【正文】 及仿真調(diào)試應(yīng)分段或以子程序?yàn)閱挝灰粋€(gè)一個(gè)進(jìn)行，最后可結(jié)合硬件實(shí)時(shí)調(diào)試。 （ 2） 管座、元件焊接完畢，還要仔細(xì)檢查元件面各元件之間裸露部分有無(wú)相互接觸現(xiàn)象，焊接面的各捍點(diǎn)間、焊點(diǎn)與近鄰線有無(wú)連接，對(duì)布線密或未加陰處理的應(yīng)注意檢查，這此可能造成短路的原因。當(dāng)按下 口的按鍵時(shí)，可實(shí)現(xiàn)清、計(jì)時(shí)啟動(dòng)、暫停功能 。當(dāng)再按下按鈕時(shí)，若按下時(shí)間短于 ，則時(shí)間加 1 分；若按下時(shí)間長(zhǎng)于 ，則進(jìn)入［?。輹r(shí)調(diào)整狀態(tài)。在計(jì)數(shù)單元中采用十進(jìn)制 BCD 碼計(jì)數(shù)，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) 12 滿 60（秒）表功能時(shí)有 100）進(jìn)位， T0 中斷服務(wù)程序執(zhí)行流程見(jiàn)圖 11 圖 11 T1 中斷服務(wù)程序 T1 中斷服務(wù)程序用于指示調(diào)整單元數(shù)字的亮閃。 定時(shí)器 T0 中斷服務(wù)程序 ： 定時(shí)器 T0 用于時(shí)間計(jì)時(shí)。其 70H～ 71H存放秒數(shù)據(jù)， 72H～ 73H 存放分?jǐn)?shù)據(jù)， 74H～ 75H 存時(shí)數(shù)據(jù)，每一地真址單元內(nèi)均為十進(jìn)制 BCD 碼。 在進(jìn)行應(yīng)用系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)時(shí) ,軟件設(shè)計(jì)和硬件設(shè)計(jì)應(yīng)統(tǒng)一考慮 ,相結(jié)合進(jìn)行。 圖 8 第三章 系統(tǒng)軟件電路設(shè)計(jì) 3． 1 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)概述 在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)軟件功能要求，將系統(tǒng)軟件分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的部分，并根據(jù)它們的聯(lián)系和時(shí)間上的關(guān)系，設(shè)計(jì)出合理的軟件總體結(jié)構(gòu)。 LED 顯 示器的顯示內(nèi)容通過(guò)段碼 I/O 口和位選I/O 口的相互配合控制，以動(dòng)態(tài)掃描顯示的工作方式輸出待顯示的內(nèi)容。 其管 腳 圖 如圖 7 所 指示 ， 參 數(shù)表 如 表174LS244 是三態(tài)輸出的八緩沖器，由 2 組、每組四路輸入、輸出基于單片機(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) 8 構(gòu)成。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件， XTAL2 應(yīng)不接。 2 . 2 . 2 振蕩器 電路 單片機(jī)振蕩器電路如圖所指示。 此外， AT89C51 設(shè)有穩(wěn)態(tài)邏輯，可以在低到零頻率的條件下靜態(tài)邏輯，支持兩種軟件可選的掉電模式。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時(shí)鐘工作電路的輸入。但在訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的 /PSEN 信號(hào)將不出現(xiàn)。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持 RST 腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。當(dāng) P3 口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。 P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或 16 位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)， P2 口輸出地址的高八位。在 FLASH 編程和校驗(yàn)時(shí)， P1 口作為第八位地址接收。 P0 能夠 用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的第八位。片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路 圖 4 89C2051 引腳排列圖和主要參數(shù) 2．管腳說(shuō)明 ： VCC：供電電壓。兩個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 全靜態(tài)工作： 0Hz24Hz AT89C 單片機(jī)為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 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) 4 圖 4 硬件電路原理圖 2 . 2 . 1 單片機(jī) AT89C51 及其特點(diǎn) 本系統(tǒng)以單片機(jī) AT89C51 為控制核心， AT89C51 是一種帶 4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器（ FPEROM— Falsh Programmable and Erasable Read Only Memory）的低電壓，高性能 CMOS8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。解決辦法是增加驅(qū)動(dòng)能力，或減少 IC 功耗，降低總線負(fù)載。但必須注意，由軟件執(zhí)行硬件的功能，其響應(yīng)時(shí)間比直接使用硬件要長(zhǎng)，且占用 CPU 時(shí)間。 單片機(jī)控制的多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng) 總體開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的流程圖 如圖 2 所示。 4） 單片機(jī)外接電路較多時(shí)，必須考慮其驅(qū)動(dòng)能力。但必須注意如用軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)的硬件功能，其響 應(yīng)時(shí)間要比直接用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)花的時(shí)間長(zhǎng)，而且占用 CPU 時(shí)間。因此，我們要研制一個(gè)較完整的單片機(jī)產(chǎn)品時(shí)，必須完成以下幾步工作： 硬件電路設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試 應(yīng)用軟件的編制、調(diào)試 應(yīng)用軟件的鏈接調(diào)試、固化、脫機(jī)運(yùn)行（即脫離開(kāi)發(fā)裝置）。單片機(jī)采用易購(gòu)的 AT89C51系列，這 樣單 片機(jī)可 具有足 夠的 空余硬 件資源 實(shí)現(xiàn) 其它的 擴(kuò)充功能，如考慮到要使用電池供電的話，則可采用 LV 系列單片機(jī)。使用按鍵開(kāi)關(guān) 或遙控開(kāi)關(guān) 可實(shí)現(xiàn)時(shí)分調(diào)整、秒表／時(shí)鐘功能轉(zhuǎn)換、省電 (關(guān)閉顯示 )等功能。 1 . 2 方案論證 為了實(shí)現(xiàn) LED 顯示器的數(shù)字顯示，可以采用靜態(tài)顯示法和動(dòng)態(tài)顯示法。硬件系統(tǒng)的總體構(gòu)成框架如圖 1 所示。 本單片機(jī)控制系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程包括總體設(shè)計(jì)、硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)等幾個(gè)階段，但各階段不是絕對(duì)分開(kāi)的，有時(shí)是交叉進(jìn)行的。因此，選擇軟件方案時(shí)，要考慮到這此因素。驅(qū)動(dòng)能力不足時(shí)，系統(tǒng)工作不可靠，解決的辦法是增加驅(qū)動(dòng)能力，增設(shè)線驅(qū)動(dòng)器或者減少芯片功耗，降低總線負(fù)載。 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) 3 圖 2 單片機(jī)控制的多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng) 總體開(kāi)發(fā)與設(shè)計(jì)的流程圖 第二章 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì) 2 . 1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的問(wèn)題 本 單 片機(jī) 控 制的 多功 能計(jì) 時(shí) 器系 統(tǒng) 在 硬 件系 統(tǒng)設(shè) 計(jì)上 主 要考 慮 下列幾點(diǎn)： (1) 盡可能選擇典型電路 (2) 系統(tǒng)的擴(kuò)充與外圍裝置，應(yīng)充分滿足應(yīng)用系統(tǒng)的要求，并留一些擴(kuò)充槽，以便進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。 (4) 整個(gè)系統(tǒng)器件盡可能做到性能匹配。 2 . 2 電路各部分硬件電路介紹 1） 單片機(jī)控制的多功能計(jì)時(shí)器系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 總體框圖如圖 3 所示。單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100 次。 1．主要特性： 三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 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) 5 5 個(gè)中斷源 GND：接地。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。 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。在給出地址“ 1”時(shí)，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢(shì)，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。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。 ALE/PROG：當(dāng)訪問(wèn)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)。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(guò)一個(gè) ALE脈沖。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無(wú)效。 /EA/VPP：當(dāng) /EA 保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。 XTAL2：來(lái)自反向振蕩器的輸出。在閑置模 式下， CPU 停止工作。 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) 7 XTAL1 和 XTAL2 分別為反向放大器的輸入和輸出。有余輸入至內(nèi)部時(shí)鐘信號(hào)要通過(guò)一個(gè)二分頻觸發(fā)器，因此對(duì)外部時(shí)鐘信號(hào)的脈寬無(wú)任何要求，但必須保證脈沖的高低電平要求的寬度。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(kāi) 。 我 們通過(guò) 軟件程 序 系統(tǒng) ，發(fā) 出控制 信號(hào)，用 P2。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(jiǎn)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(shuō)明。當(dāng)系統(tǒng)的電路設(shè)計(jì)定型后，軟件的任務(wù)也就明確了。由于采用軟件動(dòng)態(tài)掃描實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示功能，顯示用十進(jìn)制 BCD 碼數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)段碼存放在 ROM 表中 。定時(shí)溢 ,出中斷周期可分設(shè)為 50ms和 10ms。在時(shí)間 調(diào)整狀態(tài)下， 每過(guò) s，將對(duì)應(yīng) 單元的 顯示 數(shù)據(jù)換 成“ 熄滅符 ”數(shù)據(jù)（ 0AH）。在［?。輹r(shí)調(diào)整狀態(tài)下，當(dāng)按鍵按下的時(shí)間長(zhǎng)于 時(shí)，退出調(diào)整狀態(tài)，時(shí)鐘繼續(xù)走動(dòng)。 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) 13 第 四 章 系統(tǒng)調(diào)試與 調(diào)試及 抗干擾設(shè)計(jì) 4 .1 硬件調(diào)試 硬件調(diào)試時(shí)，可先檢查印制及焊接的質(zhì)量情況，在檢查無(wú)誤后，可通電檢查ＬＥＤ顯示器的點(diǎn)亮狀況，若亮度不理想，可以調(diào)整Ｐ０口的電阻大小，一般情況下，?。玻埃?Ω 電阻即可獲得滿意的亮度效果。 （ 3） 在完成檢查后，先空載上電（未插芯片），檢查線路各管腳級(jí)插件的電位是否正常，特別是單片機(jī)管腳注上的各點(diǎn)電位（若有高壓，聯(lián)機(jī)調(diào)試時(shí)會(huì)通過(guò)仿真線進(jìn)入仿真系統(tǒng)，損壞有關(guān)器件）。 系統(tǒng)調(diào)試包括硬件調(diào)試和軟件調(diào)試。利用開(kāi)發(fā)工 具的單步和斷點(diǎn)運(yùn)行方式，通過(guò)檢查應(yīng)用系統(tǒng)的 CPU 現(xiàn)場(chǎng)、 RAM 和 SFR 的內(nèi)容以及 I/O 口的狀態(tài)，來(lái)檢查程序的執(zhí)行結(jié)果和系統(tǒng) I/O 設(shè)備的狀態(tài)變化是否正常，從中發(fā)現(xiàn)程序的邏輯錯(cuò)誤，轉(zhuǎn)移地址錯(cuò)誤以及隨機(jī)的錄入錯(cuò)誤等。 4 ． 3 系統(tǒng)抗干擾設(shè)計(jì) 在提高硬件系統(tǒng)抗干擾能力的 同時(shí)，軟件抗干擾以其設(shè)計(jì)靈活、節(jié)省硬件資源、可靠性好越來(lái)越受到重視。 指令冗余 CPU 取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。通常是在雙字節(jié)指令和三字節(jié)指令后插入兩個(gè)字節(jié)以上的 NOP。通常用軟件陷阱來(lái)攔截亂飛的程序。軟件陷阱是指用來(lái)將捕獲的亂飛程序引向復(fù)位入口地址 0000H 的指令。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。 考慮到程序存貯器的容量，軟件陷阱一般 1K 空間有 23 個(gè)就可以進(jìn)行有效攔截。 在工業(yè)應(yīng)用中，嚴(yán)重的干擾有時(shí)會(huì)破壞中斷方式控制字，關(guān)閉中斷。用定時(shí)器 T0 監(jiān)視定時(shí)器 T1，用定時(shí)器 T1 監(jiān)視主程序，主程序監(jiān)視定時(shí) 器 T0。在 T0 中斷服務(wù)程序中通過(guò)檢測(cè) 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(cè) 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(guò)檢測(cè) T0Watch 的變化情況判別 T0 是否正常工作。 非正常復(fù)位的識(shí)別 程序的執(zhí)行總是從 0000H 開(kāi)始，導(dǎo)致程序從 0000H 開(kāi)始執(zhí)行有四種可能：一、系統(tǒng)開(kāi)機(jī)上電復(fù)位；二、軟件故障復(fù)位；三、看門狗超時(shí)未喂狗硬件復(fù)位； 四、任務(wù)正在執(zhí)行中掉電后來(lái)電復(fù)位。故對(duì)于微機(jī)測(cè)控系統(tǒng) ，當(dāng)程序正常運(yùn)行時(shí)，將 SP 設(shè)置地址大于 07H，或者將 PSW 的第 5 位用戶標(biāo)志位在系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)設(shè)為 1。設(shè) 40H 用來(lái)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。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(cè) 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(cè)單元掉電可保護(hù)，則開(kāi)機(jī)時(shí)通過(guò)檢測(cè)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(guò)一監(jiān)測(cè)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(guò)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(cè)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(cè)控任務(wù)或正在執(zhí)某時(shí)間段，則將監(jiān)測(cè)單元置為非正常關(guān)機(jī)值。 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(cè)控系統(tǒng)，數(shù)據(jù)的恢復(fù)需考慮恢復(fù)的次序問(wèn)題，筆者實(shí)際應(yīng)用的數(shù)據(jù)恢復(fù)過(guò)程流程圖如圖 13 所示。 3 結(jié)束語(yǔ) 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１６７Ｈ z，實(shí)際使用觀察時(shí)完全沒(méi)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) 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) 22 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 TH