【正文】 件的任務(wù)也就明確了。通常在編制程序前先根據(jù)系統(tǒng)輸入和輸出變量建立起正確的數(shù)學(xué)模型，然后畫出程序流程框圖，要求流程框圖結(jié)構(gòu)清晰、簡捷、合理，畫流程框圖時(shí)還要對(duì)系統(tǒng)資源作具體的分配和說明。我們通過軟件程序系統(tǒng)，發(fā)出控制信號(hào)，用P2。每組有一個(gè)控制端，由控制端的高或低電平?jīng)Q定該組數(shù)據(jù)被接通還是斷開。如圖（５）所示：　　　　　　　　　圖（５）振蕩電路2 . 2 . 3復(fù)位電路：MCS51單片機(jī)的復(fù)位條件是在RST端出現(xiàn)正脈沖，并能保持10ms以上的高電平，其復(fù)位電路一般采用上電復(fù)位和開關(guān)復(fù)位兩種形式，本系統(tǒng)復(fù)位如圖６所示： 圖６系統(tǒng)復(fù)位電路2 . 2 . 4驅(qū)動(dòng)與顯示電路本系統(tǒng)為了加大驅(qū)動(dòng)顯示能力采用74LS244作為驅(qū)動(dòng)器，74LS244是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來完成。3．芯片擦除：注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無效。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。在給出地址“1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當(dāng)對(duì)外部八位地址數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫時(shí)，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且作為輸入。 在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。GND：接地。5個(gè)中斷源 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定1．主要特性：單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。圖3 單片機(jī)控制的多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體框圖2）控制核心采用目前較為流行的、且價(jià)格低廉的89C51為控制核心，主要包括：單片機(jī)電路、加1電路、減1電路、復(fù)位電路、振蕩電路、數(shù)字驅(qū)動(dòng)與顯示電路，下面我們一一進(jìn)行闡明。(5) 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)極其重要的部分，包括器件選擇、電路板布線、通道隔離等。(3) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件一并考慮。本電路的硬件設(shè)計(jì)包括：加1電路、減1電路、復(fù)位電路、振蕩電路與驅(qū)動(dòng)電路、顯示電路等。2） 整個(gè)系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。本系統(tǒng)在設(shè)計(jì)上特點(diǎn)有如下所示1） 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。 圖1 單片機(jī)控制的多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)總體框圖 1 . 3系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)本單片機(jī)控制的多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng)，采用單片機(jī)作為控制核心，具有控制靈活，簡單可靠，造價(jià)便宜等諸多優(yōu)點(diǎn)。由于靜態(tài)顯示法需要數(shù)據(jù)鎖存器等硬件，接口復(fù)雜一些。基于單片機(jī)控制的多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)第一章 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)1 . 1功能要求本系統(tǒng)要求能能完成電子時(shí)鐘顯示，調(diào)整，節(jié)能運(yùn)行，電子秒表記數(shù)等多種功能，由按鍵電路或遙控電路完成功能的設(shè)置，秒表／時(shí)鐘計(jì)時(shí)器要求用六位LED數(shù)碼管顯示時(shí)、分、秒，以24h（小時(shí)）計(jì)時(shí)方式?？紤]時(shí)鐘顯示只有六位，且系統(tǒng)沒有其它復(fù)雜的處理任務(wù)，所以決定采用動(dòng)態(tài)掃描法實(shí)現(xiàn)LED的顯示。單片機(jī)雖然是一個(gè)五臟俱全的計(jì)算機(jī)，但由于本身無開發(fā)能力，必須借肋開發(fā)工具來開發(fā)應(yīng)用軟件以及對(duì)硬件系統(tǒng)進(jìn)行診斷。因?yàn)橛布Y(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計(jì)方案會(huì)產(chǎn)生相互影響，我們考慮的原則是：軟件能實(shí)現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實(shí)現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。3） 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)不可缺少的一部分，它包括芯片、器件選擇、去耦濾波、印刷電路板布線、通道隔離等。在完成各個(gè)單元電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試后，我們與軟件系統(tǒng)進(jìn)行了聯(lián)調(diào)，且達(dá)到了一個(gè)較為理想的結(jié)果。軟件有執(zhí)行的功能盡可能由軟件來執(zhí)行，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。(6) 單片機(jī)微處理器外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力，驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠。硬件電路原理圖如圖4所示。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS51指令集和輸出管腳相兼容。與MCS51 兼容 128*8位內(nèi)部RAM可編程串行通道P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。P2口在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)接收高八位地址信號(hào)和控制信號(hào)。P3口也可作為AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：口管腳 備選功能 RXD（串行輸入口） TXD（串行輸出口） /INT0（外部中斷0） /INT1（外部中斷1） T0（記時(shí)器0外部輸入） T1（記時(shí)器1外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通）P3口同時(shí)為閃爍編程和編程校驗(yàn)接收一些控制信號(hào)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。在由外部程序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫“1”且在任何非空存儲(chǔ)字節(jié)被重復(fù)編程以前，該操作必須被執(zhí)行。在掉電模式下，保存RAM的內(nèi)容并且凍結(jié)振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個(gè)硬件復(fù)位為止。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。圖 7 74LS244管腳排列圖本系統(tǒng)數(shù)碼管顯示電路如圖 所示，采用6個(gè)數(shù)碼管，數(shù)碼管管腳排列圖如圖所指示，在電子鐘里能分別顯示小時(shí)，分和秒，在電子秒表中，分別顯示，分，表和毫秒， 數(shù)碼管管腳排列圖在本系統(tǒng)中，由于用到的LED顯示器的位數(shù)較多時(shí)，為減少I/O口數(shù)目，簡化電路，降低成本，我們?cè)贚ED顯示器采用動(dòng)態(tài)顯示方式，如圖8所示。0P2。編制程序時(shí)一般采用自頂向下的程序設(shè)計(jì)技術(shù)，先設(shè)計(jì)監(jiān)控程序再設(shè)計(jì)各應(yīng)用程序模塊。下圖為多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖及系統(tǒng)框圖9：開始系統(tǒng)定義軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)建立數(shù)學(xué)模型繪制程序流程圖編寫程序匯編在線仿真調(diào)試程序是否有錯(cuò)修改程序固化程序結(jié)束圖9 多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng)設(shè)計(jì)流程圖3．2）系統(tǒng)軟件程序介紹主程序本設(shè)計(jì)中計(jì)時(shí)采有定時(shí)器To中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序，當(dāng)端口開按下時(shí)，轉(zhuǎn)入相應(yīng)功能程序。顯示時(shí)，先取出70H～75H某一地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對(duì)應(yīng)的顯示用段碼，并從P0口輸出，P2口將對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管選中供電，就能顯示該地址單元的數(shù)據(jù)值。中斷進(jìn)入后，先判斷是時(shí)鐘計(jì)時(shí)還是秒表計(jì)時(shí)，時(shí)鐘計(jì)時(shí)累計(jì)中斷20次(即1s)時(shí)，對(duì)秒計(jì)數(shù)單元進(jìn)行加1操作,秒表計(jì)時(shí)每10ms ~71H(秒)、76H~77H(分)和78H~79H(時(shí)),~71H() 、76H~77H(秒)和78H~79H(分),。這樣在調(diào)整時(shí)間時(shí)，對(duì)應(yīng)調(diào)整單元的顯示數(shù)據(jù)會(huì)間隔閃亮。時(shí)鐘／秒表功能程序在正常計(jì)時(shí)狀態(tài)下，則進(jìn)行時(shí)鐘／秒表功能的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換后計(jì)時(shí)從零開始。我們對(duì)硬件電路進(jìn)行了調(diào)試，主要包括：（1） 在焊接前元器件要一一檢查是否完好，在焊接過程中逐一檢查電路是否接通。若有問題，掉電后再認(rèn)真檢查故障原因。軟件調(diào)試是利用開發(fā)工具進(jìn)行在線仿真調(diào)試，除發(fā)現(xiàn)和解決程序錯(cuò)誤外，也可以發(fā)現(xiàn)硬件故障。在調(diào)試過程中，要不斷調(diào)整、修改系統(tǒng)的硬件和軟件，直到其正確為止。 當(dāng)PC受干擾出現(xiàn)錯(cuò)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(shí)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(cuò)。 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。 攔截技術(shù) 因此先要合理設(shè)計(jì)陷阱，其次要將陷阱安排在適當(dāng)?shù)奈恢谩?通常在EPROM中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱： NOP 最后一條應(yīng)填入020000，當(dāng)亂飛程序 落到此區(qū)，即可自動(dòng)入軌。如果故障診斷程序與系統(tǒng)自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì)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。 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)”。 “看門狗”技術(shù)可由硬件實(shí)現(xiàn)，也可由軟件實(shí)現(xiàn)。 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。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(cuò)處理程序作排除故障處理。 2 單片機(jī)系統(tǒng)因干擾復(fù)位或掉電后復(fù)位均屬非正常復(fù)位，應(yīng)進(jìn)行故障診斷并能自動(dòng)恢復(fù)非正常復(fù)位前的狀態(tài)。 而軟件復(fù)位則對(duì)SP、SPW無影響。設(shè) 40H用來做上電標(biāo)志，上電標(biāo)志字為78H，若系統(tǒng)復(fù)位后40H單元內(nèi)容不等于78H，則認(rèn)為是硬件復(fù)位，否則認(rèn)為是軟件復(fù)位，轉(zhuǎn)向出錯(cuò)處理。 開機(jī)復(fù)位與看門狗故障復(fù)位的識(shí)別 當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，在定時(shí)喂狗的中斷服務(wù)程序中使該觀測單元保持正常值（設(shè)為 AAH），而在主程中將該單元清零，因觀測單元掉電可保護(hù)，則開機(jī)時(shí)通過檢測該單元是否為正常值可判斷是否看門狗復(fù)位。 因此可通過一監(jiān)測單元對(duì)當(dāng)前系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)、系統(tǒng)時(shí)間予以監(jiān)控，將控制過程分解為若干步或若干時(shí)間段，每執(zhí)行完一步或每運(yùn)行一個(gè)時(shí)間段則對(duì)監(jiān)測單元置為關(guān)機(jī)允許值，不同的任務(wù)或任務(wù)的不同階段有不同的值，若系統(tǒng)正在進(jìn)行測控任務(wù)或正在執(zhí)某時(shí)間段，則將監(jiān)測單元置為非正常關(guān)機(jī)值。 非正常復(fù)位后系統(tǒng)自恢復(fù)運(yùn)行的程序設(shè)計(jì) 當(dāng)在已判別出系統(tǒng)非正常復(fù)位的情況下，先要恢復(fù)一些必要的系統(tǒng)數(shù)據(jù)，如顯示模塊的初始化、片外擴(kuò)展芯片的初始化等。 其次，對(duì)多任務(wù)、多進(jìn)程測控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的恢復(fù)需考慮恢復(fù)的次序問題，筆者實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)恢復(fù)過程流程圖如圖13所示。 對(duì)于軟件抗干擾的一些其它常用方法如數(shù)字濾波、RAM數(shù)據(jù)保護(hù)與糾錯(cuò)等，限于篇幅，本文未作討論。4 .4性能分析按照設(shè)計(jì)程序分析，ＬＥＤ顯示器動(dòng)態(tài)掃描的頻率約為１６７Ｈz，實(shí)際使用觀察時(shí)完全沒有閃爍。1s計(jì)時(shí)程序T0中斷服務(wù)程序INTT0: PUSH ACC 累加器入棧保護(hù) PUSH PSW 狀態(tài)字入棧保護(hù) CLR ET0 關(guān)T0中斷允許 CLR TR0 關(guān)閉定器T0 JB 03H,FSS 標(biāo)志為1轉(zhuǎn)秒表處理程序（10ms定時(shí)） MOV A,0B7H 中斷響應(yīng)時(shí)間同步修正 ADD A,TL0 低8位初值修正 MOV TL0,A 重裝初值（低8位修正值） MOV A,3CH 高8位初值修正 ADDC A,TH0 MOV TH0,A 重裝初值（高8位修正值） SETB TR0 開啟定時(shí)器T0 DJNZ R4,OUTT0 20次中斷未到中斷退出ADDSS: MOV R4,14H 20次中斷到（1s）重賦初值 MOV R0,71H 指向秒計(jì)時(shí)單元（71H~79H） ACALL ADD1 調(diào)用加1程序（加1s操作） MOV A,R3 秒數(shù)據(jù)放入A（R3為2位十進(jìn)制數(shù)組合） CLR C 清進(jìn)位標(biāo)志 CJNE A,60H,ADDMMADD