【正文】 存信號ALE 在每個(gè)機(jī)器周期中兩次有效一次在 S1P2 與 S2P1 期間另一次在 S4P2 與 S5P1期間 對于單周期指令當(dāng)操作碼被送入指令寄存器時(shí)便從 S1P2 開始執(zhí)行指令如果是雙字節(jié)單機(jī)器周期指令則在同一機(jī)器周期的 S4 期間讀入第二個(gè)字節(jié)若是單字節(jié)單機(jī)器周期指令則在 S4 期間仍進(jìn)行讀但所讀的這個(gè)字節(jié)操作碼被忽略程序計(jì)數(shù)器也不加 1在 S6P2結(jié)束時(shí)完成指令操作圖 17的 a 和 b 給出了單字節(jié)單機(jī)器周期和雙字節(jié)單機(jī)器周期指令的時(shí)序 16 復(fù)位電路的選擇與設(shè)計(jì) 當(dāng) 8051 單片機(jī)的復(fù)位引腳 RST 全稱 RESET 出現(xiàn) 2 個(gè) 機(jī)器周期以上的高電平時(shí)單片機(jī)就完成了復(fù)位操作如果 RST 持續(xù)為高電平單片機(jī)就處于循環(huán)復(fù)位狀態(tài)而無法執(zhí)行程序因此要求單片機(jī)復(fù)位后能脫離復(fù)位狀態(tài)而本系統(tǒng)選用的是12MHz的晶振因此一個(gè)機(jī)器周期為 1μ s那么復(fù)位脈沖寬度最小應(yīng)為 2μ s在實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中考慮到電源的穩(wěn)定時(shí)間參數(shù)漂移晶振穩(wěn)定時(shí)間以及復(fù)位的可靠性等因素必須有足夠的余量 根據(jù)應(yīng)用的要求復(fù)位操作通常有兩種基本形式上電復(fù)位手動(dòng)復(fù)位 上電復(fù)位要求接通電源后自動(dòng)實(shí)現(xiàn)復(fù)位操作 80C51 單片機(jī)的上電復(fù)位PORPower On Reset 實(shí)質(zhì)上就是上電延時(shí)復(fù)位也就是在上電延 時(shí)期間把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上在單片機(jī)每次初始加電時(shí)首先投入工作的功能部件是復(fù)位電路復(fù)位電路把單片機(jī)鎖定在復(fù)位狀態(tài)上并且維持一個(gè)延時(shí)記作 TRST 以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間在電源電壓穩(wěn)定之后再插入一個(gè)延時(shí)給予時(shí)鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個(gè)等待時(shí)間在單片機(jī)開始進(jìn)入運(yùn)行狀態(tài)之前還要至少推遲 2個(gè)機(jī)器周期的延時(shí)上述一系列的延時(shí)都是利用在單片機(jī) RST引腳上外接一個(gè) RC 支路的充電時(shí)間而形成的典型復(fù)位電路如圖 a 所示其中的阻容值是原始手冊中提供的 圖 上電復(fù)位延時(shí)電路標(biāo)準(zhǔn) 80C51 不僅復(fù)位源比較單一而且還沒有 設(shè)計(jì)內(nèi)部上電復(fù)位的延時(shí)功能因此必須借助于外接阻容支路來增加延時(shí)環(huán)節(jié)如圖 a 所示其實(shí)外接電阻 R 還是可以省略的理由是一些 CMOS 單片機(jī)芯片內(nèi)部存在一個(gè)現(xiàn)成的下拉電阻 Rrst例如 80C51系列的 Rrst阻值約為 50～ 200 kΩ P89V51Rx2系列的 Rrst阻值約為 40～ 225 kΩ如圖所示因此在圖 a 基礎(chǔ)上上電復(fù)位延時(shí)電路還可以精簡為圖 b 所示的簡化電路其中電容 C 的容量也相應(yīng)減小了 圖 復(fù)位引腳 RST 內(nèi)部電路 在每次單片機(jī)斷電之后須使延時(shí)電容 C 上的電荷立刻放掉以便為隨后可能在很短的時(shí)間內(nèi)再次加電作好準(zhǔn) 備否則在斷電后 C 還沒有充分放電的情況下如果很快又加電那么 RC 支路就失去了它應(yīng)有的延遲功能因此在圖 a 的基礎(chǔ)上添加一個(gè)放電二極管 D 上電復(fù)位延時(shí)電路就變成了如圖 c 所示的改進(jìn)電路也就是說只有 RC 支路的充電過程對電路是有用的放電過程不僅無用而且會(huì)帶來潛在的危害于是附加一個(gè)放電二極管 D來大力縮短放電持續(xù)時(shí)間以便消除隱患二極管 D只有在單片機(jī)斷電的瞬間即 VCC 趨近于 0 V 可以看作 VCC 對地短路正向?qū)ㄆ綍r(shí)一直處于反偏截止?fàn)顟B(tài)單片機(jī)要完成復(fù)位μ FR 1K 本設(shè)計(jì)采用的電容值為 22μ F的電容和電阻為 1K 的電阻 圖 110 單片機(jī)復(fù)位電路 17 系統(tǒng)總電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總電路由以上設(shè)計(jì)的顯示電路時(shí)鐘電路按鍵電路和復(fù)位電路組成只要將單片機(jī)與以上各部分電路合理的連接就組成了系統(tǒng)總電路系統(tǒng)總電路圖附錄B 所示 8051 單片機(jī)為主電路的核心部分各個(gè)電路均和單片機(jī)相連接由單片機(jī)統(tǒng)籌和協(xié)調(diào)各個(gè)電路的運(yùn)行工作 8051 單片機(jī)提供了 XTAL1 和 XTAL2 兩個(gè)專用引腳接晶振電路因此只要將晶振電路接到兩個(gè)專用引腳即可為單片機(jī)提供時(shí)鐘脈沖但在焊接晶振電路時(shí)要盡量使晶振電路靠近單片機(jī)這樣可以為單片機(jī)提供穩(wěn)定的始終脈沖 復(fù)位電路同晶振電路單片機(jī)設(shè) 有一個(gè)專用的硬件復(fù)位接口并設(shè)置為高電平有效 按鍵電路與單片機(jī)的端口連接可以由用戶自己設(shè)定本設(shè)計(jì)中軟件復(fù)位鍵和查看鍵分別接單片 均設(shè)為低電平有效而另外的開始鍵和暫停鍵兩鍵使用了外部中斷所以需要連接到單片機(jī)的特殊 這兩個(gè) IO 口的第二功能分別為單片機(jī)的外部中斷 1 端口和外部中斷 0 端口同樣設(shè)置為位低電平有效 顯示電路由五位數(shù)碼管組成采用動(dòng)態(tài)顯示方式因此有 8位段控制端和 5位位控制端八位段控制接 P0 口 P00P07 分別控制數(shù)碼顯示管的 abcdefgdp 顯示 8051的 P0口沒有集成上拉電阻高電平的驅(qū)動(dòng)能力很弱所以需要 接上拉電阻來提高 P0的高電平驅(qū)動(dòng)能力五位位控制則由低位到高位分別接到 P20P24 口 NPN 三極管9013做為位控制端的開關(guān)當(dāng) P20P24端口任意一個(gè)端口為高電平時(shí)與其相對應(yīng)的三極管就導(dǎo)通對應(yīng)的數(shù)碼管導(dǎo)通顯示 通過以上設(shè)計(jì)已經(jīng)將各部分電路與單片機(jī)有機(jī)的結(jié)合到一起硬件部分的設(shè)計(jì)以大功告成剩下的部分就是對單片機(jī)的編程使單片機(jī)按程序運(yùn)行實(shí)現(xiàn)數(shù)字電子秒表的全部功能 2 軟件設(shè)計(jì) 21 程序設(shè)計(jì)思想 本設(shè)計(jì)采用了匯編語言編寫匯編語言由于采用了助記符號來編寫程序比用機(jī)器語言的二進(jìn)制代碼編程要方便些在一定程度上簡化了編 程過程匯編語言的特點(diǎn)是用符號代替了機(jī)器指令代碼而且助記符與指令代碼一一對應(yīng)基本保留了機(jī)器語言的靈活性使用匯編語言能面向機(jī)器并較好地發(fā)揮機(jī)器的特性得到質(zhì)量較高的程序 匯編語言的特點(diǎn) 1 面向機(jī)器的低級語言通常是為特定的計(jì)算機(jī)或系列計(jì)算機(jī)專門設(shè)計(jì)的 2 保持了機(jī)器語言的優(yōu)點(diǎn)具有直接和簡捷的特點(diǎn) 3 可有效地訪問控制計(jì)算機(jī)的各種硬件設(shè)備如磁盤存儲(chǔ)器 CPUIO 端口等 4 目標(biāo)代碼簡短占用內(nèi)存少執(zhí)行速度快是高效的程序設(shè)計(jì)語言 5 經(jīng)常與高級語言配合使用應(yīng)用十分廣泛 在程序設(shè)計(jì)過程中為了有效地完成任務(wù)把所要完 成的任務(wù)精心的分割成若干個(gè)相互獨(dú)立但相互又仍可有聯(lián)系的任務(wù)模塊這些任務(wù)模塊使得任務(wù)變得相對單純對外的數(shù)據(jù)交換相對簡單容易編寫容易檢測容易閱讀和維護(hù)這種程序設(shè)計(jì)思想稱為模塊化程序設(shè)計(jì)思想模塊化結(jié)構(gòu)程序的設(shè)計(jì)可以使系統(tǒng)軟件便于調(diào)試與優(yōu)化也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)程序的主要模塊有主程序顯示程序定時(shí)溢出中斷服務(wù)程序外部中斷服務(wù)程序 22 系統(tǒng)資源的分配 本設(shè)計(jì)系統(tǒng)所用到的單片機(jī)端口數(shù)比較多所以在這里將對數(shù)字電子秒表的硬件資源的大概分配加以說明片內(nèi) RAM 的分配各功能鍵的定義以及各端口的分配安排如表 21 所示 表 21 端口的分配安排表 名稱 功能描述 初始化值 79H7DH 1ms10s 位顯示寄存區(qū) 00H 69H6DH 1ms10s 位中間寄存區(qū) 00H 59H5DH 1ms10s 位最終寄存區(qū) 00H R1 R5 1ms10s 位溢出計(jì)數(shù)區(qū) 定時(shí)器 T0 控制秒表的最小精度 E018H 外部中斷 INT0 停止中斷信號入口 外部中斷 INT1 開始中斷信號入口 23 主程序設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序定時(shí)中斷服務(wù)程序外部中斷 0 服務(wù)程序和外部中斷 1 服務(wù)程序組成其中主程序是整個(gè)程序的主體可以對各個(gè)中斷程序進(jìn)行調(diào)用協(xié)調(diào)各個(gè)子程序之間的聯(lián)系 系統(tǒng)上電復(fù)位后進(jìn)入主程序主程序流程圖如圖 21 首先對系統(tǒng)進(jìn)行初始化包括設(shè)置各入口地址中斷的開啟對各個(gè)數(shù)據(jù)緩存區(qū)清 0 賦定時(shí)器初值初始化完畢后就進(jìn)入數(shù)碼管顯示程序數(shù)碼管顯示程序?qū)︼@示緩存區(qū)內(nèi)的數(shù)值進(jìn)行調(diào)用并在數(shù)碼管上進(jìn)行動(dòng)態(tài)顯示顯示一次 次掃描查詢復(fù)位鍵 P11是否按下當(dāng)復(fù)位鍵按下后程序返回開始重新對系統(tǒng)進(jìn)行初始化當(dāng)沒有按下復(fù)位鍵時(shí)程序則掃描 P25是否 按下當(dāng) P25 沒有按下則返回顯示程不斷地調(diào)用顯示緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示使用戶能清楚的看到當(dāng)前電子秒表所記錄的時(shí)間當(dāng)查詢到 P25 按下后則跳轉(zhuǎn)到另外一段顯示程序并調(diào)用最紅緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示此時(shí)顯示的時(shí)間即為上一次計(jì)時(shí)的時(shí)間與此同時(shí)在 P25按下后單片機(jī)執(zhí)行顯示程序的同時(shí)也在對 P25進(jìn)行掃描當(dāng) P25 斷開后立即跳轉(zhuǎn)回之前的顯示程序顯示當(dāng)前的計(jì)時(shí)時(shí)間 在主程序中還進(jìn)行了賦寄存區(qū)的初始值設(shè)置定時(shí)器初值以及開啟外部中斷等操作當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后就轉(zhuǎn)去執(zhí)行定時(shí)中斷程序當(dāng)外部中斷有請求則去執(zhí)行外部中斷服務(wù)程序并在執(zhí)行完后返回主程序 圖 21 主程序流程圖 24 中斷程序設(shè)計(jì) 現(xiàn)在方案中采用了三個(gè)中斷外部中斷 INT0INT1 和定時(shí)中斷 T0CPU 在響應(yīng)中斷時(shí)先處理高級中斷在處理低級中斷若有多個(gè)同級中斷時(shí)則按自然優(yōu)先順序處理例如當(dāng) CPU 正在處理一個(gè)中斷申請時(shí)有出現(xiàn)了另一個(gè)優(yōu)先級比它高的中斷請求這是 CPU 就暫停終止對當(dāng)前優(yōu)先級較低的中斷源的服務(wù)轉(zhuǎn)去響應(yīng)優(yōu)先級比它高的中斷請求并為其服務(wù)待服務(wù)結(jié)束再繼續(xù)執(zhí)行原來較低級的中斷服務(wù)程序而當(dāng) CPU為級別高的終端服務(wù)程序服務(wù)時(shí)如果級別低的中斷發(fā)出中斷請求此時(shí) CPU是不會(huì)響應(yīng)的所以為了避免開始和暫停兩個(gè)按鍵中 的一個(gè)出現(xiàn)沒有響應(yīng)的情況在進(jìn)行程序編輯時(shí)要注意對中斷的使用避免出現(xiàn)中斷的嵌套合理分配中斷對本設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)是至關(guān)重要的 另外由于數(shù)字式電子秒表的最小精度位 1ms 屬于高精度電子秒表定時(shí)器 T0的定時(shí)周期也為 1ms為了使電子秒表暫停鍵按下后 CPU能馬上去響應(yīng)中斷程序必須將暫停的外部中斷級別高于定時(shí)計(jì)數(shù)器的中斷級別避免出現(xiàn) CPU 執(zhí)行完定時(shí)溢出中斷程序后再響應(yīng)外部中斷程序影響計(jì)時(shí)精度 8051 的自然優(yōu)先級順序排列如下 中斷源 最高 外部中斷 0 定時(shí) 計(jì)數(shù)器 0 溢出中斷 外部中斷 1 定時(shí)計(jì)數(shù)器 1 溢出中斷 串行口中斷 最低 數(shù)字式秒表中的兩個(gè)按鍵采用了中斷實(shí)現(xiàn)功能開始采用外