面向對象技術在單片機系統設計中的應用

通常的單片機系統設計都是先根據實際問題選用單片機芯片，然后決定所需接口的單元電路及芯片等硬件，再根據此硬件來設計軟件，因此這種設計方法下的單片機系統開發人員很難繼承他人的工作，而必須從同一個起點做起，進行重復工作。面向對象的設計方法和技術與單片機系統設計相結合就產生了面向對象的單片機系統設計，其主要思路是把單片機系統的每個接口電路都看成了一個一個的對象。單片機系統設計的任務也就變成了各接口模塊對象的組合，這樣單片機系統開發者就可以把精力更多地用在系統設計上，特別是軟件的設計。本系統所采用的設計方法即是面向對象的單片機系統設計方法，例如：在本系統中，將A/D轉換芯片及一些擴展接口封裝成一個模塊，成為一個對象，因此單片機系統的的設計任務就是根據具體的情況選用不同的對象組合起來，加載對應的驅動程序完成單片機系統的設計。

1、面向對象的單片機系統設計方法

1．1 對象和類

對象可以是有形的實體或一個事件等，對象的具體狀態通常用數據來描述。在本系統中，芯片、電路和相關數據都封裝在對象的統一體中，實現了數據、操作、芯片的結合。

類是對一組具有共同的屬性特征和行為特征的對象的抽象，是一種對象類型，描述了該類型的相同的性質，其本質是將芯片、數據結構及對數據的操作都封裝在一起，實現了類的外部的特性與內部的隔離。同一類的對象的接口方式和內部操作都是相同的。例如，在本系統中，A/D轉換模塊對象的接口方式和內部操作實現如下：（1）硬件方面：系統板提供了20個引腳的IDC接口來和A/D板進行交換數據，這樣無論A/D板上的A/D處理芯片是八位還是十二位，都可以使用這個統一的接口；（2）軟件方面：由A/D轉換允許函數void adchangeallow（）、判斷A/D轉換是否完成函數int adchangeendif（）和讀取A/D轉換后的值函數 int adchangeresult（）實現對A/D模塊的操作，然后根據不同的A/D轉換芯片來決定是否在繼承這三個操作的基礎上增加新的操作（即函數）。

1．2 方法和消息

屬于同一個類的對象具有的行為是相同的，當某個行為作用在對象時，我們就稱對象執行了一個方法。消息是用來請求某個對象執行某一處理或某一行為的信息，實現了對象與外界或其他對象之間的交互。消息相互作用主要包括兩方面的內容：（1）消息與特定方法的聯接；（2）傳送消息。

2、系統設計

2．1 電源設計

由于本系統以AT89C51單片機為核心，而且包含了A/D和D/A模塊，所以本系統的電源部分采用了集成穩壓器7805、7905、7812和7912分別輸出±5V和±12V。原理框圖如圖1所示：

圖1 電源原理框圖

2．2 單片機系統的類的定義

2．2．1 單片機類

把單片機、晶體振蕩器、復位芯片、存儲器和譯碼器等封裝在一起組成單片機模塊對象。在本系統中它包含AT89C51單片機（內含4Kflash存儲器）、 64KRAM和64KROM等資源。單片機系統的三總線（數據總線、地址總線和控制總線）通過雙向總線隔離/驅動芯片74HC245增加了驅動能力。

2．2．2 輸入通道類

輸入通道類包括模擬量輸入子類、鍵盤接口子類、中斷輸入子類。該類的特點是將外部的數據送入到單片類中。在本系統中，模擬量輸入子類根據轉換的位數使用的對象有8位的A/D和12位的A/D，根據轉換速度使用的對象有低速A/D、中速A/D和高速A/D，該類可獨立地完成A/D轉換，并將轉換結果交單片機來處理。鍵盤接口子類包含單鍵至16鍵的對象。中斷輸入子類包含了八個中斷輸入對象。

2．2．3 輸出通道類

輸出通道類包括模擬量輸出子類和LCD顯示器類。該類的特點是接受單片機類的數據。在本系統中，模擬量輸出子類使用的對象只有8位的，該類能獨立完成 D/A的轉換，將轉換后的數據送到外圍設備中。LCD顯示器類包括字符型液晶顯示器和點陣式液晶顯示器，本系統可以支持4行16字的字符型的液晶顯示器，也可以支持320×240的點陣式液晶顯示器。