單片機(jī)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

江偉

摘要：?jiǎn)纹瑱C(jī)的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要有語(yǔ)言和環(huán)境的開發(fā)，軟件資源分配和芯片端口地址和系統(tǒng)主程序模塊等幾個(gè)板塊。本次設(shè)計(jì)采用單片機(jī)進(jìn)行控制，由溫度檢測(cè)電路、顯示電路、A/D傳換電路、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制電路和單片微處理器等組成。用單片機(jī)作為控制器，可對(duì)執(zhí)行機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，實(shí)現(xiàn)溫度參數(shù)調(diào)節(jié)，具有上下位機(jī)直接設(shè)置溫度范圍，溫度實(shí)時(shí)顯示等功能，能夠較好地對(duì)培養(yǎng)溶液進(jìn)行實(shí)時(shí)的控制。

關(guān)鍵詞：系統(tǒng)軟件；溫度監(jiān)控；微處理器；參數(shù)調(diào)節(jié)

一、開發(fā)語(yǔ)言和開發(fā)環(huán)境

本設(shè)計(jì)中采用匯編語(yǔ)言編程，匯編語(yǔ)言就是用助記符、符號(hào)和數(shù)字等來表示指令的程序語(yǔ)言，容易理解和記憶，與機(jī)器語(yǔ)言是一一對(duì)應(yīng)的。它是為了彌補(bǔ)機(jī)器語(yǔ)言不易記憶，不易查錯(cuò)和不易修改而產(chǎn)生的一種低級(jí)語(yǔ)言。

所謂程序設(shè)計(jì)就是用計(jì)算機(jī)能夠識(shí)別的語(yǔ)言，把需要解決的問題的步驟描述出來單片機(jī)不像其他微型計(jì)算機(jī)有自己的系統(tǒng)軟件，所有的單片機(jī)程序均需要用戶自己設(shè)定程序。到目前為止，雖然已經(jīng)有絕大部分的單片機(jī)都能夠在一些高級(jí)語(yǔ)言環(huán)境下編程，但匯編語(yǔ)言也有許多優(yōu)點(diǎn)是其他高級(jí)語(yǔ)言所不具有的。

如：程序結(jié)構(gòu)緊湊、占用的內(nèi)存和CPU資源少；程序簡(jiǎn)短、執(zhí)行速度快；與計(jì)算機(jī)內(nèi)部硬件結(jié)構(gòu)緊密、能充分發(fā)揮硬件的作用；實(shí)時(shí)性強(qiáng)、適用于實(shí)時(shí)檢測(cè)控制系統(tǒng)。

二、軟件資源分配和芯片端口地址

在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)中，充分考慮了與硬件電路有機(jī)結(jié)合，利用8051單片機(jī)的優(yōu)異特性實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度檢測(cè)控制。系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，在主程序下分成若干彼此獨(dú)立的功能模塊，如溫度采集模塊，鍵盤輸入模塊，顯示輸出模塊，繼電器控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出模塊，串行口通訊模塊等。由硬件接線圖可以得到如下地址：

1.8155H既可以用來做擴(kuò)展的I/0口使用，也可以用作RAM使用，在本系統(tǒng)中，8155H用作I/0口來使用，各端口地址如下：

控制口地址：7EOOH

PA端口地址：7E01H

PB端口地址：7E02H

PC端口地址：7E03H

2.通過鍵盤設(shè)定的溫度上限放在：46H，下限放在：47H。

3.ADC0809通道0為溫度轉(zhuǎn)換口，其地址為：7FF8H。

4.ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)果存放在：40H。

轉(zhuǎn)換的數(shù)字量再經(jīng)過處理得到溫度值所對(duì)應(yīng)的BCD碼，最終結(jié)果存放在：42H。再將個(gè)位和十位依次分離，放要顯示的結(jié)果到內(nèi)存單元。

溫度十位放在：30H：

個(gè)位存放在：31H

三、系統(tǒng)主程序模塊

在本設(shè)計(jì)中，溫度上、下限的設(shè)定值可以通過鍵盤設(shè)置，也可以通過PC機(jī)設(shè)置，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)培養(yǎng)容器的遠(yuǎn)程控制。因此，在系統(tǒng)初始化完成后，根據(jù)條件選擇所需要的過程即可。

四、初始化子程序模塊

程序初始化是對(duì)系統(tǒng)中所使用到的模塊進(jìn)行初始設(shè)置，其目的就是為了讓硬件模塊符合在控制軟件中的使用要求。在此系統(tǒng)中，用到了兩次中斷。一次是在A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束后采用了一次中斷，用來讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果和啟動(dòng)下一次轉(zhuǎn)換，還有就是PC上位機(jī)遠(yuǎn)程控制用到了另一個(gè)中斷。

五、顯示子程序模塊

顯示選用2位動(dòng)態(tài)顯示，2位顯示溫度，均不用顯示小數(shù)點(diǎn)。由于位信號(hào)開始為1110，即數(shù)碼管對(duì)應(yīng)的位信號(hào)是低電平時(shí)表示該位選通并顯示出來。

因此，在依次顯示4位數(shù)碼管時(shí)，只需要將R2中的位選通信號(hào)依次左移，直到R2左移為0000，說明此時(shí)4位數(shù)碼管均已顯示，然后返回主程序即可。

六、溫度值與顯示碼轉(zhuǎn)換子程序模塊

從溫度傳感器AD590采集過來的實(shí)際溫度值經(jīng)過ADC0809轉(zhuǎn)換后，只是得到了與此溫度相對(duì)應(yīng)的數(shù)字量，因此，根據(jù)實(shí)際溫度與數(shù)字量之間的線性關(guān)系可以得到實(shí)際溫度值。

然后先需要將此溫度轉(zhuǎn)換為BCD碼存入單片機(jī)，再將此碼分離得到要顯示溫度的十位和個(gè)位放入指定的內(nèi)存單元即可。

七、執(zhí)行機(jī)構(gòu)控制子程序模塊

溫度參數(shù)采集過來后經(jīng)過一系列轉(zhuǎn)換后存入單片機(jī)，與由鍵盤設(shè)定的溫度上、下限比較。

單片機(jī)可以根據(jù)比較的結(jié)果對(duì)電流繼電器線圈發(fā)出相應(yīng)的信號(hào)（從單片機(jī)出來的電流很小，必須經(jīng)過三極管放大才能取驅(qū)動(dòng)電流繼電器線圈），并通過電流繼電器銜鐵的吸合去控制相應(yīng)的電流繼電器進(jìn)行動(dòng)作。

銜鐵是否吸合可以通過單片機(jī)I/0口的高低電平去控制，然后通過繼電器去控制諸如降溫泵、加熱器等執(zhí)行機(jī)構(gòu)去操作，以此來調(diào)節(jié)培養(yǎng)容器溫度的狀態(tài)，使其控制在設(shè)定的范圍之內(nèi)。

由于培養(yǎng)容器溫度變化不是特別快，系統(tǒng)要求的精度也不是特別高，可以不用控制算法去精確計(jì)算，只用高低電平來控制即可。