第9講-單片機(jī)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

劉鎮(zhèn)章zhenzhang.liu@第9講《單片機(jī)技術(shù)與C語言程序設(shè)計(jì)技術(shù)》22三月2024單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要內(nèi)容

一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法 二、過程控制(PID)

三、單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22三月2024

一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法

單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法：

1、主控程序；

2、初始化；

3、中斷處理；

4、定時(shí)控制；

5、各模塊程序的調(diào)用和參數(shù)傳遞。22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法1、主控程序voidmain(void){

… while(1) {

…. }

…}22三月20241、主控程序:例voidmain(void){ … while(1)

{if(u_second250>40) //10ms進(jìn)入1次

{u_second250=0;

m_second10++;

if(m_second10%50==0) //0.5s進(jìn)入1次

display_flash=(display_flash)?0:1;//閃標(biāo)志

display_num(num); //顯示

key=read_key();//讀鍵

if(key==KEY_FUN) //鍵處理

{…}

elseif(key==KEY_UP&&sys_state==STOP) { …}

elseif(key==KEY_DOWN&&sys_state==STOP) { …} }

…

｝}22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法2、初始化

初始化程序一般處理內(nèi)容：

1、I/O口

2、定時(shí)器

3、A/D 4、外部中斷

5、看門狗

6、從EEPROM讀設(shè)置參數(shù)

7、設(shè)置開機(jī)參數(shù)22三月20242、初始化:例voidsystem_init(void){ PORTB=0x07; //B口設(shè)置 DDRB=0xFF; PORTC=0x38; //C口設(shè)置

DDRC=0xC0; PORTD=0x04; //D口設(shè)置

DDRD=0xFB;

OCR1A=31; //初始化定時(shí)器1

TIMSK1|=(1<<OCIE1A);

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=(1<<WGM12)|(1<<CS11);

EICRA=0x03; //初始化外部中斷0

EIMSK=0x01;//

SREG|=0x80; //開全局中斷

ADMUX=0x60; //設(shè)置AD

ADCSRA=0xB3; //

ADCSRA|=(1<<ADSC); //啟動(dòng)AD

EEPROM_READ(EEPROM_ADDR,run_all_time); //讀EEPROM if(run_all_time==0||run_all_time>99)

{run_all_time=RUN_ALLTIME; //設(shè)置運(yùn)行時(shí)間初始值

EEPROM_WRITE(EEPROM_ADDR,run_all_time);

} }22三月20242、初始化:例voidmain(void){ system_init()； //初始化

… while(1) {

…. }

…}22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法3、中斷處理

中斷處理內(nèi)容：

1、模塊中斷設(shè)置

2、全局中斷設(shè)置

3、中斷處理函數(shù)22三月20243、中斷處理:例:中斷設(shè)置voidsystem_init(void){ PORTB=0x07; //B口設(shè)置 DDRB=0xFF; PORTC=0x38; //C口設(shè)置

DDRC=0xC0; PORTD=0x04; //D口設(shè)置

DDRD=0xFB;

OCR1A=31; //初始化定時(shí)器1

TIMSK1|=(1<<OCIE1A);

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=(1<<WGM12)|(1<<CS11);

EICRA=0x03; //初始化外部中斷0

EIMSK=0x01;

SREG|=0x80; //開全局中斷

ADMUX=0x60; //設(shè)置AD

ADCSRA=0xB3;

ADCSRA|=(1<<ADSC); //啟動(dòng)AD

EEPROM_READ(EEPROM_ADDR,run_all_time); //讀EEPROM if(run_all_time==0||run_all_time>99)

{run_all_time=RUN_ALLTIME; //設(shè)置運(yùn)行時(shí)間初始值

EEPROM_WRITE(EEPROM_ADDR,run_all_time);

}

}22三月20243、中斷處理:例：中斷處理函數(shù)#pragmainterrupt_handlertimer1:13voidtimer1(void) //0.25ms{ u_second250++;

…}#pragmainterrupt_handlerint0:2 voidint0(){ voltage_0=1;}

22三月20243、中斷處理:例：中斷處理函數(shù)unsignedintu_second250=0;unsignedcharvoltage_0=0;voidmain(){ system_init();

while(1)

{ if(u_second250>40) //10ms進(jìn)入一次

{ …} }}#pragmainterrupt_handlertimer1:13voidtimer1(void) //0.25ms{ u_second250++;

…}#pragmainterrupt_handlerint0:2 voidint0(){ voltage_0=1;}

22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法4、定時(shí)控制

定時(shí)控制內(nèi)容：

1、初始化

2、中斷處理函數(shù)

3、定時(shí)使用22三月20244、定時(shí)控制:例:定時(shí)器設(shè)置voidsystem_init(void){ PORTB=0x07; //B口設(shè)置 DDRB=0xFF; PORTC=0x38; //C口設(shè)置

DDRC=0xC0; PORTD=0x04; //D口設(shè)置

DDRD=0xFB;

OCR1A=31; //初始化定時(shí)器1

TIMSK1|=(1<<OCIE1A);

TCCR1A=0x00;

TCCR1B=(1<<WGM12)|(1<<CS11);

EICRA=0x03; //初始化外部中斷0

EIMSK=0x01;

SREG|=0x80; //開全局中斷

ADMUX=0x60; //設(shè)置AD

ADCSRA=0xB3;

ADCSRA|=(1<<ADSC); //啟動(dòng)AD

EEPROM_READ(EEPROM_ADDR,run_all_time); //讀EEPROM if(run_all_time==0||run_all_time>99)

{run_all_time=RUN_ALLTIME; //設(shè)置運(yùn)行時(shí)間初始值

EEPROM_WRITE(EEPROM_ADDR,run_all_time);

}

}22三月20243、中斷處理:例：定時(shí)器處理unsignedintu_second250=0;unsignedcharvoltage_0=0;voidmain(){ system_init();

while(1)

{ if(u_second250>40) //10ms進(jìn)入一次

{ …} }}#pragmainterrupt_handlertimer1:13voidtimer1(void) //0.25ms{ u_second250++;

…}22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法5、各模塊程序的調(diào)用和參數(shù)傳遞。

函數(shù)調(diào)用和參數(shù)傳遞：

A、1個(gè)參數(shù)的傳遞

B、N個(gè)參數(shù)調(diào)用傳送

C、多個(gè)參數(shù)返回傳送

D、N個(gè)參數(shù)返回傳送

E、全局變量

F、靜態(tài)變量就是函數(shù)調(diào)用22三月2024A、1個(gè)參數(shù)的傳遞例：調(diào)用voiddisplay_num(unsignedcharnum){ …}voidmain(void){ unsignedcharnum;

… while(1)

{if(u_second250>40) //10ms進(jìn)入1次

{u_second250=0;

m_second10++;

if(m_second10%50==0) //0.5s進(jìn)入1次

display_flash=(display_flash)?0:1;//閃標(biāo)志

display_num(num); //顯示

… } }}22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法A、1個(gè)參數(shù)的傳遞例:返回unsignedcharread_key(){ staticunsignedcharkey_time=0;

staticunsignedcharkey_num=0;

unsignedcharkey_n,return_val=0;

key_n=~(PINC|ALL_KEY);

if(key_n==key_num)

{if(key_time<10)

key_time++;

elseif(key_time==10)

{key_time++;

return_val=key_num;

}

}

else{key_time=0; }

key_num=key_n;

returnreturn_val;}

voidmain(void){ … while(1){if(u_second250>40) {u_second250=0;

key=read_key(); if(key==KEY_FUN)//鍵處理

{…}

elseif(key==KEY_UP) { …}

elseif(key==KEY_DOWN) {…} } }

…}

22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法B、N個(gè)參數(shù)調(diào)用傳送例：數(shù)組（指針）unsignedintget_average(unsignedcharn, unsignedintad_value[]){ unsignedintsum,max,min,i; sum=0; max=0; min=0xffff; for(i=0;i<n;i++) { if(ad_value[i]>max) max=ad_value[i]; if(ad_value[i]<min) min=ad_value[i]; sum=sum+ad_value[i]; } sum=(sum–max–min)/(n-2); returnsum;} voidmain(void){ unsignedintad_val[20]; io_init(); while(1) { … get_ad() ad_value(20,ad_val);

…

}}22三月2024C、多個(gè)參數(shù)返回傳送例：按引用方式swap(int&p1,int&p2){ inttemp;temp=p1;p1=p2;p2=temp;}voidmain(){ … inta=5,b=6; if(a<b)swap(a,b);

…}22三月2024voideprom_read(unsignedintaddr, unsignedcharnumber,

unsignedchar*p_buff){ while(EECR&(1<<EEWE)); while(number--) { EEAR=addr++; EECR|=(1<<EERE); *p_buff++=EEDR; }}

voidmain(void){ unsignedchartemp[10]; io_init();

eprom_read(0x10,10,temp);

…

}一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法D、N個(gè)參數(shù)返回傳送例：指針（數(shù)組）22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法E、全局變量例unsignedintu_second250=0;unsignedcharvoltage_0=0;voidmain(){ system_init();

while(1)

{ if(u_second250>40) //10ms進(jìn)入一次

{ …} }}#pragmainterrupt_handlertimer1:13voidtimer1(void) //0.25ms{ u_second250++;

…}22三月2024一、單片機(jī)軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法F、靜態(tài)變量例：按鍵防抖動(dòng)unsignedcharread_key(){ staticunsignedcharkey_time=0;

staticunsignedcharkey_num=0; unsignedcharkey_n; key_n=~(PINC|ALL_KEY);

if(key_n==key_num)

{if(key_time<10) key_time++; elseif(key_time==10) {key_time++;

returnkey_num; } } else{key_time=0;}

key_num=key_n;

return0;}22三月2024

二、過程控制(PID)22三月2024二、過程控制(PID)例：直熱式電熱水器控制（PID）Setpoint:設(shè)置溫度Output:出水溫度Process:加熱電阻原理圖：22三月202422三月2024二、過程控制(PID)

溫度控制方法： 熱水器總功率為：6000KW，分成3段：

RE1控制2000W（繼電器），

RE2控制2000W（繼電器），

PWM控制2000W（可控硅）。 通過PWM控制，可以實(shí)現(xiàn)溫度在0～2000W內(nèi)連續(xù)控制； 當(dāng)功率在2000W以上時(shí)，接通RE1,可以在2000W～

4000W內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)功率，當(dāng)功率在4000W以上時(shí)，再接通RE2，可以在4000W～

6000W內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)功率。 通過以上控制，可以實(shí)現(xiàn)熱水器輸出功率分級連續(xù)可調(diào)，實(shí)現(xiàn)熱水器水溫自動(dòng)控制。

22三月2024二、過程控制(PID)

程序舉例：

22三月2024

三、單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22三月2024三、單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)：

1、采用模塊化設(shè)計(jì)方法；

2、首先單獨(dú)調(diào)試好輸入/輸出模塊；

3、構(gòu)建基本程序框架；

4、逐個(gè)添加功能模塊；

5、完成總體控制；

6、測試系統(tǒng)。22三月2024三、單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2、首先單獨(dú)調(diào)試好輸入/輸出模塊例：室內(nèi)空調(diào)控制系統(tǒng)。

22三月2024一、監(jiān)控系統(tǒng)功能

例：室內(nèi)空調(diào)控制系統(tǒng)。1、從非技術(shù)角度考慮系統(tǒng)功能；2、確定系統(tǒng)的輸入檢測功能；3、確定系統(tǒng)的輸出控制功能；4、確定系統(tǒng)的控制方式；1、遙控2、自動(dòng)溫控3、模式：制冷、制熱、抽濕、自動(dòng)4、風(fēng)向22三月2024一、監(jiān)控系統(tǒng)功能

例：室內(nèi)空調(diào)控制系統(tǒng)。1、從非技術(shù)角度考慮系統(tǒng)功能；2、確定系統(tǒng)的輸入檢測功能；3、確定系統(tǒng)的輸出控制功能；4、確定系統(tǒng)的控制方式；1、遙控2、溫度3、按鍵22三月2024一、監(jiān)控系統(tǒng)功能

例：室內(nèi)空調(diào)控制系統(tǒng)。1、從非技術(shù)角度考慮系統(tǒng)功能；2、確定系統(tǒng)的輸入檢測功能；3、確定系統(tǒng)的輸出控制功能；4、確定系統(tǒng)的控制方式；1、壓縮機(jī)2、吹風(fēng)電機(jī):4級3、風(fēng)向電機(jī)4、抽濕加熱器22三月2024一、監(jiān)控系統(tǒng)功能

例：室內(nèi)空調(diào)控制系統(tǒng)。1、從非技術(shù)角度考慮系統(tǒng)功能；2、確定系統(tǒng)的輸入檢測功能；3、確定系統(tǒng)的輸出控制功能；4、確定系統(tǒng)的控制方式；1、PID溫度控制2、自動(dòng)模式算法22三月2024輸入／輸出電路：1、遙控電路2、溫度電路3、按鍵電路4、壓縮機(jī)控制電路5、吹風(fēng)控制電路6、風(fēng)向控制電路7、加熱控制電路讀紅外模塊紅外編碼識別模塊讀溫度模塊讀按鍵模塊壓縮機(jī)控制(PID)模塊吹風(fēng)電機(jī)控制模塊風(fēng)向電機(jī)控制模塊加熱控制模塊基本模塊：初始化模塊定時(shí)器模塊顯示模塊三、單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)22三月2024三、單片機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3、構(gòu)建基本程序框架例：室內(nèi)空調(diào)控制系統(tǒng)。

unsignedintu_second250=0;voidmain(){ system_init();

while(1)

{ if(u_second250>40) //10ms進(jìn)入一次

{ …} }}#pragmainterrupt_handlertimer1