【正文】 由于將多功能 8 位CPU 和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 AT89C51 是一種高效微控制器。 硬件電路原理圖如圖 4 所 示。 (6) 單片機微處理器外接電路較多時，必須考慮其驅(qū)動能力，驅(qū)動能力不足時，系統(tǒng)工作不可靠。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)。 在完成各個單元電路的設(shè)計 與調(diào)試后，我們與軟件系統(tǒng)進行了聯(lián)調(diào)，且達到了一個較為理想的結(jié)果。 3） 可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件系統(tǒng)設(shè)計不可缺少的一部分，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。因為硬件結(jié)構(gòu)與軟件設(shè)計方案會產(chǎn)生相互影響，我們考慮的原則是：軟件能實現(xiàn)的功能盡可能由軟件來實現(xiàn)，以簡化硬件結(jié)構(gòu)。單片機雖然是一個五臟俱全的計算機，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)用軟件以及對硬件系統(tǒng)進 行診斷?？紤]時鐘顯示只有六位，且系統(tǒng)沒有其它復(fù)雜的處理任務(wù)，所以決定采用動態(tài)掃 描法實現(xiàn) LED 的顯示?；趩纹瑱C控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 1 第一章 系統(tǒng)的總體設(shè)計 1 . 1 功能要求 本系統(tǒng)要求能 能完成電子時鐘顯示，調(diào)整，節(jié)能運行，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／時鐘計時器要求用六位 LED 數(shù)碼管顯示時、分、秒，以 24h（小時）計時方式。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。 圖 1 單片機控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計總體框圖 1 . 3 系統(tǒng)總 體 設(shè)計 本單片機控制的多功能計時器系統(tǒng) ，采用單片機作為控制核心，具有控制靈活，簡單可靠，造價便宜等諸多優(yōu)點。 基于單片機控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 2 本系統(tǒng)在設(shè)計上特點有如下所示 1） 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)結(jié)合應(yīng)用軟件方案一并考慮。 2） 整個系統(tǒng)中相關(guān)的器件要盡可能做到性能匹配。 本電路的硬件設(shè)計包括：加 1 電路、減 1 電路、復(fù)位電路、振蕩電路與驅(qū)動電路、顯示電路等。 (3) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件一并考慮。 (5) 可靠性及抗干擾設(shè)計是硬件設(shè)計極其重要的部分，包括器件選擇、電路板布線、通道隔離等。 圖 3 單片機控制的多功能計時器 系統(tǒng)的設(shè)計總體框圖 2） 控制核心采用目前較為流行的、且價格低廉的 89C51 為控制核心，主要包括：單片機電路、加 1 電路、減 1 電路、復(fù)位電路、振蕩電路、數(shù)字驅(qū)動與顯示電路 ，下面我們一一進行闡明。該器件采用 ATMEL 高密度非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的 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 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL門電流。 P1 口： P1 口是一個內(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， P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 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（記時器 0 外部輸入） 基于單片機控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 6 T1（記時器 1 外部輸入） /WR（外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通） /RD（外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通） P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。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。 /PSEN：外部程序存儲器的選通信號。注意加密方式 1時， /EA 將內(nèi)部鎖定為 RESET；當 /EA 端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲 器。 3．芯片擦除： 整個 PEROM 陣列和三個鎖定位的電擦除可通過正確的控制信號組合，并保持 ALE 管腳處于低電平 10ms 來完成。但 RAM，定時器，計數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。 如圖（５）所示： 圖（５）振蕩電路 2 . 2 . 3 復(fù)位電路 ： MCS51 單片機的復(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 與顯示電路 １ .緩沖器 74LS244 本系統(tǒng)為了加大驅(qū)動顯示能力采用 74LS244 作為驅(qū)動器， 74LS244是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動器。 圖 7 74LS244 管腳排列圖 ２ .２ .5 數(shù)碼管顯示電路 本系統(tǒng)數(shù)碼管顯示電路如圖 所示，采用 6 個數(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，分和秒，如，在電子秒表中，分別顯示，分，表和毫秒，如 . dpecdfgba. dpdee d c dp1 2 3 4 5bafg10 9 8 7 6bafg 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，為減少 I/O口數(shù)目，簡化電路，降低成本， 我們在 LED 顯示器采用動態(tài)顯示方式 ， 如圖 8 所示。 0P2。編制程序時一般采用自頂向下的程序設(shè)計技術(shù)，先設(shè)計監(jiān)控程序再設(shè)計各應(yīng)用程序模塊。下圖為 多功能計時器 系統(tǒng)設(shè)計流程圖及系統(tǒng)框圖 9： 基于單片機控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 10 圖 9 多功能計時器 系統(tǒng)設(shè)計流程圖 3． 2）系統(tǒng)軟件程序介紹 主程序 本設(shè)計中計時采有定時器 To 中斷完成，其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序，當端口開按下時，轉(zhuǎn)入相應(yīng)功能程序。顯示時，先取出 70H～ 75H 某一地址中的數(shù)據(jù)，然后查得對應(yīng)的顯示用段碼，并從 P0 口輸出， P2 口將對應(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。中斷進入后，先判斷是時鐘計時還是秒表計時，時鐘計時累計中斷 20 次 (即 1s)時，對秒計數(shù)單元進行加 1 操作 ,秒表計時每 10ms 進行加 1 操作 .時釧計數(shù)單元地址分別在 70H~71H(秒 )、76H~77H(分 )和 78H~79H(時 ),最大計時值為 23 時 59 分 59 秒 .而秒表 計 數(shù) 單 元 地 址 也 在 70H~71H( 毫秒 ) 、 76H~77H( 秒 )和78H~79H(分 ),最大工業(yè)計時值為 99 分 秒。這樣在調(diào)整時間時，對應(yīng)調(diào)整單元的顯示數(shù)據(jù)會間隔閃亮。 口按鍵在調(diào)時狀態(tài)下 可實現(xiàn)減１功能。實驗室制作時，可結(jié)合示波器測試晶振及Ｐ０、Ｐ２端口的波形情況，進行綜合 硬件測試分析。基于單片機控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 14 若一切下 沉將芯 片插入 各管座 ，再通 電檢查 各點電 壓 是否 達到要求，邏輯電平是否符合電路或器件的邏輯關(guān)系。硬件調(diào)試的任務(wù)是排除系統(tǒng)的硬件電路故障，包括設(shè)計性錯誤和工藝性故障。也可以發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計與工藝錯誤和軟件算法錯誤。下面以 MCS51 單片機系統(tǒng)為例，對微機系統(tǒng)軟件抗干擾方法進行研究。當 PC 受干擾出現(xiàn)錯誤，程序便脫離正常軌道“亂飛”，當亂飛到某雙字節(jié)指令，若取 指令時刻落在操作數(shù)上，誤將操作數(shù)當作操作碼，程序?qū)⒊鲥e。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作操作數(shù)執(zhí)行，程序自動納入正軌。因此先要合理設(shè)計陷阱，其次要將陷阱安排在適當?shù)奈恢?。通常?EPROM 中非程序區(qū)填入以下指令作為軟件陷阱： NOP NOP LJMP 0000H 其機器碼為 0000020xx0。當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。 軟件“看門 狗”技術(shù) 若失控的程序進入“死循環(huán)”，通常采用“看門狗”技術(shù)使程序脫離“死循環(huán)”。則系統(tǒng)無法定時“喂狗”，硬件看門狗電路失效。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)當加 1 而未加 1，則轉(zhuǎn)到出錯處理程序作排除故障處理。四種情況中除第一種情況外均屬非正常復(fù)位，需加以識別。那么系統(tǒng)復(fù)位時只需檢測 標志位或 SP值便可判此是否硬件復(fù)位。若用兩個單元作上電標志，則這種判別方法的可靠性更高。 正常開機復(fù)位與非正常開機復(fù)位的識別 識別測控 系統(tǒng)中 因意 外情況 如系 統(tǒng)掉電 等情 況引起 的開機復(fù)位與正常開機復(fù)位，對于過程控制系統(tǒng)尤為重要。那么系統(tǒng)復(fù)位后可據(jù)此單元判系統(tǒng)原來的運行狀基于單片機控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 18 態(tài)，并跳到出錯處理程序中恢復(fù)系統(tǒng)原運行狀態(tài)。其次再對測控系包括顯示界面等的恢復(fù)。統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運行參數(shù)等予以恢復(fù)， 圖 13 系統(tǒng)自恢復(fù)程序流程圖 圖中恢復(fù)系統(tǒng)基本數(shù)據(jù)是指取出備份的數(shù)據(jù)覆蓋當前的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。在工程實踐中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補充完善，才能取得較好的抗干擾效果。由于計 時中斷程序中加了中斷延時誤差處理，所以實際計時的走時精度非常高，可滿足多種場合的應(yīng)用需要；另外上電時的班級、學(xué)號、制作日期滾動顯示可以方便學(xué)生設(shè)計作業(yè)的辯認區(qū)別。閃動調(diào)時程序 T1 中斷服務(wù)程序，用作時間調(diào)整時調(diào)整單元閃爍指示 INTT1: PUSH ACC 中斷現(xiàn)場保護 PUSH PSW MOV TL1, 0B0H 裝定時器 T1 定時初值 MOV TH1, 3CH DJNZ R2,IN1OUT 未到，退出中斷（ 50ms 中斷 6 次） MOV R2,06H 重裝 定時用初值 CPL 02H 定時到，對閃爍標志取 “ 反 ” JB 02H,FLASH1 02H 位為 1 時，顯示單元 “ 熄滅 ” MOV 72H,76H 02H 位為 0 時，正常顯基于單片機控制的多功能計時器系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn) 24 示 MOV 73H,77H MOV 74H,78H MOV 75H,79H in1out: POP PSW 恢復(fù)現(xiàn)場 POP ACC RETI 中斷退出 FLASH1:JB 01H,FLASH2 01H 位為 1 時，轉(zhuǎn) [小 ]時熄滅控制 MOV 72H,7AH 01H 位為 0 時， “ 熄滅符 ” 數(shù)據(jù)放入分 MOV 73H,7AH 顯 示單 元 （ 72H～75H），將不顯示分數(shù)據(jù) MOV 74H,78H MOV 75H,79H AJMP IN1OUT 轉(zhuǎn)中斷退出 FLASH2: MOV 72H,76H 01H 位為 1 時， “ 熄滅符 ” 數(shù)據(jù)放入 [小 ]時 MOV 73H,77H 顯示單元（ 74H～75H）， [小 ]時數(shù)據(jù)將不顯示 MOV 74H,7AH MOV 75H,7AH AJMP IN1OUT 轉(zhuǎn)中斷退出 。清 0 程序 對計時單元復(fù) 0 用 CLR0: CLR A 清累加器 MOV R0,A 清當前地址單元 DEC R0 指向前一地址 MOV R0,A 前一地址單元清0 RET 子程序返回