第13章参考答案

·1·第13章AT89S51单片机的应用设计与调试1．下列说法是正确的。A．AT89S51单片机P0～P3口的驱动能力是相同的B．AT89S51单片机P0～P3口在口线输出为高电平的驱动能力和输出为低电平的驱动能力是相同的C．AT89S51单片机扩展的外围芯片较多时，需加总线驱动器，P2口应加单向驱动器，P0口应加双向驱动器D．AT89S51单片机最小系统可对温度传感器来的模拟信号进行温度测量2．为什么单片机应用系统的开发与调试离不开仿真开发工具？3．利用仿真开发系统对用户样机软件调试，需经哪几个步骤？各个步骤的作用是什么？4．用软件仿真开发工具能否对用户样机中硬件部分进行调试与实时在线仿真？5．为什么要在每块的电源与地之间并接退耦电容？加几个退耦电容？电容量选多大为适宜？6．光电隔离的主要优点是什么？在单片机应用系统中，应在什么位置进行光电隔离？7．具有较大电感量的元件或设备，诸如继电器、电动机、电磁阀等，在其断电时，应采用什么措施来抑制其反电势？8．为什么要将所有的单片机应用系统中的模拟地和数字地分别相连，然后仅在一点上相连接？9．如何在单片机应用系统中实现电源去耦和集成芯片去耦？10．为什么在印制板的设计中，不要在印制板中留下无用的空白铜箔层，走线不要有分支？11．说明“看门狗”摆脱“死循环”和程序“跑飞”的工作原理。参考答案1．答：A．错；B．错；C．对；D．错（最小系统不能直接测量模拟信号）。2．答：用户样机是以AT89S51单片机为核心的应用系统，没有对单片机中的程序进行检错调试的手段，也无法发现程序运行中的设计硬件的问题，也无法进行软件的开发（如编辑、汇编、调试程序等），因此，必须借助某种开发工具---仿真开发系统所提供的开发手段来解决上述问题。3．答：调试过程见图13-14，4个步骤。（1）输入用户源程序：用户使用编辑软件源程序输入到PC机中，并保存在磁盘上。（2）汇编并检查语法错误：在PC机上，利用汇编程序对用户源程序进行汇编，直至语法错误全部纠正为止。（3）动态在线调试：对用户的源程序进行调试。要先把在线仿真器的仿真插头插入用户样机的单片机插座中（图13-12），进行在线仿真调试，利用仿真开发系统提供单步、设置断点等调试手段，来进行系统的调试。纠正软件逻辑上的问题，或排除硬件上的故障。（4）将调试完毕的用户程序通过程序烧写器，固化在程序存储器中。4．答：由于软件仿真开发工具Proteus软件是一种完全用软件手段对单片机应用系统进行仿真开发的。不能进行用户样机硬件部分的诊断与实时在线仿真。因此在系统的开发中，一般是先用Proteus仿真软件设计出系统的硬件电路，编写程序，然后在Proteus环境下仿·2·真调试通过。然后依照仿真的结果，完成实际的硬件设计。再将仿真通过的程序烧录到编程器中，然后安装到用户样机硬件板上去观察运行结果，如果有问题，再连接硬件仿真器去分析、调试。5．答：在每块印刷电路板的电源输入端跨接的电容应为一个10～100μF的大容量电解电容（如体积允许，电容量大一些更好）和一个0.01～0.1μF的非电解电容。用于去除干扰中的高频干扰和低频干扰，并接大电容为了去掉低频干扰成分，并接小电容为了去掉高频干扰部分。6．答：光电耦合的主要优点是能有效抑制尖峰脉冲以及各种噪声干扰，从而使过程通道上的信噪比大大提高。因为在工业现场的数据采集或实时控制中，过程通道的输入输出信号线和控制线多，且长度达几百米或几千米，因此不可避免地将干扰引入单片机系统。消除或减弱过程通道的干扰主要采用光电隔离技术。所谓光电隔离采用光电耦合器可以将单片机与前向、后向以及其他部分切断电路的联系，能有效地防止干扰从过程通道进入单片机。7．答：对于单片机应用系统中的具有较大电感量的元件或设备，诸如继电器、电动机、电磁阀等。当电感回路的电流被切断时，会产生很大的反电势而形成噪声干扰。这种反电势甚至可能击穿电路中晶体管之类的器件，反电势形成的噪声干扰能产生电磁场，对单片机应用系统中的其它电路产生干扰。如果通过电感线圈的是直流电流，可采用如下措施加以抑制：（1）可在线圈两端并联二极管和稳压管，如图(a)所示。图(a)由二极管和稳压管构成的反电势抑制电路图(b)由电阻和二级管组成的反电势抑制电路。在稳定工作时，并联支路被二极管D阻断而不起作用；当三极管T由通道变为截止时，在电感线圈两端产生反电势e。此电势可在并联支路中流通，因此e的幅值被限制在稳压管DZ的工作电压范围之内，并被很快消耗掉,从而抑制了反电势的干扰。使用时DZ的工作电压应选择得比外加电源高些。如果把稳压管换为电阻，同样可以达到抑制反电势的目的，如图（b）所示，因此也适·3·用于直流驱动线圈的电路。在这个电路中，电阻的阻值范围可以从几欧姆到几十欧姆。阻值太小，反电势衰减得慢；而阻值太大又会增大反电势的幅值。（2）反电势抑制电路也可由电阻和电容组成，如图（c）所示。适当选择R、C图(c)由电阻和电容组成的抑制电路参数，也能获得较好的耗能效果。这种电路不仅适用于交流驱动的线圈，也适用于直流驱动的线圈。（3）反电势抑制电路不但可以接在线圈的两端，也可以接在开关的两端，例如继电器，接触器等部件在操作时，开关会产生较大的火花，必须利用RC电路加以吸收，如图（d），一般R取1～2KΩ，C取2.2～4.7μF。图(d)接在开关的两端的反电势抑制电路8．答：数字地通常有很大的噪声而且电平的跳跃会造成很大的电流尖峰，对模拟地有较大的影响，会引起模拟电路产生误差。所以正确的接法是，必须将所有的模拟地和数字地分别相连，然后模拟（公共）地与数字（公共）地仅在一点上相连接，且地线应尽量加粗。在ADC和DAC电路中，尤其要注意地线的正确连接，否则会引起ADC和DAC转换结果的不准确。由于ADC、DAC芯片都提供了相应独立的模拟地和数字地引脚，一定要把模拟地引脚和数字地引脚尽可能短的相连。然后再与模拟地尽可能短的连接。9．答：（1）电源去耦已经在第6题中介绍，就是在印刷电路板的电源输入端跨接退耦电容。跨接的电容应为一个10～100μF的大容量电解电容（如体积允许，电容量大一些更好）和一个0.01～·4·0.1μF的非电解电容。（2）集成芯片去耦每个集成芯片都应安置一个0.01μF的瓷片去耦电容，去耦电容必须安装在本集成芯片的Vcc和GND线之间，否则便失去了抗干扰作用。如遇到印刷电路板空隙小装不下时，可每4～10个芯片安置一个1～10μF高频阻抗特别小的钽电容器。对于抗噪声能力弱，关断电流大的器件和ROM、RAM存储器，应在芯片的电源线Vcc和地线（GND）间接入去耦的瓷片电容。10．答：（1）在印制板中留下无用的空白铜箔层，可充当发射天线或接收天线，可把就近它们接地。（2）走线不要有分支，可避免在线路条在传输高频信号导致反射干扰或发生谐波干扰。11．答：无论是AT89S51单片机片内集成的“看门狗”还是专门的硬件“看门狗”电路，原理都是使用一个计数器来不断计数，监视程序的运行。当计数器启动运行后，为防止计数器的不必要溢出，应定期性地把WDT计数器清0，以保证其不溢出。当单片机的程序“跑飞”或陷入“死循环”时，也就不能定时地把看门狗计数器清0。当看门狗计数器值计满溢出时，将在AT89S51的RST引脚上输出一个正脉冲使AT89S51单片机复位，在系统的复位入口0000H处安排一条跳向出错处理程序段的指令或重新从头执行程序，从而使程序摆脱“跑飞”或“死循环”状态。