1、面向?qū)ο蟮膯纹瑱C(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

1．1 對(duì)象和類

對(duì)象可以是有形的實(shí)體或一個(gè)事件等，對(duì)象的具體狀態(tài)通常用數(shù)據(jù)來描述。在本系統(tǒng)中，芯片、電路和相關(guān)數(shù)據(jù)都封裝在對(duì)象的統(tǒng)一體中，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、操作、芯片的結(jié)合。

類是對(duì)一組具有共同的屬性特征和行為特征的對(duì)象的抽象，是一種對(duì)象類型，描述了該類型的相同的性質(zhì)，其本質(zhì)是將芯片、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及對(duì)數(shù)據(jù)的操作都封裝在一起，實(shí)現(xiàn)了類的外部的特性與內(nèi)部的隔離。同一類的對(duì)象的接口方式和內(nèi)部操作都是相同的。例如，在本系統(tǒng)中，A/D轉(zhuǎn)換模塊對(duì)象的接口方式和內(nèi)部操作實(shí)現(xiàn)如下：（1）硬件方面：系統(tǒng)板提供了20個(gè)引腳的IDC接口來和A/D板進(jìn)行交換數(shù)據(jù)，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(gè)統(tǒng)一的接口；（2）軟件方面：由A/D轉(zhuǎn)換允許函數(shù)void adchangeallow（）、判斷A/D轉(zhuǎn)換是否完成函數(shù)int adchangeendif（）和讀取A/D轉(zhuǎn)換后的值函數(shù) int adchangeresult（）實(shí)現(xiàn)對(duì)A/D模塊的操作，然后根據(jù)不同的A/D轉(zhuǎn)換芯片來決定是否在繼承這三個(gè)操作的基礎(chǔ)上增加新的操作（即函數(shù)）。

1．2 方法和消息

屬于同一個(gè)類的對(duì)象具有的行為是相同的，當(dāng)某個(gè)行為作用在對(duì)象時(shí)，我們就稱對(duì)象執(zhí)行了一個(gè)方法。消息是用來請(qǐng)求某個(gè)對(duì)象執(zhí)行某一處理或某一行為的信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)象與外界或其他對(duì)象之間的交互。消息相互作用主要包括兩方面的內(nèi)容：（1）消息與特定方法的聯(lián)接；（2）傳送消息。

2、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2．1 電源設(shè)計(jì)

由于本系統(tǒng)以AT89C51單片機(jī)為核心，而且包含了A/D和D/A模塊，所以本系統(tǒng)的電源部分采用了集成穩(wěn)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(jī)系統(tǒng)的類的定義

2．2．1 單片機(jī)類

把單片機(jī)、晶體振蕩器、復(fù)位芯片、存儲(chǔ)器和譯碼器等封裝在一起組成單片機(jī)模塊對(duì)象。在本系統(tǒng)中它包含AT89C51單片機(jī)（內(nèi)含4Kflash存儲(chǔ)器）、 64KRAM和64KROM等資源。單片機(jī)系統(tǒng)的三總線（數(shù)據(jù)總線、地址總線和控制總線）通過雙向總線隔離/驅(qū)動(dòng)芯片74HC245增加了驅(qū)動(dòng)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(diǎn)是將外部的數(shù)據(jù)送入到單片類中。在本系統(tǒng)中，模擬量輸入子類根據(jù)轉(zhuǎn)換的位數(shù)使用的對(duì)象有8位的A/D和12位的A/D，根據(jù)轉(zhuǎn)換速度使用的對(duì)象有低速A/D、中速A/D和高速A/D，該類可獨(dú)立地完成A/D轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換結(jié)果交單片機(jī)來處理。鍵盤接口子類包含單鍵至16鍵的對(duì)象。中斷輸入子類包含了八個(gè)中斷輸入對(duì)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(diǎn)是接受單片機(jī)類的數(shù)據(jù)。在本系統(tǒng)中，模擬量輸出子類使用的對(duì)象只有8位的，該類能獨(dú)立完成 D/A的轉(zhuǎn)換，將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)送到外圍設(shè)備中。LCD顯示器類包括字符型液晶顯示器和點(diǎn)陣式液晶顯示器，本系統(tǒng)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(diǎn)陣式液晶顯示器。

2．2．4 雙向通道類

雙向通道類包括串行通信類和預(yù)留的I/O類。該類可以和單片機(jī)類相互交換數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)的串行通信類是RS-232接口，主要由MAX232芯片來完成該項(xiàng)功能。由于單片機(jī)的I/O資源有限，所以在單片機(jī)類設(shè)計(jì)中，留出了RAM的0FF00H~0FFFFH的256字節(jié)的地址空間做I/O口，供用戶擴(kuò)展使用。

2．3消息驅(qū)動(dòng)在本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

在某個(gè)事件發(fā)生時(shí)，監(jiān)控程序?qū)⒃O(shè)置該事件相對(duì)應(yīng)的消息標(biāo)志，監(jiān)控程序?qū)@些標(biāo)志進(jìn)行判斷來決定執(zhí)行請(qǐng)求處理的事件。如外部中斷0請(qǐng)求處理中斷的事件的處理：當(dāng)外部中斷0請(qǐng)求處理時(shí)，監(jiān)控程序暫停當(dāng)前任務(wù)，判斷當(dāng)前任務(wù)數(shù)，如果當(dāng)前任務(wù)數(shù)大于等于MAX_TASK（系統(tǒng)所允許的最大任務(wù)數(shù)），刪除優(yōu)先級(jí)最小的任務(wù)（優(yōu)先級(jí)的級(jí)數(shù)從0～MAX_TASK-1共有MAX_TASK個(gè)，所以不存在優(yōu)先級(jí)相同的任務(wù)，其中優(yōu)先級(jí)級(jí)數(shù)為0的優(yōu)先級(jí)最高），然后針對(duì) INT0的請(qǐng)求設(shè)置消息標(biāo)志（修改消息隊(duì)列），并判斷它的優(yōu)先級(jí)與當(dāng)前任務(wù)優(yōu)先級(jí)的高低，以決定是否繼續(xù)當(dāng)前任務(wù)。消息驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)如圖2所示：

          圖2 消息驅(qū)動(dòng)的實(shí)現(xiàn)示意圖

2．4 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

我們將單片機(jī)系統(tǒng)類對(duì)象化，即組合成了一個(gè)通用板，提供了如下資源：64K的RAM和64K的ROM存儲(chǔ)器、4K的flash存儲(chǔ)器、A/D轉(zhuǎn)換芯片 AD574A和ADC0809的接口、D/A轉(zhuǎn)換芯片DAC0832的接口、一個(gè)16鍵的鍵盤接口、8個(gè)外部中斷接口、256個(gè)I/O口、一個(gè)4行16字的字符型液晶顯示器接口、一個(gè)320×240點(diǎn)陣式液晶顯示器接口和一個(gè)RS-232串行通訊口。原理框圖如圖3所示：

              圖3 系統(tǒng)原理框圖

2．5 監(jiān)控程序設(shè)計(jì)

當(dāng)外部設(shè)備象單片機(jī)對(duì)象發(fā)送信號(hào)時(shí)，監(jiān)控程序必須對(duì)鍵盤操作進(jìn)行解釋，然后調(diào)用相應(yīng)的功能模塊，完成預(yù)定的任務(wù)，并通過顯示等方式給出執(zhí)行的結(jié)果。

系統(tǒng)投入運(yùn)行的最初時(shí)刻，應(yīng)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自檢和初始化。開機(jī)自檢在系統(tǒng)初始化之前執(zhí)行，如果自檢無誤，則對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行正常初始化，通常包括硬件初始化和軟件初始化兩個(gè)方面。硬件初始化工作是對(duì)系統(tǒng)中的各種硬件資源設(shè)定明確的初始狀態(tài)，如對(duì)各種可編程芯片進(jìn)行編程、對(duì)各I/O端口設(shè)定初始狀態(tài)和為單片機(jī)的硬件資源分配任務(wù)等。軟件初始化包括對(duì)中斷的安排、對(duì)堆棧的安排、狀態(tài)變量的初始化、各種軟件標(biāo)志的初始化、系統(tǒng)時(shí)鐘的初始化和各種變量存儲(chǔ)單元的初始化等。除自檢和初始化之外，監(jiān)控程序的任務(wù)還有：處理鍵盤命令、處理接口命令、處理?xiàng)l件觸發(fā)、及時(shí)啟動(dòng)輸出和顯示功能等。

一般來說，監(jiān)控程序的基本結(jié)構(gòu)分為兩部分：一部分為初始化部分；另一部分為監(jiān)控循環(huán)實(shí)體。本系統(tǒng)把監(jiān)控實(shí)體放在了定時(shí)中斷子程序中，分析如下：（1）定時(shí)中斷發(fā)生后，首先進(jìn)行例行操作，即保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、重裝定時(shí)器、調(diào)整系統(tǒng)時(shí)鐘和執(zhí)行定時(shí)作業(yè)等；（2）鍵盤查詢和外圍設(shè)備的信號(hào)輸入：通過訪問鍵盤獲得有效的鍵盤操作信息或接受到外圍設(shè)備的有效信號(hào)，根據(jù)實(shí)際情況分別處理；（3）刷新顯示：?jiǎn)纹瑱C(jī)執(zhí)行了一些功能模塊，系統(tǒng)的狀態(tài)和某些參數(shù)即發(fā)生了變化，本模塊則將這些變化從顯示屏上反映過來。（4）中斷返回：恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，返回主程序。

把監(jiān)控實(shí)體放在了定時(shí)中斷子程序中，當(dāng)主程序在完成自檢和初始化之后沒有監(jiān)控任務(wù)，便有了進(jìn)入睡眠狀態(tài)的條件，這樣有利于節(jié)電和抗干擾。其流程圖如圖3所示。

  圖4 監(jiān)控實(shí)體流程圖

3、結(jié)束語

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用了面向?qū)ο蟮姆治黾夹g(shù)，為同一類型的外部設(shè)備提供了統(tǒng)一的硬件和軟件接口，可作為單片機(jī)系統(tǒng)的通用平臺(tái)。在使用本系統(tǒng)時(shí)，用戶可以根據(jù)需要選擇加載某些模塊對(duì)象（如A/D模塊對(duì)象）和相應(yīng)的驅(qū)動(dòng)，并可以通過該系統(tǒng)自帶的編程環(huán)境來編寫自己的程序，大大并且縮短了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的時(shí)間，提高了單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的效率。

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