专利名称：Spc多功能—专用程序控制设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及程序控制设备。
随着生产的发展，人民生活的提高，各工矿企业对生产管理的自动化提出了更高的要求，人们生活对各种服务设施和美化环境的实施也提出了更高的要求，老式的以继电器和简单电子电路(包括分立元件或普通集成电路)组成的控制设备，无论从功能方面和使用方便性方面，都无法满足生产和人民生活的需要了，这种矛盾越来越明显。先进的大型工业企业，现在都普遍采用系统计算机管理和控制，这可以克服上述矛盾，也给今天各种各样产品的大规模生产提供技术保障，使庞大的生产机器能够协调地正常运行，这成了大工业生产的发展趋势。为了更好地适应工业控制的需要，人们又开发了专门用于生产控制的计算机-工控机和程序控制器(Programmable Controller，简称PC机)，它有比系统计算机更高的抗干扰能力，可以直接代替各种复杂的继电器网络。但无论是系统计算机或者是PC机，都存在这样的问题虽功能完善，神通广大，但实际应用的功能却仅仅是其功能的一小部分，而多功能带来构造复杂，造成成本较高，少则数千，多则数万，而且由于构造复杂还带来使用维护技术高，不易管，不易修，不易用，一般人员不经过专业培训，很难用好这种电脑设备，PC机还要配专门编程器，才能对它进行编程。因此，对于中小企业，特别是中国和一些发展中国家的企业，由于资金有限，工人素质有限，使用计算机控制就往往无法实现，勉强实现也往往得不偿失。即使在大工业内部，也存在不少分散的、与主生产线隔离的生产环节或生活管理环节，它们的自动化项目不多，功能简单，在这些场合，采用系统计算机控制也是不适宜的。
单片机机可以开发出多种的简易项目的控制仪器，可以填补上述系统计算机控制的不足。然而，单片机的设计开发与控制内容是“单配”的，即一个新项目、一种仪器进行一次开发，由于生产控制和生活设施控制的多样性，工厂就难以进行批量化生产。
本发明的目的，就在于寻求一种便于批量制造从而造价低，而且使用简单方便、功能可满足单项专用或不多的若干项控制要求的控制设备，以填补系统计算机控制和简单继电器控制之间的空白，寻求一种适合国情，适合中、小型企业的电脑控制设备。
本发明的目的是这样来实现的在同一片单片机芯片里或在同一个单片机最小系统里，写进不同用途的许多套程序，例如在本发明实施例中写进了时钟显示装置的软件，学校打铃仪软件，温度控制软件，工厂程序控制软件。当然，在这么多套软件中，有不少程序是相同的，例如计时程序、显示子程序、延时子程序……等等，(由于这些软件的写法属公知技术，许多教科书和报刊里有报导，此处不详论)，这些程序不必重复设置，只保留一个做共用就可了，还有一部份程序“大同小异”，可以进行改写，求同存异，相异处用跳转指令或散转指令让程序分开即可。这样，合并的总程序长度比各套程序长总和要小得多。一片8051就可容入相当多套程序，使仪器芯片(或最小系统)具有多功能，其功能多少取决装进的软件多少。
在芯片或系统的存贮器中，留出1-2个字节(ADF)来存“功能识别码”例如“时钟”的功能识别码为01，“温度控制”的功能识别码为02在程序执行到分岔处时，根据“功能识别码”跳转到适合该使用功能的一套指令去执行了，这样，这种芯片(系统)只要读到不同的“功能识别码”，就可在不同场合，在不同用户面前就表现出不同的功能了。
当然，上述“功能识别码”不是一个固定的数，一套功能，一个“功能识别码”，怎样根据用户的需要在“功能识别码”存贮单元中写入相应的数据问题，好像是一个让计算机具有“智能”以识别工作环境，进而选定一套工作程序以实现某一套功能问题。其基本构思是在与单片计算机相连的硬件环境里设下特征标志，让计算机识别例如1.可让工作中没有用的某些I/O脚的接高电平VDD或接低电平VSS作为标志，一般在功能不太多情况下，找几个空闲的I/O脚用作功能识别不会太困难的。当然，如果有条件，整个口拿来作“功能识别”也可以，例如让8051的P1口来作功能识别(附
图1)，则只要将该单片机的P1口各脚根据识别码要求分别接高电平(VDD)或低电平(VSS)，(上例中，用作时钟时，P1.0接VDD，其余各脚接VSS，用作温度控制时，P1.1接VDD，其余各脚接VSS)，并在监控指令中加入二个简单程序即可MOV P1＃OFFHMOV ADF P1(ADF为功能识别码寄存器地址)2.如果设计要求片芯(或系统)功能较多，而可用的I/O脚不够，那么，可以采用输入口扩展的办法，例如在8031的P0总线中增加一块八D锁存器74LS373作扩展输入口，将该口用作功能识别即可，即让该373的输入脚根据“功能识别码”要求分别接低电平(VSS)或高电平(VDD)即可(附图2)本例中监控程序加入如下程序即可MOV DPTR ＃ADF0;ADF0为该74LS373的地址MOVX A＠DPTRMOV ADF A3.在单片机电路中有非易失性存贮器(PROM、EPROM、或E2PROM)等情况下，在这些存贮器的某个地址写入“功能识别码”，也可达到上述目标、其指令亦与上款所述相仿。
以上举例中，我们设时钟的功能识别码为01，温度控制仪的识别码为02，这样的编码本身显得简单，但因实际程序的复杂性，这种简单的编码将造成跳转、散转指令很繁琐，也容易出错，为此，应该选用可以进行位操作的单元来存贮“功能识别码”，例如选用8051的20H单元来存贮“功能识别码”，而且，让“功能识别码”的每一位代表一定的基本性能类别，例如第一位为显示方式选择，1表示静态显示，0表示扫描显示，第二位为显示位数选择，0表示四位数，1表示大于四位数，第三位表示是否要处理测温控制，1表示要测温，0表示不测温;四位……，这样，就一种功能仪器而言，它的功能识别码不是简单的数字，而是一串二进制数字的组合，例如上例中，时钟的功能识别码为3BH，温度控制仪的识别码为0110 0101＝65H。这种码制使“功能识别码”变得稍复杂一些，却使整个软件程序简单得多了，在大多数程序分岔处，只要使用跳转指令即可，不必用散转指令，如上例中在选用静态或扫描显示的分岔口，不必考虑哪几种仪器用静态显示。哪几种仪器用扫描显示，只查一下20H单元的第一位00H是1或0即可，用二条简单指令JB 20H ADP;(ADP为静态显示子程序入口)AJ ADS;(ADS为扫描显示子程序入口)就解决问题。
自动控制的一个重要方面，是对现场数据的采集，分析，然后作出判断发出相应的控制指令，其中许多现场数据是温度，压力，电压等模拟量，为了实现本发明的目的，简化采集模拟量的方法，降低这部分的硬件成本也是甚为重要的，一般单片机仪器中解决这个问题的办法是采用模一数转换器(A/D)或电压频率转换器(V/F)，但这二种器件一般都很贵，少则数十元，多则数百元。本发明中采用了一个变通的办法，采用电压-脉冲宽度变换器。这个变换器用一个便宜的普通四运放即可完成，其原理按线图见图3，各主要节点波形变化情况见图4。
单片机通过输出脚P.12定时输出一个负矩形波，放大器F1接成一个积分输入式放大器，由于受积分电容影响，放大器F1负输入端F1b电位只能缓慢下降，当其电位下降到等于正输入端F1a电位时，F1输出端01的电位开始升高，并通过电容C反馈到F1b，几乎补偿了F1b端的电位降落，使其电位几乎稳定一条水平线上。在这阶段中，01电位不断上升，其上升速度(斜率)取决于积分常数R0·C。01电位上升的过程中，改变F2、F3二个放大器(接成比较器)的输入电位状况，导致了F2、F3的输出端02及03的电位发生了如图4(4)、4(5)所示的跳变。如图3所示，F4接成一个介于加法器和比较器之间的比较器电路，只有当F2和F3的输出端均为低电平时，F4的负输入端电平才低于正输入端，其输出端04才为高电平，这样，由于02、03电位的先后跳变，使F4输出一个正脉冲，见图4(6)。F3正输入端作为模拟信号电压输入端，故F3输出电位跳变的时间也是输入信号的函数，进一步使04输出脉冲宽度变成输入信号电压的函数了，单片机测量这个脉宽，就算出输入信号电压的数字量了(其测算方法属单片机的公知技术，此不赘述)。
由于采取以上措施，本发明充份挖掘了单片机潜能，解决了用户专用仪器使用方便、廉价要求与生产厂家批量生产通用性要求的矛盾，把功能不同的仪器，纳进一个系列(使用同一个芯片或最小系统)，使生产厂家能较大规模地生产不同功能的单片机仪器，特别在需要委托单片机芯片生产厂家批量烧写芯片情况下，本方法能获得良好的经济效益，使单片机控制技术更快地推广到各应用部门。
权利要求
1.一种单片机显示和控制设备，由单片机芯片(或最小系统)加外围电路构成，本发明特征在于(1)写进了可分别执行的不同功用的多套程序；(2)在单片机硬件电路里设置表示单片机功能的特征数据-“功能识别码”，或在单片机的非易失性存贮器里予先写进“功能识能码”；(3)单片机根据“功能识别码”，确定应执行哪一套指令。
2.根据权利要求1所述设备，其特征在于“功能识别码”存在可以位操作的存贮器单元中，其每一位代表一种基本性能。
3.根据权利要求1所述设备，其特征在于“功能识别码”写在串行电可擦存贮器中。
4.一种单片机显示和程序控制设备，其特征在于单片机对模拟量的处理，是通过模拟量一脉宽转换实现的。
全文摘要
本发明提供一种单片机程序控制设备，本设备利用在单片机的硬件电路或非易失性存贮器中写入功能识别码等方法，使单片机的开发生产系列化，芯片具有通用性；而用户使用时又显出专用程控仪器的便宜、易用的优点。
文档编号G05B19/04GK1104346SQ9312117
公开日1995年6月28日 申请日期1993年12月25日 优先权日1993年12月25日
发明者徐日沾 申请人:龙岩智电科技开发联营公司