【正文】 似乎只有一個鍵盤輸入單元在工作，只須訪問它來進(jìn)行鍵盤掃描、鍵碼讀出操作。但實際上卻有遙控器與鍵盤兩套鍵輸入硬件在同時而獨立地工作。 考察一下智能儀器的鍵盤掃描輸入原理。在這種方式下，CPU通過輸出指令使鍵盤矩陣的行掃描線依次為“0”（低電平），同時監(jiān)測鍵盤矩陣的列掃描線。若無鍵按下，則列掃描線輸出全“1”（高電平）；若有鍵按下，則此鍵所在列線輸出為“0”，再結(jié)合行掃描線此時的狀態(tài)，就可具體定位按鍵。我們設(shè)想，可否將遙控接收頭輸出的含有按鍵信息的8位遙控碼通過某種轉(zhuǎn)換，并入鍵盤矩陣電路，當(dāng)遙控器有鍵按下時，就會在機(jī)上鍵盤對應(yīng)鍵處產(chǎn)生一個“模擬”按鍵動作，產(chǎn)生一個鍵碼可供CPU讀取。所謂“模擬”是指并沒有機(jī)械按鍵動作，但對于鍵盤矩陣電路而言卻產(chǎn)生一個低電平，效果和機(jī)械按鍵動作完全一樣。這樣就將遙控鍵盤和本機(jī)鍵盤統(tǒng)一起來，二者的鍵數(shù)和鍵功能定義都一樣，一個相同的鍵在遙控器上按下和在本機(jī)鍵盤上按下對CPU而言沒有任何區(qū)別，只不過對鍵盤矩陣來說前者是軟接觸，后者是硬接觸。根據(jù)遙控器上按鍵與本機(jī)鍵盤按鍵的一一對應(yīng)方案，我們可以導(dǎo)出實現(xiàn)“模擬”按鍵的邏輯真值表（其中C0~C4為列掃描線）。 這是一個12變量輸入S變量輸出的組合邏輯函數(shù)，最小項總數(shù)為1620＝320個。若用普通邏輯門電路來實現(xiàn)這樣的功能將是十分麻煩的，用PLD（可編程邏輯器件）來做就要簡單得多。EPROM就是一種與陣列固定、或陣列可編程的邏輯器件。如果把EPROM的輸入地址A0，A1，……AN視為輸入邏輯變量，同時把輸出數(shù)據(jù)D0，D1，……DM視為一組多輸出邏輯變量，那么輸出與輸入之間也就是一組多輸出的組合邏輯函數(shù)。而且，EPROM地址譯碼器的輸出包含了全部輸入變量的最小項，每一位數(shù)據(jù)輸出又都是這些最小項之和，因而任何形式的組合邏輯函數(shù)均能通過向EPROM中寫入相應(yīng)的數(shù)據(jù)來實現(xiàn)。不難推想，具有Ｎ位輸入地址和M位數(shù)據(jù)輸出的EPROM可以獲得一組（最多為M個）任何形式的N變量組合邏輯函數(shù)。根據(jù)這個原理，選用4K8EPROM2732，可以實現(xiàn)任意12變量輸入、8變量輸出的組合邏輯函數(shù)。在本機(jī)遙控系統(tǒng)中，利用了EPROM的D0~D4五根數(shù)據(jù)線和全部12根地址線，通過向2732中固化上表所示的邏輯真值表，從而實現(xiàn)了關(guān)鍵的遙控解碼，使遙控器上按鍵與本機(jī)鍵盤按鍵一一對應(yīng)起來。需要指出的是，EPROM的地址譯碼是全譯碼，而在本方案中占據(jù)地址線A0~A7的8位遙控碼只有20種有效碼值（20個鍵），即一頁（2S6字節(jié)）中只有20個有效數(shù)據(jù)，則應(yīng)將剩余空間填入0FFH。由解碼電路圖3可見，EPROM2732的地址線A0A7接至8位輸出鎖存移位寄存器74HCS9S的輸出（即8位遙控碼），A8~A11接至鍵盤矩陣的行掃描線R0~R3；2732的8根數(shù)據(jù)線使用了其中的S根D0~D4，接至鍵盤矩陣的列掃描線C0~C4，2732的（片選端）接地,(讀信號)接至施密特與非門4093的3腳輸出，此輸出為雙單穩(wěn)74HC123的1Q、與非的結(jié)果。當(dāng)遙控器上沒有按鍵按下時，EPROM2732的端為“1”，使得2732的數(shù)據(jù)線D0~D4為高阻態(tài)與鍵盤矩陣線脫離，而本機(jī)鍵盤的掃描與讀出照常進(jìn)行不受影響，若遙控器上有鍵按下時，經(jīng)紅外發(fā)射、接收對應(yīng)的８位遙控碼出現(xiàn)在74HC595的輸出端，并作為EPROM2732的A0~A7輸入，此時的行掃描碼（CPU發(fā)出）作為A8~A11輸入，2732的端為低電平，讀出A0~A11指定單元的數(shù)據(jù)，將其中D0~D4放在鍵盤矩陣列線上。D0~D4中只有一位為“0”，指示著哪一列有鍵按下，這樣就由遙控接收、解碼電路模擬了一次“按鍵”動作。接下來CPU對這個“按鍵”動作的響應(yīng)、處理就和本機(jī)鍵盤完全一樣了。，跟著引導(dǎo)碼是系統(tǒng)碼，系統(tǒng)反碼，按鍵碼，按鍵反碼，如果按著鍵不放，則遙控器則發(fā)送一段重復(fù)碼，重復(fù)碼由9ms的高電平，跟著是一個短脈沖。程序流程圖下：解碼程序在比較器中斷服務(wù)程序中實現(xiàn)。第一個下降沿表明編碼輸出開始，這時將時間記錄為last_time,當(dāng)比較器輸出跳為高電平時，記錄當(dāng)前時間為current_time,并且記錄脈沖寬（current_timelast_time）判斷收到的是寬脈沖還是窄脈沖,如果是寬脈沖記錄為0，窄脈沖記錄為1。每一組有效的編碼由24為組成，因此程序中需要有一個脈沖計數(shù)變量來記錄是否有24位碼，只有確認(rèn)收到24位碼后，才認(rèn)為這次按鍵有效。同時需要防止將用戶的一次按鍵解釋為多次按鍵，需要有去抖功能。可以設(shè)一個變量來記錄同一個鍵值收到的次數(shù)，當(dāng)它的記錄小于某一預(yù)定的值時，表示用戶在進(jìn)行同一操作。完整的接收到一組編碼后，在中斷程序中將鍵值有效標(biāo)志key_flag置1，主程序循環(huán)中如果查詢到key_flag為1則保存這個鍵碼，即完成一次解碼操作。4 單片機(jī)介紹 MCS51系列單片機(jī)是美國Intel公司在1980年推出的高性能8位單片微機(jī)，較原來的MCS48系列結(jié)構(gòu)更為先進(jìn)，功能增強(qiáng)，它包括51和52兩個子系列。 在51系列中，主要有8038058751三種機(jī)型，它們的指令系統(tǒng)與芯片引腳完全兼容，僅片內(nèi)ROM有所不同。51子系列的主要功能為： 8為CPU。 片內(nèi)帶振蕩器，~12MHZ；可有時鐘輸出。 128個字節(jié)的片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器。 4K字節(jié)的片內(nèi)程序存儲器（8031無）。 程序存儲器的尋址范圍為64K字節(jié)。 片外數(shù)據(jù)存儲器的尋址范圍為64K字節(jié)。 21個字節(jié)專用寄存器。 4個8位并行I/O接口：P0、PPP3。 1個全雙工串行I/O接口，可多機(jī)通訊。 2個16位定時/計數(shù)器。 中斷系統(tǒng)有5個中斷源，可編程為兩個優(yōu)先級。 111條指令，含乘法指令和除法指令。 有強(qiáng)的位尋址、位處理能力。 片內(nèi)采用單總線結(jié)構(gòu)。 用單一+5V電源。52子系列主要有8038052兩種機(jī)型。與51子系列的不同在于：片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器增至256個字節(jié)；片內(nèi)程序存儲器增至8KB（8032無）；有3個16位定時器/計數(shù)器；有6個中斷源。其他性能均與51子系列相同。它含運(yùn)算器、控制器、片內(nèi)存儲器、4個I/O接口、串行接口、定時器/計數(shù)器、中斷系統(tǒng)、振蕩器等功能器件。 MCS51系列單片機(jī)芯片有40個引。見圖。用HMOS工藝制造的芯片采用雙列直插式封裝。低功耗的、采用CHMOS工藝制造的機(jī)型（在型號中間家一“C”字作為識別，如80C380C587C51）也有用方型封裝結(jié)構(gòu)的。 現(xiàn)將各引腳分別說明如下： Vcc：接+5V電源正端。 Vss：接+5V電源地端。 XTAL1：片內(nèi)反相放大器輸入端。 XTAL2：片內(nèi)反相放大器輸出端。外接晶體時，XTAL1與XTAL2各接警惕的一端，借外接晶體與片內(nèi)反相放大器構(gòu)成振蕩器。 ~：P0口的8個引腳。在不接片外存儲器與不擴(kuò)展I/O接口時，可作為準(zhǔn)雙向輸入/輸出接口。在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O接口時，P0口分時復(fù)用為低8位地址總線和雙向數(shù)據(jù)總線。 ~：P1口的8個引腳。可作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用。對于52子系列，：；。 ~：；在接有片外存儲器或擴(kuò)展I/O接口且尋址范圍超過256字節(jié)時,P2口用為高8為地址總線。 ~：P3口的8個引腳，除了作為準(zhǔn)雙向I/O接口使用外，還具有第二功能，具體如下： ：RXD （串行輸入口） ：TXD （串行輸出口） ：INT0 （外部中斷0請求輸入端） ：INT1 （外部中斷1請求輸入端） ：T0 （定時器/計數(shù)器0計數(shù)脈沖輸入端） ：T1 （定時器/計數(shù)器1計數(shù)脈沖輸入端） ：WR （片外數(shù)據(jù)存儲器寫選通信號輸出端） ：RD （片外數(shù)據(jù)存儲器讀選通信號輸出端）MCS51系列單片機(jī)外部引腳圖80C51的串行通信口是一個功能強(qiáng)大的通信口，而且是相當(dāng)好用的通信口，用于顯示驅(qū)動電路再合適不過了，下面我們就根據(jù)這種需要設(shè)計一個用兩個串行通信口線加上兩根普通I/O口，設(shè)計一個4位LED顯示電路。當(dāng)然只要再加上兩根I/O口線即可輕易實現(xiàn)8位LED的顯示電路[7]。 串行動態(tài)LED掃描電路圖是電原理圖，我們還是采用C2051單片機(jī)，同時用廉價易得的74LS164和74LS138作為擴(kuò)展芯片。74LS164（詳細(xì)技術(shù)手冊）是一個8位串入并出的移位寄存器，其此處的功能是將C2051串行通信口輸出的串行數(shù)據(jù)譯碼并在其并口線上輸出，從而驅(qū)動LED數(shù)碼管。74LS138是一個38譯碼器，它將單片機(jī)輸出的地址信號譯碼后動態(tài)驅(qū)動相應(yīng)的LED。但74LS138電流驅(qū)動能力較小，為此，我們使用了未級驅(qū)動三極管2SA1015作為地址驅(qū)動。將4只LED的段位都連在一起，它們的公共端則由74LS138分時選通，這樣任何一個時刻，都只有一位LED在點亮，也即動態(tài)掃描顯示方式，其優(yōu)點在上一節(jié)中我們已經(jīng)闡述。使用串行口進(jìn)行LED通信，程序編寫相當(dāng)簡單，用戶只需將需顯示的數(shù)據(jù)直接送串口發(fā)送緩沖器，等待串行中斷即可，看看下面的程序。程序清單 ORG 0100H MOV SCON,00H 。串行口工作方式0MAIN: MOV R3，00H ；字型碼初始地址LOOP： MOV R4，0E8H ；循環(huán)顯示某個字符DELAY： ACALL DISPLAY ；顯示 DJNZ R4，DELAY ；延時時間未到繼續(xù) INC R3 ；顯示下個字符 CJNE R3，OAH，LOOP ；未顯示到“9”繼續(xù) AJMP MAIN ；返回主程序DISPLAY：CLR CLR ；選中第一位 ACALL DISP ；顯示 ACALL DELAY1 ；延時10MS SETB ；選中第二位 ACALL DISP ACALL DELAY1 SETB ；選中第三位 CLR ACALL DISP ACALL DELAY1 SETB ；選中第四位 SETB ACALL DISP ACALL DELAY1 RETDIS： MOV A，R3 MOV DPTR，TABLE MOVC A，@A+DPTR ；查表 MOV BUFF，A ；送發(fā)送緩沖器WAIT： JNB TI，WAIT ；等待串行中斷 CLR TI RETDELAY1： MOV R6，10H ；延時子程序LOOP1： MOV R7，38HLOOP2： DJNZ R7，LOOP2 DJNZ R6，LOOP1 RETTABLE： DB 0C0H，0F9H，0A4H，0B0H，99H DB 92H，82H，0F8H，80H，90H END ；程序結(jié)束 [10]在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的同時，軟件抗干擾以其設(shè)計靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來越受到重視。下面以MCS51單片機(jī)系統(tǒng)為例，對微機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾方法進(jìn)行研究。 軟件抗干擾方法的研究 在工程實踐中，軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要是： 一、消除模擬輸入信號的嗓聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）；二、程序運(yùn)行混亂時使程序重入正軌的方法。本文針對后者提出了幾種有效的軟件抗干擾方法。 指令冗余 CPU取指令過程是先取操作碼，再取操作數(shù)。當(dāng)PC受干擾出現(xiàn)錯誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當(dāng)亂飛到某雙字節(jié)指令，若取指令時刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當(dāng)作操作碼，程序?qū)⒊鲥e。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯機(jī)率更大。 在關(guān)鍵地方人為插入一些單字節(jié)指令，或?qū)⒂行巫止?jié)指令重寫稱為指令冗余。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個字節(jié)以上的NOP。這樣即使亂飛程序飛到操作數(shù)上，由于空操作指令NOP的存在，避免了后面的指令被當(dāng)作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動納入正軌。此外，對系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。 攔截技術(shù) 所謂攔截，是指將亂飛的程序引向指定位置，再進(jìn)行出錯處理。通常用軟件陷阱來攔截亂飛的程序。因此先要合理設(shè)計陷阱，其次要將陷阱安排在適當(dāng)?shù)奈恢谩?1 軟件陷阱的設(shè)計 當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無法起作用。通過軟件陷阱，攔截亂飛程序，將其引向指定位置，再進(jìn)行出錯處理。軟件陷阱是指用來將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址0000H的指令。通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱： NOP NOP LJMP 0000H其機(jī)器碼為0000020000。2 陷阱的安排 通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。最后一條應(yīng)填入020000，當(dāng)亂飛程序落到此區(qū)，即可自動入軌。在用戶程序區(qū)各模塊之間的空余單元也可填入陷阱指令。當(dāng)使用的中斷因干擾而開放時，在對應(yīng)的中斷服務(wù)程序中設(shè)置軟件陷阱，能及時捕獲錯誤的中斷。如某應(yīng)用系統(tǒng)雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務(wù)程序可為如下形式： NOP NOP RETI返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計可靠、 完善，用“LJMP 0000H”作返回指令可直接進(jìn)入故障診斷程序，盡早地處理故障并恢復(fù)程序的運(yùn)行。 考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般1K空間有23個就可以進(jìn)行有效攔截。 軟件“看門狗”技術(shù) 若失控的程序進(jìn)入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。通過不斷檢測程序循環(huán)運(yùn)行時間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時間超過最大循環(huán)運(yùn)行時間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進(jìn)行出錯處理?！翱撮T狗”技術(shù)可由硬件實現(xiàn)，也可由軟件實現(xiàn)。 在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時會破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。則系統(tǒng)無法定時“喂狗”，硬件看門狗電路失效。而軟件看門狗可有效地解決這類問題。 筆者在實際應(yīng)用中，采用環(huán)形中斷監(jiān)視系統(tǒng)。用定時器T0監(jiān)視定時器T1，用定時器T1監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時器T0。采用這種環(huán)形結(jié)構(gòu)的軟件“看門狗”具有良好的抗干擾性能，大大提高了系統(tǒng)可靠性。對于需經(jīng)常使用T1定時器進(jìn)行串口通訊的測控系統(tǒng)，則定時器T1不能進(jìn)行中斷，可改由串口中斷進(jìn)行監(jiān)控（如果用的是MCS52系列單片機(jī)，也可用T2代替T1進(jìn)行監(jiān)視）。這種軟件“看門狗”監(jiān)視原理是：在主程序、T0中斷服務(wù)程序、T1中斷服務(wù)程序中各設(shè)一運(yùn)行觀測變量，假設(shè)為MWatch、T0Watch 、T1Watch,主程序每循環(huán)一次，MWatch加１，同樣T0、T1中斷服務(wù)程序執(zhí)行一次，T0Watch、 T1Watch加１。在T0中斷服務(wù)程序中通過檢測T1Watch的變化情況判定T1運(yùn)行是否正常，在T1中斷服務(wù)程序中檢測MWatch的變化情況判定主程序是否正常運(yùn)行，在主程序中通過檢測T0Watch的變化情況判別T0是否正常工作。若檢測到某觀測變量變化不正常，比如應(yīng)當(dāng)加1而未加1，則轉(zhuǎn)到出錯處理程序作排除故障處理。當(dāng)然，對主程序最大循環(huán)周期、定時器T0和T1定時周期應(yīng)予以全盤合理考慮[5]。限于篇幅不贅述。160