單片機典型案例開發（三）

　　4.1 主程序流程

　　從樣機分析中大致設計整個系統，整個系統輸入包括2個溫度傳感器，5個按鍵;輸出包括2位七段數碼管、10個發光二極管、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

　　診斷程序主要進行溫度采集并判斷傳感器是否良好，主要對2個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、 鍵盤掃描子程序

　　程序每循環一次掃描一次鍵盤，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個按鍵，在不同的狀態下，每個鍵只要輕按一次就有效。系統的五個鍵接于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作，溫度采集采用滑動平均值濾波方法。即在同一個通道上連續采集三個數據，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個發光二極管顯示。數碼管主要有6種狀態需要顯示：待機狀態、出錯顯示、燜飯、保溫、煮飯中及定時時間顯示。發光二極管顯示所選擇的功能、開始及保溫狀態。功能顯示需采用輪循方式，在按下開始鍵之前，開始燈閃爍。進入保溫狀態后，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選定子程序組成。

　　三、STC單片機自動下載系統設計

　　引言

　　STC單片機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單片機下載時必須進行冷啟動，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，這給用戶帶來了一些不便。尤其是反復調試程序需要多次下載時，顯得更加繁瑣。

　　為了解決這一問題，有必要研制一種STC單片機專用的自動下載系統，使系統接收到上位機發往單片機的下載信號后，自動冷啟動STC單片機，完成下載任務。

　　1 原理分析

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

　　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，接至PC的另一個串口，用串口調試助手打開;用STC-ISP軟件發送下載命令，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送十六進制的0x80;當自動下載系統連續接收到足夠數量的0x80時，即可判定接收到了下載命令數據流，從而進入冷啟動程序。

　　2 系統硬件設計

　　2.1 主控芯片STC15F104E簡介

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

　　該單片機的特點有：

　　◆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時鐘（在常溫下僅有5‰溫漂），省去了外部晶振。

　　◆內部集成了2個16位可重裝載定時器，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，單時鐘周期，信號處理速度快，實時性較好。

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

　　對目標單片機進行冷啟動，實現斷電、再上電，可以用三極管作為電子開關實現。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電路的所需電流。如果三極管僅作為單片機供電的開關，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足需求。但在某些情況下，單片機的串口上電后會給單片機供電，使單片機各引腳電平處于不確定的狀態，因而必須對目標電路板整體進行冷啟動，三極管必須滿足目標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，作為對其冷啟動的開關。

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

　　3 系統軟件設計

　　STC單片機自動下載系統軟件流程如圖2所示。在初始化后，系統循環檢測是否接收到下載信號;經過判斷證實接收到下載信號后，就切斷目標單片機電源;等待適當的時間后，再給目標單片機上電。單片機正常工作期間，系統接收到發往目標單片機串口的非下載命令程序，經自動判斷后不作任何動作。

　　3.1 串口模擬程序

　　由于STC15F104E沒有串口，因而必須利用定時器模擬串口。其方法是，定義一個常量，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、TH1兩個寄存器中，實現定時。每到相應時間觸發定時中斷程序，將外部引腳的狀態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。

　　3.2 下載命令檢測程序

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

　　3.3 冷啟動操作和指示燈程序

　　接收到下載命令后，STC15F104E首先關閉定時器中斷，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。考慮到STC上位機下載軟件從發送下載命令到單片機開始下載大約需要1～2 s的時間，恢復供電后需要繼續延遲5 s，保證目標單片機已經開始下載后再啟動定時器中斷。

　　STC單片機接收到下載命令后，必須作出回應才能進行下載。上位機發出的下載信號同時發送到目標單片機和自動下載系統，自動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現下載，自動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

　　STC單片機自動下載系統省去了操作人員手動開關電源的不便，避免了相應的機械損耗，具有較高的實用價值。

　四、Proteus的單片機演奏系統

　　當前的很多用單片機實現音樂演奏的系統都是利用開發板結合仿真器實現的，這種方法不是很復雜，實現也較方便，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 的單片機演奏音樂的方法，非常簡單實用，且該方法基于軟件來實現的，所以成本非常低，調試方便，效果也很不錯，適合于愛好音樂的單片機學習者。 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

　　硬件部分比較簡單，如果在開發板上做實驗可仿下面圖1 電路連接。

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