在單片機(jī)構(gòu)成的控制系統(tǒng)中,，系統(tǒng)控制時需要使用和保存已經(jīng)設(shè)置或優(yōu)化的參數(shù),。如果將運(yùn)行參數(shù)僅僅存儲于單片機(jī)的RAM區(qū)中，則系統(tǒng)在掉電或重啟時將會丟失這些重要參數(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,，需要將這些運(yùn)行參數(shù)保存在足夠容量的電可擦除存儲器（EEPROM）中。在寫入或讀出EEPROM中的數(shù)據(jù)時,，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,，為檢查運(yùn)行參數(shù)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

　　在單片機(jī)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器（EEPROM）中,。根據(jù)參數(shù)個數(shù)的多少,，決定所使用EEPROM的存儲容量。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)中要求存儲的參數(shù)共需28個字節(jié),，再加上一個字節(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

　　電可擦除存儲芯片X24C44是一個八引腳的芯片,，其內(nèi)部有存儲矩陣和RAM兩個存儲區(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)時所用到的外部時鐘同步信號,；DI為命令或數(shù)據(jù)串行輸入X24C44的信號引腳；DO為X24C44數(shù)據(jù)串行輸出的信號引腳,；STORE為低電平時,，允許將EEPROM中RAM的內(nèi)容保存到存儲矩陣；RECALL為低電平時,，允許將EEPROM的存儲矩陣的內(nèi)容傳送到EEPROM的RAM中,。

　　對X24C44的讀寫操作是串行數(shù)據(jù)操作，其讀時序如圖2所示,。結(jié)合圖2中的讀時序,，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，在時鐘SK信號的同步下,，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對該值忽略），數(shù)據(jù)串行輸出引腳在第9個時鐘由高阻態(tài)轉(zhuǎn)為數(shù)據(jù)串行輸出,，16個比特為一個讀出內(nèi)容,，通過將CE信號置為低電平，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CE外，只要與單片機(jī)的三根I／O引腳相連即可,，作用為時鐘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)和時及檢驗(yàn)數(shù)據(jù)時，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,，用G（x）去除這個帶校驗(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,。

　　計(jì)算檢驗(yàn)和的算法如下：

　　（1）設(shè)G（x）為r階,，在數(shù)據(jù)序列的末尾附加r個零,，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，用對應(yīng)于G（x）的位串去除對應(yīng)于xrM（x）的位串,，得余數(shù),。

　　（3）按模2減法,，從對應(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位錯和2位錯,，顯然比字節(jié)和或者異或和的檢錯能力大。

　　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，也將校驗(yàn)和寫入,。在讀出X24C44中的運(yùn)行參數(shù)時,，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,，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,，則表明讀出的是錯誤的數(shù)據(jù)。這時可不用這些數(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,，令參數(shù)1取值為N11；當(dāng)參數(shù)1＞N12時,，令參數(shù)1取值為N12,；當(dāng)參數(shù)1在許可范圍之內(nèi)時，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)有效性判別的實(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)動控制等領(lǐng)域的系統(tǒng)。