單片機系統運行參數的保存及有效性判別
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在單片機構成的控制系統中，系統控制時(shí)需要使用和保存已經(jīng)設置或優(yōu)化的參數。如果將運行參數僅僅存儲于單片機的RAM區中，則系統在掉電或重啟時(shí)將會(huì )丟失這些重要參數，不能正常運行。為了解決上述問(wèn)題，保證控制系統正常、可靠地運行，需要將這些運行參數保存在足夠容量的電可擦除存儲器（EEPROM）中。在寫(xiě)入或讀出EEPROM中的數據時(shí)，為保證數據操作的正確性，則需要進(jìn)行數據校驗。在系統運行這些參數之前，為檢查運行參數的取值是否在許可范圍之內，則需要進(jìn)行參數取值范圍的檢驗。本文結合作者開(kāi)發(fā)的電梯轎廂門(mén)機控制系統，來(lái)詳細討論參數保存和校驗的設計及實(shí)現。
2 系統運行參數的存儲
在單片機組成的控制系統中，系統設置的運行參數是系統正常運行所必須使用的，既要保證運行參數的可修改性，又要保證運行參數在系統停機或掉電的情況下能夠正確保存，因而運行參數應保存在電可擦除存儲器（EEPROM）中。根據參數個(gè)數的多少，決定所使用EEPROM的存儲容量。例如，在本文的單片機系統中，電梯轎廂門(mén)機控制運行所需要的參數有：門(mén)寬參數、有無(wú)光電檢測、輸出保持力矩、開(kāi)門(mén)加速步頻、關(guān)門(mén)加速步頻、開(kāi)門(mén)減速步頻、關(guān)
門(mén)減速步頻、工作計數器等，設計中要求存儲的參數共需28個(gè)字節，再加上一個(gè)字節校驗和，所以選用32字節容量的EEPROM。Xicro公司的X24C44能滿(mǎn)足上述可修改性和容量的要求。
2．1 EPROM芯片簡(jiǎn)介及硬件組成
電可擦除存儲芯片X24C44是一個(gè)八引腳的芯片，其內部有存儲矩陣和RAM兩個(gè)存儲區，外部引腳的功能如圖1所示。芯片各引腳的功能為：CE為芯片使能引腳；Vcc及Vss為電源引腳；電壓為＋5V；SK是讀寫(xiě)X24C44數據時(shí)所用到的外部時(shí)鐘同步信號；DI為命令或數據串行輸入X24C44的信號引腳；DO為X24C44數據串行輸出的信號引腳；STORE為低電平時(shí)，允許將EEPROM中RAM的內容保存到存儲矩陣；RECALL為低電平時(shí)，允許將EEPROM的存儲矩陣的內容傳送到EEPROM的RAM中。
按照向X24C44寫(xiě)入兩字節內容的時(shí)序，寫(xiě)入兩字節數據的操作類(lèi)似于讀出操作過(guò)程。
X24C44采用串行讀寫(xiě)數據，其與單片機的接線(xiàn)簡(jiǎn)單，除了片選信號CE外，只要與單片機的三根I／O引腳相連即可，作用為時(shí)鐘CLK，數據輸入DI，數據輸出DO，其中DO引腳要接一個(gè)10kΩ的上拉
電阻。硬件電路接線(xiàn)如圖3所示。
2．2 EEPROM讀寫(xiě)的實(shí)現
控制系統中所采用的是51系列單片機，其中讀寫(xiě)子程序設計用匯編也較容易 實(shí)現結構化編程。根據X24C44的時(shí)序和操作過(guò)程，下面給出讀出EEPROM中數據的匯編子程序。單片機將數據寫(xiě)入EEPROM的過(guò)程與讀出過(guò)程相類(lèi)似。讀出EEPROM中數據的匯編子程序如下：
read：push psw；讀數據子程序入口
3 運行參數的數據校驗
系統運行參數是單片機控制系統正確運行的關(guān)鍵數值，能確保系統按設置的特性運行。在許多單片機組成的控制系統中，系統在運行過(guò)程中需讀出EEPROM中的數據，為了確定所讀出的數據與原先寫(xiě)入的數據一致，就要用到數據校驗。在一般的校驗中，一是采用數據字節值進(jìn)行異或運算；二是字節值作相加運算并忽略進(jìn)位的方法。本文介紹了采用一種16位循環(huán)冗余法（CRC）思想的自定義數據校驗法。
3．1 循環(huán)冗余法的簡(jiǎn)介
循環(huán)冗余法是基于將位串看成是系數為0或1的多項式，一個(gè)k位的幀可以看成是從xk－1到x0的k次多項式的系數序列，這個(gè)多項式的階數為k－1。高位（最左邊）是xk－1項的系數，下一位是xk－2項的系數，依此類(lèi)推。例如11001001有8位，表示成多項式是x7＋x6＋x3＋x0，多項式的系數分別是1，1，0，0，1，0，0和1。
如果采用循環(huán)冗余法進(jìn)行校驗，在產(chǎn)生校驗和時(shí)及檢驗數據時(shí)，運算必須用相同的生成多項式G（x），生成多項式的高位和低位必須是1。以2為?！ ≌归_(kāi)運算。運算法則是：加法不進(jìn)位，減法不借位；加法和減法兩者都異或運算相同。如果分計算m位的數據序列M（x）的校驗和，生成多項式G（x）必須比多項式M（x）短，即m＞k。校驗的基本思想是：將校驗和加在數據序列M（x）的末尾，使這個(gè)帶校驗和的多項式能被G（x）除盡。當檢驗數據時(shí)，用G（x）去除這個(gè)帶校驗和的多項式，如果余數不等于零，則所檢驗的數據有錯。
計算檢驗和的算法如下：
?。?）設G（x）為r階，在數據序列的末尾附加r個(gè)零，使數據序列為m＋r位，則相應的多項式是xrM（x）。
?。?）按模2除法，用對應于G（x）的位串去除對應于xrM（x）的位串，得余數。
?。?）按模2減法，從對應于xrM（x）的位串中減去余數。結果就是帶校驗和的數據序列，叫多項式T（x）。
該方法是經(jīng)過(guò)嚴密數學(xué)推導的，有三項多項式已成為國際標準，即12位的CRC－12：x12＋x11＋x3＋x2＋x1＋1；16位的CRC－16：x16＋x15＋x2＋1和CRC－CCITT：x16＋x12＋x5＋1。
3．2 自定義數據校驗的軟件實(shí)現
循環(huán)冗余法在通訊中的實(shí)現一般是用一種簡(jiǎn)單的移位寄存器電路來(lái)進(jìn)行運算，并用硬件來(lái)完成對校驗和的校驗。實(shí)際應用中幾乎都在使用此硬件。在單片機控制系統中，參考這一產(chǎn)生數據序列校驗和的思想，由于單片機的運算速度已相當高，用軟件實(shí)現這一校驗也是可行的。在檢錯要求較高的情況下，并考慮到單片機的運算是基于字節（8位數據）的，數據校驗采用以下自定義數據校驗算法。自定義算法的生成多項式取G（x）＝x7＋x5＋1，可以檢出1位錯和2位錯，顯然比字節和或者異或和的檢錯能力大。
自定義數據序列校驗的軟件實(shí)現流程如圖4所示。根據流程圖，校驗用到異或和移位操作運算，軟件編程用相應的單片機匯編語(yǔ)言較易實(shí)現，程序簡(jiǎn)捷，實(shí)時(shí)性好。
單片機控制系統在保存運行參數過(guò)程中，首先在RAM區中連續存儲運行參數，并用自定義數據校驗算法計算運行參數的校驗和。系統向X24C44寫(xiě)入運行參數值時(shí)，也將校驗和寫(xiě)入。在讀出X24C44中的運行參數時(shí)，再用同一算法計算檢驗和，與X24C44中原有的校驗和比較，判別數據是否合法，如果校驗和相同，則對運行參數的讀寫(xiě)是正確的。這一檢驗算法可有效保證程序所使用的運行參
數的有效性。
在讀出X24C44的運行參數時(shí)，如果所讀出的數據按同一方法計算校驗和與X24C44中原有的校驗和不一致，則表明讀出的是錯誤的數據。這時(shí)可不用這些數據，在程序中調用默認的運行參數值，從而
保證了門(mén)機控制系統的安全運行，提高了可靠性。
4 參數的取值范圍檢驗
在單片機控制系統中，所使用的參數數值如果超過(guò)了系統的允許范圍，則有可能使系統運行出現不可預見(jiàn)的工作狀況。為了保證控制系統按所要求的功能運行，系統在使用運行參數之前要進(jìn)行取值范圍檢驗。
在單片機組成的系統中，系統的運行參數絕大多數是正數。如果運行參數1的取值范圍為N11≤參數1≤N12，則在運行參數的取值范圍檢驗子程序中，系統進(jìn)行條件處理為：當參數1＜N11時(shí)，令參數1取值為N11；當參數1＞N12時(shí)，令參數1取值為N12；當參數1在許可范圍之內時(shí)，參數1取值不變。運行參數的取值范圍檢驗子程序處理流程如圖5所示。
5 結束語(yǔ)
本文所討論的運行參數的保存及參數有效性判別的實(shí)現方法，在作者所開(kāi)發(fā)的電梯門(mén)機單片機控
制系統中使用，實(shí)際應用表明：可以保證運行參數在設計的許可范圍內，保證系統有較強的容錯能力，提高控制系統的運行可靠性。這一方法也可應用于需要保存參數的單片機組成系統中，如智能儀表、運動(dòng)控制等領(lǐng)域的系統。
參考文獻
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