系統(tǒng)軟件設計 - 單片機8031的自動計量進料系統(tǒng)設計

系統(tǒng)應用軟件在DVCC—52與PC機聯(lián)合開發(fā)系統(tǒng)下，采用匯編語言與BASIC語言混合編程 、模塊化、結構化的設計方法。整個程序由系統(tǒng)診斷模塊、自動配料模塊、A/D及數(shù)據(jù)處理模塊、越限報警模塊、按鍵、顯示、打印模塊等組成。各模塊相對獨立又相輔相成，從而使采樣、運算、控制、顯示、參數(shù)設置等有條不紊，急緩有序的運行。在稱量精度、按鍵響應速度、故障報警能力等方面都達到了自動計量進料的要求。主程序框圖如圖5—1所示。

　　? 其中，診斷子程序包括CPU指令系統(tǒng)診斷、RAM診斷、EPROM診斷、A/D、I/O模板診斷以及為達到系統(tǒng)故障報警功能而進行的傳感器信號的檢測。?

　　自動配料子程序主要框圖如圖5—2所示?？紤]到給料裝置的振動和慣性，程序中采用了把兩次采樣時間間隔Δt內的重量增量Δg與設定值和稱量值之差e相比較，根據(jù)比較結果進行粗料、細料和換料的切換，以提高稱量精度。并用一個單元進行配料順序記數(shù)，這樣5種配料可公用相同的程序，以達到優(yōu)化程序結構，節(jié)省程序存儲器空間的目的。

　　CPU以中斷方式處理按鍵請求。在鍵盤中斷服務子程序中，進行按鍵識別，并對相應的位標志變量進行設置。而其它各功能模塊則根據(jù)標志變量狀態(tài)控制程序走向。

　　6 系統(tǒng)可靠性設計?

　　本系統(tǒng)處于干擾較多的復雜工業(yè)現(xiàn)場，因此在設計中除采用光電隔離、電源濾波、屏蔽接地及地線處理等硬措施，以及用平均值加中位值復合濾波方法，克服信號采集中的周期性干擾和尖峰型干擾外，還采用了硬件自診斷技術和軟件抗干擾技術，以保證系統(tǒng)的稱量控制精度和可靠性。?

　　6.1 硬件故障自診斷技術?

　　本系統(tǒng)對關鍵的硬件設備采用了由上電自診斷、定時自檢、鍵控自檢相結合的自診斷方法，及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)故障，保證精度，以避免系統(tǒng)帶病運行。具體診斷項目有：?

　　(1)CPU指令系統(tǒng)診斷8031指令系統(tǒng)能被正確地執(zhí)行是系統(tǒng)正常工作的前提，為此設計了一段涉及各種指令的測試程序，判斷其運行結果是否正確，以排除CPU失靈的可能性。?

　　(2)RAM診斷采取向關鍵RAM區(qū)依次進行寫入讀出操作，比較讀出與寫入內容是否相同來判斷內、外RAM芯片的好壞。上電時采用破壞性測試(不保護原有內容)，復位、按鍵診斷采用非破壞性測試(保護原有內容)。

　　(3)EPROM診斷固化目標程序的EPROM在使用時間長，窗口密封不好等情況下，可能出現(xiàn)個別零星單元信息發(fā)生變化的情況，必須主動進行檢查。本文采用了“異或和”校驗法。在程序固化之前，利用開發(fā)裝置求出所有指令的異或和并把結果寫入最后一個空單元中，診斷時再求所有指令，包括“結果”的異或和，若和數(shù)為零，可以認為EPROM中的內容是正確的 。

　　(4)采用硬件冗余聯(lián)合診斷技術進行A/D、I/O模板、重要參數(shù)傳感器診斷。?

　　6.2 軟件抗干擾技術?

　　當CPU本身受到干擾，程序計數(shù)器PC因干擾而改變內容時，CPU將不能按正常狀態(tài)執(zhí)行程序，從而引起混亂，產(chǎn)生所謂程序“跑飛”現(xiàn)象。為此在軟件上采取了指令冗余、軟件陷阱 、純軟件watchdog技術以控制程序流向。?

　　(1)指令冗余當CPU受干擾后，會把操作數(shù)當指令碼引起混亂。分析MCS—51指令系統(tǒng),大多為單字節(jié)指令，最長不超過3字節(jié)。當程序彈飛到雙字節(jié)和3字節(jié)指令上時，繼續(xù)出錯的機會較大，而當彈飛到單字節(jié)指令上時，程序將自動納入軌道。因此在程序中對程序流向起決定作用指令之前插入3條空操作指令(如轉移、子程序調用和對系統(tǒng)工作狀態(tài)至關重要的指令)，并將跳轉指令冗余一次，以保證被正確執(zhí)行。指令冗余技術可減少彈飛次數(shù)，使程序很快納入軌道。?

　　(2)軟件陷阱當程序彈飛到非程序區(qū)(EPROM未使用區(qū)，數(shù)據(jù)區(qū)……)時，冗余指令將無能為力。為此設計了軟件陷阱，即在程序斷裂點(無條件跳轉指令、返回指令之后)和數(shù)據(jù)區(qū)末尾插入NOP NOP LJMP 3條指令。將空白區(qū)充滿LJMP指令，強行將捕獲的程序引向出錯處理程序入口。出錯處理程序的主要功能是實現(xiàn)系統(tǒng)恢復。因LJMP指令的操作碼是02H，故若把出錯處理程序入口安排在0202H，則可方便地利用開發(fā)系統(tǒng)中Debug功能把大片程序空白區(qū)固化為020202……，從而大批陷阱處理完畢。?

　　(3)純軟件Watchdog若指令彈飛在程序區(qū)，但在遇到冗余指令之前已形成死循環(huán)，則指令冗余和軟件陷阱均失效。為此本系統(tǒng)利用空閑的定時器T2設計了程序運行監(jiān)視系統(tǒng)(Watchdog);設T2為高優(yōu)先級，根據(jù)主控程序循環(huán)周期確定T2的定時常數(shù)和計數(shù)器的記數(shù)值 ，每次中斷對計數(shù)器加1，并判斷記數(shù)值若大于設定值，則轉出錯處理程序入口。同時在主程序中對計數(shù)器清零。如此，保證及時把程序從死循環(huán)中解放出來。?

　　7 結束語?

　　本文結合工廠實際，用經(jīng)濟的8031及外圍芯片設計了自動計量進料控制系統(tǒng)，取代了原進口設備的控制裝置。經(jīng)幾年來運行證明，該系統(tǒng)功能完備，運行穩(wěn)定可靠，操作簡便，性能價格比高。