【正文】 部振蕩方式所得的時鐘信號穩(wěn)定性高。 圖32時鐘電路的設(shè)計,只需要外接一個振蕩源就能產(chǎn)生一定的時鐘信號送到單片機內(nèi)部的各個單元,決定單片機的工作速度。一般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms后振蕩器起振,在XTAL2引腳產(chǎn)生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:一是幫助振蕩器起振。二是對振蕩器的頻率進行微調(diào)。C1,C2的典型值為30PF。單片機在工作時,由內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生或由外直接輸入的送至內(nèi)部控制邏輯單元的時鐘信號的周期稱為時鐘周期。其大小是時鐘信號頻率的倒數(shù),常用fosc表示。如時鐘頻率為12MHz,即fosc=12MHz,則時鐘周期為1/12181。s。 復(fù)位電路的設(shè)計 復(fù)位電路的可靠性設(shè)計計算機在啟動運行是都需要復(fù)位，使中央處理器CPU和系統(tǒng)中的其它部件都處于一個確定的初始狀態(tài)，并從這個狀態(tài)開始工作。MCS51的復(fù)位輸入引腳RST為MCS51提供了初始化的手段，可以使程序從指定處開始執(zhí)行，在MCS51的時鐘電路工作后，只要RST引腳上出現(xiàn)超過兩個機器周期以上的高電平時，即可產(chǎn)生復(fù)位的操作。只要 RST保持高電平，則MCS51循環(huán)復(fù)位。只有當RST由高電平變低電平以后，MCS51才從0000H地址開始執(zhí)行程序。本系統(tǒng)采用按鍵復(fù)位方式的復(fù)位電路。MCS51單片機有一個復(fù)位引腳RST，它是施密特觸發(fā)輸入，當振蕩器起振后，該引腳上出現(xiàn)2個機器周期（即24個時鐘周期）以上的高電平。使器件復(fù)位，只要RST保持高電平，MCS51保持復(fù)位狀態(tài)。此時ALE、/PSEN、P0、PPP3口都輸出高電平。RST變?yōu)榈碗娖胶螅顺鰪?fù)位，CPU從初始狀態(tài)開始工作。復(fù)位以后內(nèi)部寄存器的初始狀態(tài)為（SP=07，P0、PPP3為0FFH外，其它寄存器都為0。在RST復(fù)位端接一個電容至VccHE 一個電阻至Vss，就能實現(xiàn)上電自動復(fù)位，對于CMOS單片機只要接一個電容至Vcc即可。如圖，在加電瞬間，電容通過電阻充電，就在RST端出現(xiàn)一定時間的高電平，只要高電平時間足夠長，就可以使MCS51有效地復(fù)位。RST端在加電時應(yīng)保持的高電平時間包括Vcc的上升時間和振蕩器起振時間，Vcc上升時間若為10ms，振蕩器起振時間和頻率有關(guān)。10MHz時間約為1ms，1MHz時約為10ms，所以一般為了可靠地復(fù)位，RST在上電時應(yīng)保持20ms以上的高電平。，RC時間常數(shù)越大，上電時RST端保持高電平的時間越長。當振蕩頻率為12MHZ時，典型值為C=10uF,R=. 圖33上電復(fù)位電路除上電自動復(fù)位以外，常常需要人工復(fù)位，將一個按鈕開關(guān)并聯(lián)于上電自動復(fù)位電路，按一下開關(guān)就RST端出現(xiàn)一段時間的高電平，即使器件復(fù)位。如圖所示圖34上電和開關(guān)復(fù)位而我們在這次的畢業(yè)設(shè)計中運用的人工復(fù)位電路. 其中電平復(fù)位是通過RST端經(jīng)電阻和電源Vcc接通而實現(xiàn)的，按鍵手動電平復(fù)位電路如圖。當時鐘頻率選用12MHz時，C選取10uF，R選擇1000歐。 顯示電路的設(shè)計顯示功能與硬件關(guān)系極大，當硬件固定后，如何在不引起操作者誤解的前提下提供盡可能豐富的信息，全靠軟件來解決。 顯示模塊在系統(tǒng)硬件中的安排操作者主要設(shè)計從顯示設(shè)備上獲取微機系統(tǒng)的信息的，因此，操作者每操作一下，顯示設(shè)備商都應(yīng)該有一定的反應(yīng)。這說明，顯示模塊與操作有關(guān)，即監(jiān)控程序是需要調(diào)用顯示模塊。不同的操作需要顯示不同的內(nèi)容，這又說明各執(zhí)行模塊對顯示模塊的驅(qū)動方式是不同的。另一方面，在操作者沒有進行操作時，顯示內(nèi)容也是變化的，如顯示現(xiàn)場各物理量的變化情況。這時顯示模塊不是由操作者通過命令鍵來驅(qū)動，而是由各類自動執(zhí)行的功能模塊來驅(qū)動。自動執(zhí)行的各類模塊在安排在各種中斷子程序中，這就是說，各種中斷子程序也要調(diào)用顯示模塊。如果監(jiān)控安排在中斷子程序中，兩者的要求就統(tǒng)一了，問題比較好解決，如果監(jiān)控程序安排在主程序中，在監(jiān)控程序調(diào)用顯示模塊的過程中發(fā)生了中斷，中斷子程序也調(diào)用顯示模塊，這時就容易出問題。一種比較妥善的辦法是只讓一處調(diào)用顯示模塊，其他各處均不得直接調(diào)用顯示模塊，但有權(quán)申請顯示。這就要設(shè)置一個顯示申請標志，當某模塊需要顯示時，將申請標志置位，同時設(shè)定有關(guān)顯示內(nèi)容（或指針）。由于一處調(diào)用顯示模塊，故不會發(fā)生沖突。為了使顯示模塊能及時反應(yīng)系統(tǒng)需要，應(yīng)將顯示模塊安排在一個重復(fù)執(zhí)行的循環(huán)（如監(jiān)控循環(huán)或時鐘中斷子程序）中。當監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序）安排在時鐘中斷子程序中時，處理比較方便，只要在監(jiān)控程序的匯合處調(diào)用顯示模塊就可以了。這里將顯示功能集中到一起，作為一個功能模塊，就要求它的功能全面，能根據(jù)系統(tǒng)軟件提供的信息自動完成顯示內(nèi)容的查找，變換和輸出驅(qū)動。這樣設(shè)計使得各功能模塊都不必考慮顯示問題，只要給出一個簡單的信息（如顯示格式編碼）甚至不用再提供額外信息，直接利用當前狀態(tài)變量和軟件標志就可以完成所需的顯示要求。如果編寫這樣一個集中顯示模塊有困難，也可以將顯示模塊編小一些，只完成顯示緩沖區(qū)的內(nèi)容輸出到顯示器件上的工作。這時各功能模塊在提出顯示申請時，還需要將顯示內(nèi)容按需要的格式送入顯示緩沖區(qū)中。這樣分而治之比較容易編程，但要小心出現(xiàn)顯示混亂。例如后臺程序需要調(diào)用顯示，將有關(guān)信息送入到現(xiàn)實緩沖區(qū)進行顯示；中斷返回后，后臺程序繼續(xù)送完后半部分顯示內(nèi)容，但前半部分內(nèi)容已經(jīng)變了，這樣就出現(xiàn)了顯示錯誤。解決的辦法是，在申請顯示前，先檢查是否已經(jīng)有顯示申請，如果有，就不再申請，等待下次機會；如果沒有，則先申請標志位，再將顯示內(nèi)容送入顯示緩沖區(qū)。這時就不必擔(dān)心其他前臺模塊來打擾了，就可以得到一次完整的顯示機會。在這里我們使用的是七段數(shù)碼管顯示，通常在顯示[6]上我們采用的方法一般包括兩種：一種是靜態(tài)顯示，一種是動態(tài)顯示。其中靜態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定不閃爍，程序編寫簡單，但占用端口資源多；動態(tài)顯示的特點是顯示穩(wěn)定性沒靜態(tài)好，程序編寫復(fù)雜，但是相對靜態(tài)顯示而言占用端口資源少。在本設(shè)計中根據(jù)實際情況采用的是動態(tài)顯示方法。并通過查表法，將其在數(shù)碼管上顯示出來，其中P0口為字型碼輸入端，P2口低3位為字選段輸入端。在這里我們通過查表將字型碼送給7段數(shù)碼管顯示的數(shù)字，數(shù)碼管顯示原理如下： MOV A,R5 MOVC A,@A+DPTR ；查字型碼 MOV P2,01H ；送位選碼 MOV P0,A ；送字型碼ACALL DELAY ；調(diào)延時，去閃爍在七段數(shù)碼管顯示中可分為共陽極和共陰極兩種類型極。以共陰為例，要想a段亮，向a段送1就是，返之送0，共陽剛好相反。 掃描電路的實現(xiàn)鍵盤是人與微機系統(tǒng)打交道的主要設(shè)備。關(guān)于鍵盤硬件電路的設(shè)計方法也可以在文獻和書籍中找到，配合各種不同的硬件電路，這些書籍中一般也提供了相應(yīng)的鍵盤掃描程序。站在系統(tǒng)監(jiān)控軟件設(shè)計的立場上來看，僅僅完成鍵盤掃描，讀取當前時刻的鍵盤狀態(tài)是不夠的，還有不少問題需要妥善解決，否則，人們在操作鍵盤就容易引起誤操作和操作失控現(xiàn)象。在單片機應(yīng)用中鍵盤用得最多的形式是獨立鍵盤及矩陣鍵盤。 它們各有自己的特點，其中獨立鍵盤硬件電路簡單，而且在程序設(shè)計上也不復(fù)雜，一般用在對硬件電路要求不高的簡單電路中；矩陣鍵盤與獨立鍵盤有很大區(qū)別，首先在硬件電路上它要比獨立鍵盤復(fù)雜得多，而且在程序算法上比它要煩瑣，但它在節(jié)省端口資源上有優(yōu)勢得多，因此它更適合于多按鍵電路。其次就是消除在按鍵過程中產(chǎn)生的“毛刺” 現(xiàn)象。這里采用最常用的方法，即延時重復(fù)掃描法，延時法的原理為：因為“毛刺”脈沖一般持續(xù)時間短，約為幾ms，而我們按鍵的時間一般遠遠大于這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜后再延時一段時間(這里我們?nèi)?0ms)后再判斷此電平是否保持原狀態(tài),如果是則為有效按鍵，否則無效。 按鈕輸入的硬件處理按鈕的觸點在閉合和斷開時均會產(chǎn)生抖動，這是觸點的邏輯電平是不穩(wěn)定的，如不妥善處理，將會引起按鍵命令的錯誤執(zhí)行或重復(fù)執(zhí)行?，F(xiàn)在一般均用軟件延時的方法來避開抖動階段，這一延時過程一般大于5ms，例如取1020ms。如果監(jiān)控程序中的讀鍵操作安排在主程序（后臺程序）或鍵盤中斷（外部中斷）子程序中，則該延時子程序便可直接插入讀鍵過程中。如果讀鍵過程安排在定時中斷子程序中，就可省去專門的延時子程序，利用兩次定時中斷的時間間隔來完成抖動處理。 發(fā)聲我們知道，聲音的頻譜范圍約在幾十到幾千赫茲[7]，若能利用程序來控制單片機某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產(chǎn)生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發(fā)出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續(xù)時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調(diào)，使喇叭發(fā)出不同的聲音。 系統(tǒng)復(fù)位使CPU進入初始狀態(tài)，從0000H地址開始執(zhí)行程序的過程叫系統(tǒng)復(fù)位。從實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位的方法來看，系統(tǒng)復(fù)位可分為硬件復(fù)位和軟件復(fù)位。硬件復(fù)位必須通過CPU外部的硬件電路給CPU的RESET端加上足夠時間的高電位才能實現(xiàn)。上電復(fù)位，人工按鈕復(fù)位和硬件看門狗復(fù)位均為硬件復(fù)位。硬件復(fù)位后，各專用寄存器的狀態(tài)均被初始化，且對片內(nèi)通用寄存器的內(nèi)容沒有影響。但是，硬件復(fù)位還能自動清除中斷激活標志，使中斷系統(tǒng)能夠正常工作，這樣一個事實卻容易為不少編碼人員所忽視。軟件復(fù)位就是用一系列指令來模擬硬件復(fù)位功能，最后通過轉(zhuǎn)移指令使程序從0000H地址開始執(zhí)行。對各專用寄存器的復(fù)位操作是容易的，也沒有必要完全模擬，可根據(jù)實際需要去主程序初始化過程中完成。而對中斷激活標志的清除工作常被遺忘，因為它沒有明確的位地址可供編程。有的編程人員用020000（LJMP 0000H）作為軟件陷阱，認為直接轉(zhuǎn)向0000H地址就完成了軟件復(fù)位，就是這類錯誤的典型代表。軟件復(fù)位是使用軟件陷阱和軟件看門狗后必須進行的工作，這時程序出錯完全有可能發(fā)生在中斷子程序中，中斷激活標志已置位，它將阻止同級中斷響應(yīng)。由于軟件看門是高級中斷，它將阻止說要中斷響應(yīng)，由此可見清除中斷激活標志的重要性。在所有的指令中，只有RETI指令能夠清除中斷激活標志。前文各處提案到的出錯處理程序ERR主要完成這一功能，其他的善后工作交由復(fù)位后的系統(tǒng)去完成。有復(fù)位時系統(tǒng)的歷史狀況，可將復(fù)位分為“冷啟動”和“熱啟動”。 “冷啟動”時，系統(tǒng)的狀態(tài)全部無效，進行徹底的初始化操作；而“熱啟動”時，對系統(tǒng)的當前狀態(tài)進行修復(fù)和有選擇的初始化。系統(tǒng)初次上電投入運行時，必須是“冷啟動”，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動”初次上電投入運行時，必須是“冷啟動”，以后由抗干擾措施引起的復(fù)位操作一般均為“熱啟動”。復(fù)位關(guān)中斷，設(shè)定堆棧上電標志冷啟自檢全面初始化熱啟動恢復(fù)被破壞的信息部分初始化建立上電標志開始運轉(zhuǎn)為了使系統(tǒng)能正確決定采用何種啟動方式，常用上電標志來區(qū)分，如圖36所示。圖36 系統(tǒng)復(fù)位策略圖第四章 軟件設(shè)計 軟件任務(wù)分析軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計基本定型后，也就基本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一個總體規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量，計算，顯示，打印[8]，輸出控制和通信等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊和操作者的關(guān)系，在系統(tǒng)軟件中充當組織調(diào)度角色的軟件。這兩類軟件的設(shè)計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。 顯示子程序的設(shè)計顯示子程序，及部分注解如下：DISPLAY:MOV DPTR,DAT1。查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出,MOV A,R3MOVC A,@A+DPTRMOV P2,0feHMOV P0,AACALL DELAYMOV DPTR,DAT2MOV A,R5MOVC A,@A+DPTRMOV P2,0fdHMOV P0,AACALL DELAYMOV A,R4MOVC A,@A+DPTRMOV P2,0fbHMOV P0,AACALL DELAYRETDAT1:DB 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H 。滅,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅,FDAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H第一個為零,其他與上相同,因為十位如果為零顯示熄滅 定時器T0、T1中斷服務(wù)程序的設(shè)計=====TO溢出中斷(響鈴程序)=====T0INT: MOV TH0,0ECHMOV TL0,0FFHJNB RING,OUT。CPL 。OUT: RETIT1溢出中斷(計時程序)：T1INT: MOV TH1,3CHMOV TL1,0B0HINC R0RETIEND 搶答器處理程序的設(shè)計搶答器處理程序：TRUE1: ACALL BARK。按鍵發(fā)聲MOV A,R2MOV R6,A。搶答時間R2送R6MOV R3,01HCLR OK。因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答AJMP COUNTTRUE2:ACALL BARK。MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,02HCLR OKAJMP COUNTTRUE3:ACALL BARK。MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,03HCLR OKAJMP COUNTTRUE4:ACALL BARK。MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,04HCLR OKAJMP COUNTTRUE5: ACALL BARK。MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,05HCLR OKAJMP COUNTTRUE6: ACALL BARK。MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,06HCLR OKAJMP COUNTTRUE7: ACALL BARK。MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,07HCLR OKAJMP COUNTTRUE8: ACALL BARK。MOV A,R2MOV R6,AMOV R3,08HCLR OKAJMP COUNT 程序及分析單片機控制8路搶答器程序OK EQU 20H。搶答開始標志位RING EQU 22H。響鈴標志位ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INT0SUBORG 000BHAJMP T0INTORG 0013HAJMP INT1SUBOR