引言
MCS51单片机是目前国内应用最广泛的一种单片机型。全球各单片机生产厂商在MCS51内核基础上，派生了大量的51内核系列单片机，极大地丰富了MCS51的种群。其中STC公司推出了STC89系列单片机，增加了大量新功能，提高了51的性能，是MCS51家族中的佼佼者。早期的单片机控制系统，采用单片机加片外EEPROM配合，来存储一些需要预置的重要参数，并在数码管上显示出来。由于单片机控制的整流器要求实时性很强，而早期EEPROM的写周期在10 ms左右，因此运行参数的预置是在整流器待机的情况下进行的。而很多情况下需要在运行的同时记录数据，如用单片机控制的12脉波汽车电泳整流器要求在运行的同时实时记录重要数据，而且在掉电时不丢失。由于在12脉波整流器中运行的单片机程序，其周期必须小于1.67 ms（交流电网的1个周期是20 ms，除以12就是1.67 ms）,这就要求实时记录的时间在1ms以下甚至更短（考虑到程序的执行时间）。经查阅资料发现，目前很多EEPROM达不到这个要求[1]，即使时间最短的AT89S8252单片机片内EEPROM的写周期也是2.5 ms。本文通过对EEPROM的巧妙应用，实现了整流器在线记录数据的功能。
1寻找符合要求的单片机
设备使用的是Atmel公司的AT89C52（40DIP封装）单片机和EEPROM芯片2817A。要想在不改变原设备电路板的情况下完成要求的功能，就只能在兼容的MCS51系列单片机中想办法。AT89S8252片内含有2 KB的EEPROM，经编程测试发现，它虽然能实时记录数据并且断电不丢失，但是在向片内EEPROM中记录1个数据时，能引起输出电压和电流的波动，不能满足实际运行的需要。其原因是AT89S8252单片机片内EEPROM的写周期为2.5 ms，超过了1.67 ms的程序的执行周期，从而影响了程序的正常运行。所以执行周期是解决问题的关键。
由参考文献[23]知：STC89C51RC/RD+系列单片机片内含有EEPROM（Data Flash），读1个字节/编程1个字节/擦除1个扇区（512字节）的时间分别为10 μs/60 μs/10 ms。编程1个字节的时间为60 μs，远小于AT89S8252片内EEPROM 2.5 ms的编程时间，这为解决问题提供了思路。
2问题的解决
单片机STC89C55RD+（40DIP封装），其引脚、功能完全与AT89C52兼容，与MCS51程序也兼容，片内含有20 KB的Flash程序存储器，16 KB的EEPROM数据存储器。把原用于AT89C52中的程序写到STC89C55RD+中，放到原设备上运行，可长期稳定地运行。经修改的在整流器中运行的单片机程序，实时记录一些数据到STC89C55RD+的EEPROM中，整流器可正常运行，但不能执行扇区擦除操作。执行扇区擦除操作将严重影响整流器的正常运行，引起输出电压和电流的很大波动。执行扇区擦除操作时，从示波器来看整流器的输出间断了20 ms，电压电流显示很大的波动。用示波器捕捉到了EEPROM写时的波形，输出波形暂停了20 ms,1个周波电压，电压波形如图1所示，不执行扇区擦除操作时的波形如图2所示。从图中可以看出，问题得到了很好的解决。
图1执行扇区擦除时的波形
图2 不执行扇区擦除时的波形
究其原因，这与EEPROM的特点有关。STC89C51RC/RD+系列单片机片内的EEPROM，与普通的EEPROM不同。普通的EEPROM有字节读/写功能，不需要擦除，在字节写的时候自动擦除。而STC89C51RC/RD+系列单片机片内的EEPROM，具有Flash的特性，只能在擦除了扇区后进行字节写，写过的字节中不能重复写，只有待扇区擦除后才能重新写，而且没有字节擦除功能，只能扇区擦除。
3EEPROM（Data Flash）的巧妙应用
基于以上EEPROM（Data Flash）不易擦除的特点，可以写后先不擦除。利用EEPROM（Data Flash）容易写、时间短（字节写只有60 μs）的特点，可以充分利用其写的功能。根据汽车电泳整流器的特点：每泳1辆汽车，整流器的输出电流就从0逐渐上升到最大电流，然后又逐渐回到0。从电流的变化可以准确地识别出电泳过的车的数量。每识别出1辆车，就在EEPROM（Data Flash）的1个字节中（起始地址为0000H）写入#01H（也可以是其他数，但不能为#0FFH），然后地址自动加1，等待识别出下一辆车。这样就通过EEPROM（Data Flash）字节地址的方式，间接记录了汽车电泳整流器电泳过的车辆总数，并可在数码管上显示出来。16 KB的 EEPROM（Data Flash）可记录16 384辆车。待将计满时，可按擦除按钮擦除EEPROM（Data Flash）中的所有扇区，再重新计数。如按每10分钟电泳1辆车，1天工作16小时，可连续记录16 384/（60/10×16）=170天。此种方法也可用于对电泳整流器连续工作时间的累计，如每10分钟记录1个数据，可连续记录16 384/（60/10）=2 730小时。整流器停机断电后，每次开机给单片机上电时，在初始化程序中，首先从地址#0000H读片内EEPROM的数据，如果数据不为#0FFH，地址自动加1，再读下一个字节，直到所读数据为#0FFH为止。此时EEPROM的地址指针数据，即为前面累加的电泳车辆数（或累计电泳工作时间），可在数码管上显示出来。整流器工作后，按前述方法，可继续对已电泳车辆累加计数，直到EEPROM计满为止。
4相关部分子程序
定义新增特殊功能寄存器地址：
ISP_DATA=0E2H;数据
ISP_ADDRH=0E3H;地址高
ISP_ADDRL=0E4H;地址低
ISP_CMD=0E5H;命令
ISP_TRIG=0E6H;命令触发
ISP_CONTR=0E7H;控制寄存器
定义ISP/IAP命令及等待时间:
ISP_IAP_BYTE_READ=1;字节读
ISP_IAP_BYTE_PROGRAM=2;字节编程
ISP_IAP_SECTOR_ERASE=3;扇区擦除
WAIT_TIME=0;等待时间
初始化定位STC89C55RD+的EEPROM地址指针程序:
MOVDPTR,#8000H;STC89C55RD+
读EEPROM字节数据:
MOVISP_ADDRH,DPH
MOVISP_ADDRL,DPL
MOVISP_CONTR,#80H
MOVISP_CMD,#ISP_IAP_BYTE_READ
MOVISP_TRIG,#46H
MOVISP_TRIG,#0B9H
NOP
MOVA,ISP_DATA
CJNEA,#0FFH,地址加1
MOV50H,DPL
CLRC
MOVA,DPH
SUBBA,#80H
MOV51H,A
MOVISP_CONTR,#0
MOVISP_CMD,#0
AJMP下一段初始化程序
地址加1:
INCDPTR
AJMP读EEPROM字节数据
下一段初始化程序:
MOVISP_DATA,#01H;STC89C55RD+
MOVISP_CONTR,#80H
MOVISP_CMD,#ISP_IAP_BYTE_PROGRAM
MOVISP_TRIG,#46H
MOVISP_TRIG,#0B9H
NOP
MOVISP_CONTR,#0
MOVISP_CMD,#0
MOVDPL,ISP_ADDRL
MOVDPH,ISP_ADDRH
INCDPTR
MOVISP_ADDRL,DPL
MOVISP_ADDRH,DPH
CLRC
MOVA,DPH
SUBBA,#80H
MOVDPH,A
MOV50H,DPL
MOV51H,DPH
结语
结合生产的实际情况，在不改变原设备电路板的情况下，通过使用MCS51系列兼容单片机STC89C55RD+，巧妙利用其片内EEPROM，实现了在整流器运行的同时记录数据的功能，且掉电情况下不丢失数据。这种方法有效地提高了原设备的功能，给用户的使用带来了极大的方便，并且通过实验验证了此方法是可行的。