單片機(jī)典型案例開發(fā)（三）

　　4.1 主程序流程

　　從樣機(jī)分析中大致設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)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(shù)碼管、10個(gè)發(fā)光二極管、繼電器控制信號(hào)等。根據(jù)控制功能，將程序設(shè)計(jì)為幾個(gè)主要的模塊，程序主流程見圖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(duì)2個(gè)溫度傳感器連續(xù)檢測(cè)20次，若測(cè)到的數(shù)據(jù)不在范圍內(nèi)（溫度范圍：-10℃~160℃），則表明傳感器短路或斷路錯(cuò)誤，數(shù)碼顯示“E”，并禁止按鍵操作。

　　2、 鍵盤掃描子程序

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

　　3、 系統(tǒng)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(tǒng)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(yīng)位為0，否則相應(yīng)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?qū)е聹y(cè)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(xù)采集三個(gè)數(shù)據(jù)，取其中的中間值。

　　5、 顯示子程序

　　系統(tǒng)共有2位七段數(shù)碼管顯示及10個(gè)發(fā)光二極管顯示。數(shù)碼管主要有6種狀態(tài)需要顯示：待機(jī)狀態(tài)、出錯(cuò)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、開始及保溫狀態(tài)。功能顯示需采用輪循方式，在按下開始鍵之前，開始燈閃爍。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(shù)碼顯示狀態(tài)選定子程序組成。

　　三、STC單片機(jī)自動(dòng)下載系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　引言

　　STC單片機(jī)下載程序不需要編程器燒寫，可以通過串口下載。美中不足的是，STC單片機(jī)下載時(shí)必須進(jìn)行冷啟動(dòng)，即下載信號(hào)加到單片機(jī)串口以后必須對(duì)單片機(jī)斷電再上電，這給用戶帶來了一些不便。尤其是反復(fù)調(diào)試程序需要多次下載時(shí)，顯得更加繁瑣。

　　為了解決這一問題，有必要研制一種STC單片機(jī)專用的自動(dòng)下載系統(tǒng)，使系統(tǒng)接收到上位機(jī)發(fā)往單片機(jī)的下載信號(hào)后，自動(dòng)冷啟動(dòng)STC單片機(jī)，完成下載任務(wù)。

　　1 原理分析

　　STC單片機(jī)下載時(shí)，需要使用宏晶公司提供的STCISP軟件。下載開始時(shí)，上位機(jī)軟件首先向單片機(jī)發(fā)出下載命令。自動(dòng)下載系統(tǒng)收到上位機(jī)對(duì)單片機(jī)發(fā)出的下載命令后，實(shí)現(xiàn)對(duì)單片機(jī)的斷電、上電冷啟動(dòng)操作。單片機(jī)經(jīng)冷啟動(dòng)后，收到命令數(shù)據(jù)流后作出回應(yīng)，開始下載程序。需要注意的是，單片機(jī)在正常工作中，串口有可能接收數(shù)據(jù)，由于自動(dòng)下載系統(tǒng)與單片機(jī)串口連接，因而系統(tǒng)必須具有自動(dòng)判斷接收的數(shù)據(jù)流是否為下載命令的能力，保證及時(shí)冷啟動(dòng)目標(biāo)單片機(jī)。

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

　　2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

　　2.1 主控芯片STC15F104E簡(jiǎn)介

　　自動(dòng)下載系統(tǒng)需要接收上位機(jī)發(fā)往目標(biāo)單片機(jī)的下載命令程序流，并對(duì)目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行冷啟動(dòng)。STC15F104E是宏晶公司研發(fā)的一款單片機(jī)，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(jī)的特點(diǎn)有：

　　◆內(nèi)部集成了可靠復(fù)位，省去了外部復(fù)位電路。

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

　　◆為DIP8/SOP8封裝，體積較小，功耗較低。

　　◆增強(qiáng)型8051內(nèi)核，單時(shí)鐘周期，信號(hào)處理速度快，實(shí)時(shí)性較好。

　　由于STC15F104E可以省去傳統(tǒng)單片機(jī)的復(fù)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(tǒng)的主控芯片。

　2.2 主控電路

　　如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)以STC15F104E為核心進(jìn)行設(shè)計(jì)。STC15F104E的P3.0腳與目標(biāo)單片機(jī)STC89C52RC的串口接收端相連，即將發(fā)往目標(biāo)單片機(jī)的信號(hào)連接到自動(dòng)下載系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的獲取和處理。由丁自動(dòng)下載系統(tǒng)不需要發(fā)出任何信息，STC15F104E的P3.1引腳懸空，不與目標(biāo)單片機(jī)相連。

　　對(duì)目標(biāo)單片機(jī)進(jìn)行冷啟動(dòng)，實(shí)現(xiàn)斷電、再上電，可以用三極管作為電子開關(guān)實(shí)現(xiàn)。必須注意到的是，三極管的最大可通過電流不要小于單片機(jī)電路的所需電流。如果三極管僅作為單片機(jī)供電的開關(guān)，由于STC89系列單片機(jī)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足需求。但在某些情況下，單片機(jī)的串口上電后會(huì)給單片機(jī)供電，使單片機(jī)各引腳電平處于不確定的狀態(tài)，因而必須對(duì)目標(biāo)電路板整體進(jìn)行冷啟動(dòng)，三極管必須滿足目標(biāo)電路板的總電流需求。由于三極管8550的最大可通過電流為1.5 A，可以滿足絕大多數(shù)電路的供電需求。所以選擇三極管8550連接到目標(biāo)單片機(jī)STC89C52RC的VCC腳，作為對(duì)其冷啟動(dòng)的開關(guān)。

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

　　3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

　　STC單片機(jī)自動(dòng)下載系統(tǒng)軟件流程如圖2所示。在初始化后，系統(tǒng)循環(huán)檢測(cè)是否接收到下載信號(hào);經(jīng)過判斷證實(shí)接收到下載信號(hào)后，就切斷目標(biāo)單片機(jī)電源;等待適當(dāng)?shù)臅r(shí)間后，再給目標(biāo)單片機(jī)上電。單片機(jī)正常工作期間，系統(tǒng)接收到發(fā)往目標(biāo)單片機(jī)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(jù)所需要的波特率對(duì)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(shè)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(xiàn)定時(shí)。每到相應(yīng)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(yù)先設(shè)定的數(shù)組中，完成模擬串口讀入字節(jié)的任務(wù)。

　　3.2 下載命令檢測(cè)程序

　　在STC上位機(jī)軟件發(fā)出的下載命令中，波特率為9 600 bps時(shí)數(shù)據(jù)流為連續(xù)的0x80。由于在單片機(jī)正常工作時(shí)也有可能接收0x80，下載系統(tǒng)只有嚴(yán)格檢測(cè)到連續(xù)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(cè)計(jì)數(shù)。這里設(shè)定為當(dāng)系統(tǒng)連續(xù)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(biāo)單片機(jī)的電源。延遲1～2 s后置0，恢復(fù)對(duì)目標(biāo)單片機(jī)的供電。考慮到STC上位機(jī)下載軟件從發(fā)送下載命令到單片機(jī)開始下載大約需要1～2 s的時(shí)間，恢復(fù)供電后需要繼續(xù)延遲5 s，保證目標(biāo)單片機(jī)已經(jīng)開始下載后再啟動(dòng)定時(shí)器中斷。

　　STC單片機(jī)接收到下載命令后，必須作出回應(yīng)才能進(jìn)行下載。上位機(jī)發(fā)出的下載信號(hào)同時(shí)發(fā)送到目標(biāo)單片機(jī)和自動(dòng)下載系統(tǒng)，自動(dòng)下載系統(tǒng)中的單片機(jī)的P3.1腳懸空，而目標(biāo)單片機(jī)的P3.1與上位機(jī)串口相連。這樣，只有目標(biāo)單片機(jī)能夠回應(yīng)下載命令實(shí)現(xiàn)下載，自動(dòng)下載系統(tǒng)中的單片機(jī)不能回應(yīng)下載命令，避免了對(duì)上位機(jī)的干擾。

　　結(jié)語

　　STC單片機(jī)自動(dòng)下載系統(tǒng)省去了操作人員手動(dòng)開關(guān)電源的不便，避免了相應(yīng)的機(jī)械損耗，具有較高的實(shí)用價(jià)值。

　四、Proteus的單片機(jī)演奏系統(tǒng)

　　當(dāng)前的很多用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)音樂演奏的系統(tǒng)都是利用開發(fā)板結(jié)合仿真器實(shí)現(xiàn)的，這種方法不是很復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)也較方便，但是調(diào)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(jī)演奏音樂的方法，非常簡(jiǎn)單實(shí)用，且該方法基于軟件來實(shí)現(xiàn)的，所以成本非常低，調(diào)試方便，效果也很不錯(cuò)，適合于愛好音樂的單片機(jī)學(xué)習(xí)者。 單片機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分兩大部分：硬件設(shè)計(jì)部分和軟件設(shè)計(jì)部分。

　　1 硬件設(shè)計(jì)

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

　　AT89C51 單片機(jī)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。