单片机典型案例开发（三）

　　4.1 主程序流程

　　从样机分析中大致设计整个系统，整个系统输入包括2个温度传感器，5个按键;输出包括2位七段数码管、10个发光二极管、继电器控制信号等。根据控制功能，将程序设计为几个主要的模块，程序主流程见图4-1所示：

　　程序主流程图

　　4.2 子程序介绍

　　1、 诊断子程序

　　诊断程序主要进行温度采集并判断传感器是否良好，主要对2个温度传感器连续检测20次，若测到的数据不在范围内（温度范围：-10℃~160℃），则表明传感器短路或断路错误，数码显示“E”，并禁止按键操作。

　　2、 键盘扫描子程序

　　程序每循环一次扫描一次键盘，如果扫描到有键按下，则暂存键值，如果连续5次扫描到的键值都一样，则认为是稳定的键值。

　　3、 系统共有5个按键，在不同的状态下，每个键只要轻按一次就有效。系统的五个键接于PA1 、PA3、PA2 、PA0、PA4，如果按键值有效则返回值的相应位为0，否则相应位为1。

　　4、 温度采集子程序

　　热敏电阻灵敏度高，为了防止干扰及其它原因导致测出的温度值变化太快，引起控制部件频繁动作，温度采集采用滑动平均值滤波方法。即在同一个通道上连续采集三个数据，取其中的中间值。

　　5、 显示子程序

　　系统共有2位七段数码管显示及10个发光二极管显示。数码管主要有6种状态需要显示：待机状态、出错显示、焖饭、保温、煮饭中及定时时间显示。发光二极管显示所选择的功能、开始及保温状态。功能显示需采用轮循方式，在按下开始键之前，开始灯闪烁。进入保温状态后，保温指示灯亮。LED显示程序由位码扫描子程序及数码显示状态选定子程序组成。

　　三、STC单片机自动下载系统设计

　　引言

　　STC单片机下载程序不需要编程器烧写，可以通过串口下载。美中不足的是，STC单片机下载时必须进行冷启动，即下载信号加到单片机串口以后必须对单片机断电再上电，这给用户带来了一些不便。尤其是反复调试程序需要多次下载时，显得更加繁琐。

　　为了解决这一问题，有必要研制一种STC单片机专用的自动下载系统，使系统接收到上位机发往单片机的下载信号后，自动冷启动STC单片机，完成下载任务。

　　1 原理分析

　　STC单片机下载时，需要使用宏晶公司提供的STCISP软件。下载开始时，上位机软件首先向单片机发出下载命令。自动下载系统收到上位机对单片机发出的下载命令后，实现对单片机的断电、上电冷启动操作。单片机经冷启动后，收到命令数据流后作出回应，开始下载程序。需要注意的是，单片机在正常工作中，串口有可能接收数据，由于自动下载系统与单片机串口连接，因而系统必须具有自动判断接收的数据流是否为下载命令的能力，保证及时冷启动目标单片机。

　　为了检测下载程序的命令数据流，可以采用如下方法：从PC的串口引出连接线，接至PC的另一个串口，用串口调试助手打开;用STC-ISP软件发送下载命令，可以检测到在波特率为9 600 bps的情况下，该软件持续向单片机发送十六进制的0x80;当自动下载系统连续接收到足够数量的0x80时，即可判定接收到了下载命令数据流，从而进入冷启动程序。

　　2 系统硬件设计

　　2.1 主控芯片STC15F104E简介

　　自动下载系统需要接收上位机发往目标单片机的下载命令程序流，并对目标单片机进行冷启动。STC15F104E是宏晶公司研发的一款单片机，具有省去一些外部电路而功能较全面的优点。

　　该单片机的特点有：

　　◆内部集成了可靠复位，省去了外部复位电路。

　　◆内部集成了R/C时钟（在常温下仅有5‰温漂），省去了外部晶振。

　　◆内部集成了2个16位可重装载定时器，与普通8051单片机兼容。

　　◆为DIP8/SOP8封装，体积较小，功耗较低。

　　◆增强型8051内核，单时钟周期，信号处理速度快，实时性较好。

　　由于STC15F104E可以省去传统单片机的复位电路、外部晶振电路，且采用贴片封装，因此占用电路板面积非常小，适合集成在电路板上，因而作为本系统的主控芯片。

　2.2 主控电路

　　如图1所示，整个系统以STC15F104E为核心进行设计。STC15F104E的P3.0脚与目标单片机STC89C52RC的串口接收端相连，即将发往目标单片机的信号连接到自动下载系统，实现信号的获取和处理。由丁自动下载系统不需要发出任何信息，STC15F104E的P3.1引脚悬空，不与目标单片机相连。

　　对目标单片机进行冷启动，实现断电、再上电，可以用三极管作为电子开关实现。必须注意到的是，三极管的最大可通过电流不要小于单片机电路的所需电流。如果三极管仅作为单片机供电的开关，由于STC89系列单片机的正常丁作模式功耗为2～7 mA，90系列三极管通常情况下可以满足需求。但在某些情况下，单片机的串口上电后会给单片机供电，使单片机各引脚电平处于不确定的状态，因而必须对目标电路板整体进行冷启动，三极管必须满足目标电路板的总电流需求。由于三极管8550的最大可通过电流为1.5 A，可以满足绝大多数电路的供电需求。所以选择三极管8550连接到目标单片机STC89C52RC的VCC脚，作为对其冷启动的开关。

　　如图1所示，D1为指示灯，其亮灭可以通过STC15F104E的P3.3脚控制。在程序中加入相应的语句即可实现灯的亮灭与闪烁，以显示系统的状态。

　　3 系统软件设计

　　STC单片机自动下载系统软件流程如图2所示。在初始化后，系统循环检测是否接收到下载信号;经过判断证实接收到下载信号后，就切断目标单片机电源;等待适当的时间后，再给目标单片机上电。单片机正常工作期间，系统接收到发往目标单片机串口的非下载命令程序，经自动判断后不作任何动作。

　　3.1 串口模拟程序

　　由于STC15F104E没有串口，因而必须利用定时器模拟串口。其方法是，定义一个常量，根据所需要的波特率对该常量赋值，并将该常量值赋到定时所用的寄存器中。在模拟外部晶振为11.059 2 MHz、波特率为9 600 bps的情况下，设置常量BAUD为0xFE80，并将该常量赋值到TL1、TH1两个寄存器中，实现定时。每到相应时间触发定时中断程序，将外部引脚的状态读入并存入预先设定的数组中，完成模拟串口读入字节的任务。

　　3.2 下载命令检测程序

　　在STC上位机软件发出的下载命令中，波特率为9 600 bps时数据流为连续的0x80。由于在单片机正常工作时也有可能接收0x80，下载系统只有严格检测到连续多个0x80时，才能判断为接收到了下载命令。如果其中有一个不是0x80，则重新检测计数。这里设定为当系统连续接收到200个0x80时，判定为接收到了下载命令。

　　3.3 冷启动操作和指示灯程序

　　接收到下载命令后，STC15F104E首先关闭定时器中断，停止模拟串口的接收工作。之后将P3.4置1，切断目标单片机的电源。延迟1～2 s后置0，恢复对目标单片机的供电。考虑到STC上位机下载软件从发送下载命令到单片机开始下载大约需要1～2 s的时间，恢复供电后需要继续延迟5 s，保证目标单片机已经开始下载后再启动定时器中断。

　　STC单片机接收到下载命令后，必须作出回应才能进行下载。上位机发出的下载信号同时发送到目标单片机和自动下载系统，自动下载系统中的单片机的P3.1脚悬空，而目标单片机的P3.1与上位机串口相连。这样，只有目标单片机能够回应下载命令实现下载，自动下载系统中的单片机不能回应下载命令，避免了对上位机的干扰。

　　结语

　　STC单片机自动下载系统省去了操作人员手动开关电源的不便，避免了相应的机械损耗，具有较高的实用价值。

　四、Proteus的单片机演奏系统

　　当前的很多用单片机实现音乐演奏的系统都是利用开发板结合仿真器实现的，这种方法不是很复杂，实现也较方便，但是调试不是很方便，且成本也较高。 本文提出的一种基于Proteus 的单片机演奏音乐的方法，非常简单实用，且该方法基于软件来实现的，所以成本非常低，调试方便，效果也很不错，适合于爱好音乐的单片机学习者。 单片机系统的设计分两大部分：硬件设计部分和软件设计部分。

　　1 硬件设计

　　硬件部分比较简单，如果在开发板上做实验可仿下面图1 电路连接。

　　AT89C51 单片机的P2.5 口控制一个8550 的三极管，三极管控制电磁蜂鸣器的电源通断。