新聞中心

EEPW首頁 > 嵌入式系統(tǒng) > 設(shè)計(jì)應(yīng)用 > 單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的保存及有效性判別

單片機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的保存及有效性判別

作者: 時(shí)間:2011-10-25 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏
1 引 言
  在構(gòu)成的控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)控制時(shí)需要使用和保存已經(jīng)設(shè)置或優(yōu)化的參數(shù)。如果將僅僅存儲(chǔ)于的RAM區(qū)中,則系統(tǒng)在掉電或重啟時(shí)將會(huì)丟失這些重要參數(shù),不能正常運(yùn)行。為了解決上述問題,保證控制系統(tǒng)正常、可靠地運(yùn)行,需要將這些保存在足夠容量的電可擦除存儲(chǔ)器(EEPROM)中。在寫入或讀出EEPROM中的數(shù)據(jù)時(shí),為保證數(shù)據(jù)操作的正確性,則需要進(jìn)行數(shù)據(jù)校驗(yàn)。在系統(tǒng)運(yùn)行這些參數(shù)之前,為檢查的取值是否在許可范圍之內(nèi),則需要進(jìn)行參數(shù)取值范圍的檢驗(yàn)。本文結(jié)合作者開發(fā)的電梯轎廂門機(jī)控制系統(tǒng),來詳細(xì)討論參數(shù)保存和校驗(yàn)的設(shè)計(jì)及實(shí)現(xiàn)。
2 系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)的存儲(chǔ)
  在組成的控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)設(shè)置的運(yùn)行參數(shù)是系統(tǒng)正常運(yùn)行所必須使用的,既要保證運(yùn)行參數(shù)的可修改性,又要保證運(yùn)行參數(shù)在系統(tǒng)停機(jī)或掉電的情況下能夠正確保存,因而運(yùn)行參數(shù)應(yīng)保存在電可擦除存儲(chǔ)器(EEPROM)中。根據(jù)參數(shù)個(gè)數(shù)的多少,決定所使用EEPROM的存儲(chǔ)容量。例如,在本文的單片機(jī)系統(tǒng)中,電梯轎廂門機(jī)控制運(yùn)行所需要的參數(shù)有:門寬參數(shù)、有無光電檢測、輸出保持力矩、開門加速步頻、關(guān)門加速步頻、開門減速步頻、關(guān)
門減速步頻、工作計(jì)數(shù)器等,設(shè)計(jì)中要求存儲(chǔ)的參數(shù)共需28個(gè)字節(jié),再加上一個(gè)字節(jié)校驗(yàn)和,所以選用32字節(jié)容量的EEPROM。Xicro公司的X24C44能滿足上述可修改性和容量的要求。
2.1 EPROM芯片簡介及硬件組成
  電可擦除存儲(chǔ)芯片X24C44是一個(gè)八引腳的芯片,其內(nèi)部有存儲(chǔ)矩陣和RAM兩個(gè)存儲(chǔ)區(qū),外部引腳的功能如圖1所示。芯片各引腳的功能為:CE為芯片使能引腳;Vcc及Vss為電源引腳;電壓為+5V;SK是讀寫X24C44數(shù)據(jù)時(shí)所用到的外部時(shí)鐘同步信號(hào);DI為命令或數(shù)據(jù)串行輸入X24C44的信號(hào)引腳;DO為X24C44數(shù)據(jù)串行輸出的信號(hào)引腳;STORE為低電平時(shí),允許將EEPROM中RAM的內(nèi)容保存到存儲(chǔ)矩陣;RECALL為低電平時(shí),允許將EEPROM的存儲(chǔ)矩陣的內(nèi)容傳送到EEPROM的RAM中。

  對(duì)X24C44的讀寫操作是串行數(shù)據(jù)操作,其讀時(shí)序如圖2所示。結(jié)合圖2中的讀時(shí)序,讀出  X24C44中某兩字節(jié)的數(shù)據(jù)操作為:芯片的使能引腳CE為高電平,在時(shí)鐘SK信號(hào)的同步下,先向X24C44的數(shù)據(jù)串行輸入引腳DI送讀出兩字節(jié)的命令1AAAA11X(其中AAAA為要讀出的起始地址,X表示X24C44對(duì)該值忽略),數(shù)據(jù)串行輸出引腳在第9個(gè)時(shí)鐘由高阻態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)串行輸出,16個(gè)比特為一個(gè)讀出內(nèi)容,通過將CE信號(hào)置為低電平,先關(guān)閉芯片的讀出數(shù)據(jù)操作。


  按照向X24C44寫入兩字節(jié)內(nèi)容的時(shí)序,寫入兩字節(jié)數(shù)據(jù)的操作類似于讀出操作過程。
  X24C44采用串行讀寫數(shù)據(jù),其與單片機(jī)的接線簡單,除了片選信號(hào)CE外,只要與單片機(jī)的三根I/O引腳相連即可,作用為時(shí)鐘CLK,數(shù)據(jù)輸入DI,數(shù)據(jù)輸出DO,其中DO引腳要接一個(gè)10kΩ的上拉
電阻。硬件電路接線如圖3所示。


2.2 EEPROM讀寫的實(shí)現(xiàn)
  控制系統(tǒng)中所采用的是51系列單片機(jī),其中讀寫子程序設(shè)計(jì)用匯編也較容易  實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化編程。根據(jù)X24C44的時(shí)序和操作過程,下面給出讀出EEPROM中數(shù)據(jù)的匯編子程序。單片機(jī)將數(shù)據(jù)寫入EEPROM的過程與讀出過程相類似。讀出EEPROM中數(shù)據(jù)的匯編子程序如下:
read:push psw;讀數(shù)據(jù)子程序入口 



3 運(yùn)行參數(shù)的數(shù)據(jù)校驗(yàn)
  系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)是單片機(jī)控制系統(tǒng)正確運(yùn)行的關(guān)鍵數(shù)值,能確保系統(tǒng)按設(shè)置的特性運(yùn)行。在許多單片機(jī)組成的控制系統(tǒng)中,系統(tǒng)在運(yùn)行過程中需讀出EEPROM中的數(shù)據(jù),為了確定所讀出的數(shù)據(jù)與原先寫入的數(shù)據(jù)一致,就要用到數(shù)據(jù)校驗(yàn)。在一般的校驗(yàn)中,一是采用數(shù)據(jù)字節(jié)值進(jìn)行異或運(yùn)算;二是字節(jié)值作相加運(yùn)算并忽略進(jìn)位的方法。本文介紹了采用一種16位循環(huán)冗余法(CRC)思想的自定義數(shù)據(jù)校驗(yàn)法。
3.1 循環(huán)冗余法的簡介
  循環(huán)冗余法是基于將位串看成是系數(shù)為0或1的多項(xiàng)式,一個(gè)k位的幀可以看成是從xk-1到x0的k次多項(xiàng)式的系數(shù)序列,這個(gè)多項(xiàng)式的階數(shù)為k-1。高位(最左邊)是xk-1項(xiàng)的系數(shù),下一位是xk-2項(xiàng)的系數(shù),依此類推。例如11001001有8位,表示成多項(xiàng)式是x7+x6+x3+x0,多項(xiàng)式的系數(shù)分別是1,1,0,0,1,0,0和1。
  如果采用循環(huán)冗余法進(jìn)行校驗(yàn),在產(chǎn)生校驗(yàn)和時(shí)及檢驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),運(yùn)算必須用相同的生成多項(xiàng)式G(x),生成多項(xiàng)式的高位和低位必須是1。以2為模  展開運(yùn)算。運(yùn)算法則是:加法不進(jìn)位,減法不借位;加法和減法兩者都異或運(yùn)算相同。如果分計(jì)算m位的數(shù)據(jù)序列M(x)的校驗(yàn)和,生成多項(xiàng)式G(x)必須比多項(xiàng)式M(x)短,即m>k。校驗(yàn)的基本思想是:將校驗(yàn)和加在數(shù)據(jù)序列M(x)的末尾,使這個(gè)帶校驗(yàn)和的多項(xiàng)式能被G(x)除盡。當(dāng)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí),用G(x)去除這個(gè)帶校驗(yàn)和的多項(xiàng)式,如果余數(shù)不等于零,則所檢驗(yàn)的數(shù)據(jù)有錯(cuò)。
計(jì)算檢驗(yàn)和的算法如下:
 ?。?)設(shè)G(x)為r階,在數(shù)據(jù)序列的末尾附加r個(gè)零,使數(shù)據(jù)序列為m+r位,則相應(yīng)的多項(xiàng)式是xrM(x)。
 ?。?)按模2除法,用對(duì)應(yīng)于G(x)的位串去除對(duì)應(yīng)于xrM(x)的位串,得余數(shù)。
 ?。?)按模2減法,從對(duì)應(yīng)于xrM(x)的位串中減去余數(shù)。結(jié)果就是帶校驗(yàn)和的數(shù)據(jù)序列,叫多項(xiàng)式T(x)。
  該方法是經(jīng)過嚴(yán)密數(shù)學(xué)推導(dǎo)的,有三項(xiàng)多項(xiàng)式已成為國際標(biāo)準(zhǔn),即12位的CRC-12:x12+x11+x3+x2+x1+1;16位的CRC-16:x16+x15+x2+1和CRC-CCITT:x16+x12+x5+1。
3.2 自定義數(shù)據(jù)校驗(yàn)的軟件實(shí)現(xiàn)
  循環(huán)冗余法在通訊中的實(shí)現(xiàn)一般是用一種簡單的移位寄存器電路來進(jìn)行運(yùn)算,并用硬件來完成對(duì)校驗(yàn)和的校驗(yàn)。實(shí)際應(yīng)用中幾乎都在使用此硬件。在單片機(jī)控制系統(tǒng)中,參考這一產(chǎn)生數(shù)據(jù)序列校驗(yàn)和的思想,由于單片機(jī)的運(yùn)算速度已相當(dāng)高,用軟件實(shí)現(xiàn)這一校驗(yàn)也是可行的。在檢錯(cuò)要求較高的情況下,并考慮到單片機(jī)的運(yùn)算是基于字節(jié)(8位數(shù)據(jù))的,數(shù)據(jù)校驗(yàn)采用以下自定義數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法。自定義算法的生成多項(xiàng)式取G(x)=x7+x5+1,可以檢出1位錯(cuò)和2位錯(cuò),顯然比字節(jié)和或者異或和的檢錯(cuò)能力大。
  自定義數(shù)據(jù)序列校驗(yàn)的軟件實(shí)現(xiàn)流程如圖4所示。根據(jù)流程圖,校驗(yàn)用到異或和移位操作運(yùn)算,軟件編程用相應(yīng)的單片機(jī)匯編語言較易實(shí)現(xiàn),程序簡捷,實(shí)時(shí)性好。
  單片機(jī)控制系統(tǒng)在保存運(yùn)行參數(shù)過程中,首先在RAM區(qū)中連續(xù)存儲(chǔ)運(yùn)行參數(shù),并用自定義數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法計(jì)算運(yùn)行參數(shù)的校驗(yàn)和。系統(tǒng)向X24C44寫入運(yùn)行參數(shù)值時(shí),也將校驗(yàn)和寫入。在讀出X24C44中的運(yùn)行參數(shù)時(shí),再用同一算法計(jì)算檢驗(yàn)和,與X24C44中原有的校驗(yàn)和比較,判別數(shù)據(jù)是否合法,如果校驗(yàn)和相同,則對(duì)運(yùn)行參數(shù)的讀寫是正確的。這一檢驗(yàn)算法可有效保證程序所使用的運(yùn)行參
數(shù)的有效性。
  在讀出X24C44的運(yùn)行參數(shù)時(shí),如果所讀出的數(shù)據(jù)按同一方法計(jì)算校驗(yàn)和與X24C44中原有的校驗(yàn)和不一致,則表明讀出的是錯(cuò)誤的數(shù)據(jù)。這時(shí)可不用這些數(shù)據(jù),在程序中調(diào)用默認(rèn)的運(yùn)行參數(shù)值,從而
保證了門機(jī)控制系統(tǒng)的安全運(yùn)行,提高了可靠性。

4 參數(shù)的取值范圍檢驗(yàn)
  在單片機(jī)控制系統(tǒng)中,所使用的參數(shù)數(shù)值如果超過了系統(tǒng)的允許范圍,則有可能使系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)不可預(yù)見的工作狀況。為了保證控制系統(tǒng)按所要求的功能運(yùn)行,系統(tǒng)在使用運(yùn)行參數(shù)之前要進(jìn)行取值范圍檢驗(yàn)。
  在單片機(jī)組成的系統(tǒng)中,系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)絕大多數(shù)是正數(shù)。如果運(yùn)行參數(shù)1的取值范圍為N11≤參數(shù)1≤N12,則在運(yùn)行參數(shù)的取值范圍檢驗(yàn)子程序中,系統(tǒng)進(jìn)行條件處理為:當(dāng)參數(shù)1<N11時(shí),令參數(shù)1取值為N11;當(dāng)參數(shù)1>N12時(shí),令參數(shù)1取值為N12;當(dāng)參數(shù)1在許可范圍之內(nèi)時(shí),參數(shù)1取值不變。運(yùn)行參數(shù)的取值范圍檢驗(yàn)子程序處理流程如圖5所示。
5 結(jié)束語
  本文所討論的運(yùn)行參數(shù)的保存及參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法,在作者所開發(fā)的電梯門機(jī)單片機(jī)控
制系統(tǒng)中使用,實(shí)際應(yīng)用表明:可以保證運(yùn)行參數(shù)在設(shè)計(jì)的許可范圍內(nèi),保證系統(tǒng)有較強(qiáng)的容錯(cuò)能力,提高控制系統(tǒng)的運(yùn)行可靠性。這一方法也可應(yīng)用于需要保存參數(shù)的單片機(jī)組成系統(tǒng)中,如智能儀表、運(yùn)動(dòng)控制等領(lǐng)域的系統(tǒng)。

 
  參考文獻(xiàn)
1 何立民編著.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)—系統(tǒng)配置與接口技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,1999
2 Andrew S.Tanenbaum著,熊桂喜,王小虎等譯.計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)(第三版).北京:清華大學(xué)出版社,1999
3 鄭人杰,殷人昆,陶永雷.實(shí)用軟件工程(第二版).北京:清華大學(xué)出版社,1998 


評(píng)論


相關(guān)推薦

技術(shù)專區(qū)

關(guān)閉