC單片機自動(dòng)下載系統軟件流程如圖2所示。在初始化后，系統循環(huán)檢測是否接收到下載信號;經(jīng)過(guò)判斷證實(shí)接收到下載信號后，就切斷目標單片機電源;等待適當的時(shí)間后，再給目標單片機上電。單片機正常工作期間，系統接收到發(fā)往目標單片機串口的非下載命令程序，經(jīng)自動(dòng)判斷后不作任何動(dòng)作。

　　3.1 串口模擬程序

　　由于STC15F104E沒(méi)有串口，因而必須利用定時(shí)器模擬串口。其方法是，定義一個(gè)常量，根據所需要的波特率對該常量賦值，并將該常量值賦到定時(shí)所用的寄存器中。在模擬外部晶振為11.059 2 MHz、波特率為9 600 bps的情況下，設置常量BAUD為0xFE80，并將該常量賦值到TL1、TH1兩個(gè)寄存器中，實(shí)現定時(shí)。每到相應時(shí)間觸發(fā)定時(shí)中斷程序，將外部引腳的狀態(tài)讀入并存入預先設定的數組中，完成模擬串口讀入字節的任務(wù)。

　　3.2 下載命令檢測程序

　　在STC上位機軟件發(fā)出的下載命令中，波特率為9 600 bps時(shí)數據流為連續的0x80。由于在單片機正常工作時(shí)也有可能接收0x80，下載系統只有嚴格檢測到連續多個(gè)0x80時(shí)，才能判斷為接收到了下載命令。如果其中有一個(gè)不是0x80，則重新檢測計數。這里設定為當系統連續接收到200個(gè)0x80時(shí)，判定為接收到了下載命令。

　　3.3 冷啟動(dòng)操作和指示燈程序

　　接收到下載命令后，STC15F104E首先關(guān)閉定時(shí)器中斷，停止模擬串口的接收工作。之后將P3.4置1，切斷目標單片機的電源。延遲1～2 s后置0，恢復對目標單片機的供電?？紤]到STC上位機下載軟件從發(fā)送下載命令到單片機開(kāi)始下載大約需要1～2 s的時(shí)間，恢復供電后需要繼續延遲5 s，保證目標單片機已經(jīng)開(kāi)始下載后再啟動(dòng)定時(shí)器中斷。

　　STC單片機接收到下載命令后，必須作出回應才能進(jìn)行下載。上位機發(fā)出的下載信號同時(shí)發(fā)送到目標單片機和自動(dòng)下載系統，自動(dòng)下載系統中的單片機的P3.1腳懸空，而目標單片機的P3.1與上位機串口相連。這樣，只有目標單片機能夠回應下載命令實(shí)現下載，自動(dòng)下載系統中的單片機不能回應下載命令，避免了對上位機的干擾。

　　結語(yǔ)

　　STC單片機自動(dòng)下載系統省去了操作人員手動(dòng)開(kāi)關(guān)電源的不便，避免了相應的機械損耗，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

　四、Proteus的單片機演奏系統

　　當前的很多用單片機實(shí)現音樂(lè )演奏的系統都是利用開(kāi)發(fā)板結合仿真器實(shí)現的，這種方法不是很復雜，實(shí)現也較方便，但是調試不是很方便，且成本也較高。 本文提出的一種基于Proteus 的單片機演奏音樂(lè )的方法，非常簡(jiǎn)單實(shí)用，且該方法基于軟件來(lái)實(shí)現的，所以成本非常低，調試方便，效果也很不錯，適合于愛(ài)好音樂(lè )的單片機學(xué)習者。 單片機系統的設計分兩大部分：硬件設計部分和軟件設計部分。

　　1 硬件設計

　　硬件部分比較簡(jiǎn)單，如果在開(kāi)發(fā)板上做實(shí)驗可仿下面圖1 電路連接。

　　AT89C51 單片機的P2.5 口控制一個(gè)8550 的三極管，三極管控制電磁蜂鳴器的電源通斷。