【文章內(nèi)容簡介】 視著系統(tǒng)，也往往是在引起不良后果之后才進行人工復(fù)位。能不能不要人來監(jiān)視，就能使系統(tǒng)擺脫死循環(huán)，重新執(zhí)行正常的程序呢？這可采用“看門狗”技術(shù)來解決這一問題。[12]“看門狗”技術(shù)就是使用一個計數(shù)器來不斷計數(shù)，監(jiān)視程序循環(huán)運行。若發(fā)現(xiàn)時間超過已知的循環(huán)設(shè)定時間，則認為系統(tǒng)陷入了死循環(huán)，這時計數(shù)器溢出，然后強迫系統(tǒng)復(fù)位，在復(fù)位入口0000H處安排一段出錯處理程序，使系統(tǒng)運行進入正軌.另外，在單片機系統(tǒng)運行時，有可能會發(fā)生電源掉電的意外情況，一些重要的數(shù)據(jù)可能丟失。這時需要系統(tǒng)應(yīng)首先檢測到電源的變化，然后通過切換電路把備用電池接入系統(tǒng)，以保護RAM中的數(shù)據(jù)不丟失。目前看門狗電路和掉電保護電路，都已經(jīng)集成在一片微處理器監(jiān)控芯片中。因此MCS51只需要擴展一片微處理器監(jiān)控芯片即可。這類芯片集成化程度高，功能齊全，具有廣闊的應(yīng)用前景。在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中使用微處理器監(jiān)控芯片，可以大大提高單片機應(yīng)用系統(tǒng)的抗干擾能力和可靠性。1）復(fù)位電路微處理器在上電、掉電及低壓供電時，監(jiān)控器產(chǎn)生脈沖信號這可以保證微處理器實現(xiàn)上電自動復(fù)位：當(dāng)供電壓過低時，防止CPU失控。電源電壓Vcc升到1V時RESET引腳變?yōu)榈碗娖?，隨著Vcc的繼續(xù)升高，RESET一直保持低電平。[13]當(dāng)Vcc高于復(fù)位門限電平時，RESET并不馬上變?yōu)楦唠娖?，而是要滯后一個復(fù)位脈沖寬度（約200ms）后再變?yōu)楦唠娖?。?dāng)Vcc低于復(fù)位門限電平，RESET引腳馬上變成低電平，即使以后Vcc恢復(fù)且高于復(fù)位門限電平，RESET也不馬上變成高電平，而是要延遲一個復(fù)位脈沖寬度。掉電時，Vcc只要低于復(fù)位門限電平，RESET立即變?yōu)榈碗娖健?）看門狗電路此次設(shè)計選用MAX690A微處理器做為監(jiān)控器芯片。[14]看門狗電路計數(shù)器定時電路，在WDI端輸入一個脈沖（TTL電平，寬度可小至50ms），定時器開始計數(shù)。若WDI引腳懸空或接至阻態(tài)輸出的緩沖器上定時器則停止計數(shù)，并且清零。當(dāng)定時器啟動后，監(jiān)控器將輸出一個復(fù)位信號，引腳RESET變低電平，同時定時器清零，只要RESET為低電平，定時器將一直停止工作。MCS51與MAX690A自動監(jiān)控的接線如下，+5V電壓跌落到某電壓值，這就需要合理選擇電阻RR8的值，所以R10=1K歐姆，R9=。電路圖如下： 圖 33 看門狗電路原理圖 顯示、鍵盤電路的設(shè)計（1）顯示電路的設(shè)計LED顯示器結(jié)構(gòu)常用的LED顯示器分為8段（或7段，8段比7段多了1個小數(shù)點“dp”段）。每一個段對應(yīng)1個發(fā)光2極管。這種顯示器有共陽極和共陰極2中，共陰極LED顯示器的發(fā)光二極管的陰極連接在一起，通常此公共陰極接地。當(dāng)某個發(fā)光二極管的陽極為高電平時，發(fā)光二極管點亮，相應(yīng)的段被顯示。同樣，共陽極LED顯示器的發(fā)光二極管的陽極連接在一起，通常此公共陽極接正電壓，當(dāng)某個發(fā)光二極管的陰極接低電平時，發(fā)光二極管被點亮，相應(yīng)的段被顯示。為了使LED顯示器顯示不同的符號或數(shù)字，就要把不同段的發(fā)光二極管點亮，這樣就要為LED顯示器提供代碼，因此這些代碼可使LED相應(yīng)的段發(fā)光，從而顯示不同字型，因此該代碼稱之為段碼（或成為字型碼）。顯示器的工作原理由N個LED顯示塊可拼連接成N位的LED顯示器，N個LED顯示塊有N位為線和8xN根段碼線。段碼線控制顯示字符的字型，而位選線位各個LED顯示塊中各段的公共端，它控制該LED顯示位的亮或暗。 點亮顯示器有靜態(tài)和動態(tài)兩種方法。所謂的靜態(tài)顯示，就是當(dāng)顯示器顯示某一個字符時，相應(yīng)的發(fā)光二極管恒定的導(dǎo)通或截止，例如7段顯示器a、b、c、d、e、f導(dǎo)通，g截止,顯示0。這種顯示方式每一位都需要有一個8位輸出口控制。靜態(tài)顯示時，較小的電流能得到較高的亮度且字符不閃爍，所以可由8255A的輸出口直接驅(qū)動。在單片機串行口方式0應(yīng)用中，也是采用靜態(tài)顯示方法。當(dāng)顯示器位數(shù)較少時，采用靜態(tài)顯示的方法是適合的。當(dāng)位數(shù)較多時，用靜態(tài)顯示所需要的I/O太多，一般采用動態(tài)顯示方法。靜態(tài)顯示方式：各位的共陰極或共陽極連接在一起并接地；每位的段碼線分別與一個8位的鎖存器輸出相連。之所以稱為靜態(tài)顯示，是因為各個LED的顯示字符一經(jīng)確定，相應(yīng)鎖存器所存的段碼輸出將維持不變，直到送入另一個字符的段碼為止。正因如此，靜態(tài)顯示器的亮度都較高。這種顯示方式接口編程容易，付出的代價是占用的口線較多。如果顯示器的位數(shù)增多，則需要增加鎖存器。因此在顯示位數(shù)較多的情況下，一般都采用動態(tài)顯示方式。動態(tài)顯示方式：在多位LED顯示時，為簡化硬件電路，通常將所有位的段碼線相應(yīng)段并聯(lián)在一起，由一個8位I/O口控制，形成段碼線的多路復(fù)用，而各位的共陽極或共陰極分別由相應(yīng)的I/O線控制，形成各位的分時選通。若要各位LED能夠同時顯示出與本位相應(yīng)的顯示字符，就必須采用動態(tài)顯示方式，即在某一時刻，只讓某一位的位線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)，同時，段碼線上輸出相應(yīng)位要顯示的字符的段碼。這樣 在同一時刻，4位LED中的只有選通的哪一位顯示出字符，而其他3位則是熄滅的，同樣在下一時刻，只讓下一位選線處于選通狀態(tài)，而其他各位的位選線處于關(guān)閉狀態(tài)， 在段碼線上舒服將要顯示字符的段碼，則同一時刻，只有選通位顯示出相應(yīng)的字符，而其他各位則是熄滅的，如此循環(huán)下去，就可以使各位顯示出相應(yīng)的字符，雖然這些字符是在不同時刻出現(xiàn)的，而在下一時刻，只有一位顯示，其他各位熄滅，但由于LED 顯示器的余輝和人眼的視覺暫留作用，只要每位顯示間隔足夠短，則可以造成多為同時亮的假象，達到同時顯示的效果。 LED不同位顯示的時間間隔應(yīng)根據(jù)實際情況而定。發(fā)光二極管從導(dǎo)通到發(fā)光有一定的延時，導(dǎo)通時間太短，則發(fā)光太弱，人眼無法看清，但也不能太長，因為要受限于臨界閃爍頻率，而且次時間越長，占用CPU時間也越長多。另外，顯示位數(shù)增多，也將占用大量的CPU時間，因此動態(tài)顯示實質(zhì)是以犧牲CPU時間來換取器件的減少的。綜上所述，此次設(shè)計選靜態(tài)顯示是最合適的方法。顯示原理圖如下圖所示 圖34 顯示電路（2）鍵盤電路的設(shè)計行列式鍵盤接口行列式（也稱矩陣式）鍵盤用于按鍵數(shù)目較多的場合，它由行線和列線組成，按鍵位于行、列的交叉點上。1個33的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個具有9個按鍵的鍵盤。同理1個44的行、列結(jié)構(gòu)可以構(gòu)成1個16個按鍵的鍵盤等等。如圖所示。很明顯，在按鍵數(shù)目較多的場合，行列式鍵盤與獨立式鍵盤相比，要節(jié)省很多的I/O口線。 圖35 33鍵盤行列式鍵盤工作原理按鍵設(shè)置在行、列線交點上，行、列分別連接到按鍵開關(guān)的兩端。行線通過上拉電阻接到+5V上。無按鍵按下時，行線處于高電平狀態(tài)，而當(dāng)有按鍵按下時，行線電平狀態(tài)將由與此行線相連的列線的電平?jīng)Q定。列線的電平如果為低，則行線電平為低；列線的電平如果為高，則行線電平亦為高。這一點是識別行列式鍵盤是否按下的關(guān)鍵所在。由于行列式鍵盤中行、列線為多鍵共用，各按鍵均影響該鍵所在的行和列的電平。因此各按鍵彼此將相互發(fā)生影響，所以必須將行、列線信號配合起來并作是的處理，才能確定閉合鍵的位置。掃描法下面以圖中3號鍵被按下為例，來說明此鍵是如何被識別出來的。當(dāng)3號鍵被按下時，與3號鍵相兩的行線電平將由與此鍵相連的列線電平?jīng)Q定，而行線電平在無按鍵按下時處于高電平狀態(tài)。如果讓所有的列線處于低電平，很明顯，按鍵所在的行電平將被接成低電平，根據(jù)此行電平的變化，便能判定此行一定有按鍵被按下。但還不能確定是鍵3被按下，以為如果鍵3不被按下，而同一行的鍵1或0之一被按下，均回產(chǎn)生同樣的效果。所以，行線處于低電平只能得出某行有按鍵被按下的結(jié)論。為進一步判定到底是哪一列的按鍵被按下，可采用掃描法來識別。即在某一時刻只讓1條列線處于低電平，其余所有列線處于高電平。當(dāng)?shù)谝涣袨榈碗娖?，其余各列為高電平時，以為是鍵3被按下，所以1行仍處于高電平狀態(tài)；而當(dāng)?shù)诙袨榈碗娖?，其余各列為高電平時，同樣我們會發(fā)現(xiàn)第1行仍處于高電平狀態(tài)；直到讓第4列為低電平，其余各列為高電平時，以為瓷實號鍵被按下，所以第一行的電平將由高電平轉(zhuǎn)換到第4列所處的低電平，據(jù)此可以判斷第1行第4列的交叉點處的按鍵，即3號鍵被按下。 根據(jù)上面的分析，很容易想到識別鍵盤有無鍵盤被按下的方法，此方法分2步進行：第1步，識別鍵盤有無鍵被按下；第2步，如有鍵盤被按下，識別出具體的按鍵。分別介紹如下：首先把所有的列線均置為低電平，檢查各行線是否有變化，如果有變化，則說明有鍵被按下，如果沒有變化，則說明無鍵被按下。上述識別具體按鍵的方法也稱為掃描法，即先把某一列置低電平，其余各列置為高電平，檢查各行線電平的變化，如果某行線為低電平，則可確定次行此列交叉點處的按鍵被按下。（3）鍵盤的工作方式單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，鍵盤掃描只是單片機的工作內(nèi)容之一。單片機在忙于各項工作任務(wù)時，如何兼顧鍵盤的輸入，取決于鍵盤的工作方式。鍵盤工作方式的選取應(yīng)根據(jù)實際應(yīng)用系統(tǒng)中CPU工作的忙、閑情況而定。其原則是既要保證能即使響應(yīng)按鍵操作，又不要過多的占用CPU的時間，通常，鍵盤工作方式有三種：即編程掃描、定時掃描、中斷掃描。[11]1）．編程掃描方式這種方式就是只有當(dāng)單片機空閑時，才調(diào)用鍵盤掃描子程序，反復(fù)的掃描鍵盤，等待用戶從鍵盤上輸入命令或數(shù)據(jù)，來響應(yīng)鍵盤的輸入請求。圖為1個48矩陣鍵盤通過8255A擴展I/O口與8031的借口電路原理圖，鍵盤采用編程掃描方式工作，8255A的PC口低4位輸出逐行掃描信號，PA口輸入8位列信號，均為低電有效。8255A的A0，A1端分別接于地址線A0，A1上，/，/WR、/RD分別與8031的/WR和/RD相連。PC口低4位狀態(tài)，若PC0~PC3全1，則說明鍵盤無鍵按下；若不完全為1，則說明鍵盤有可能有鍵按下。2） 用軟件延時10ms來消除按鍵抖動的影響。確實有按鍵按下時，進行下一步。3）在鍵盤掃描子程序中，首先判斷鍵盤上有無鍵按下。其方法為PA口8位輸出全0，讀求按下鍵的鍵號。根據(jù)前面的介紹的掃描法，逐列置0掃描，讀入行線的狀態(tài)，最后確定按鍵位置。4） 等待按鍵釋放后，在進行按鍵功能的處理操作。（4） 定時掃描的工作方式 單片機對鍵盤的掃描也可以采用定時掃描方式，即每隔一定的時間對鍵盤掃描一次。在這種掃描方式中，通常利用單片機內(nèi)的定時器，產(chǎn)生10ms的定時中斷，CPU響應(yīng)定時器溢出中斷請求，對鍵盤進行掃描，在有鍵按下時識別出該鍵，并執(zhí)行相應(yīng)鍵的處理功能程序。（5） 中斷工作方式 為了進一步提高單片機掃描鍵盤的工作效率，可采用中斷掃描方式，即只有在鍵盤有按鍵按下時，才執(zhí)行鍵盤掃描程序并執(zhí)行該按鍵功能程序，如果無按鍵按下，單片機將不理睬鍵盤。 鎖存器 74LS373的介紹與選擇本次設(shè)計選用的鎖存器為74LS373，它是一種帶有三態(tài)門的8D鎖存器，其引腳如圖所示 其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖34所示其引腳說明如下：D7D0：8位數(shù)據(jù)輸入線。Q7Q0：8位數(shù)據(jù)輸出線。G：數(shù)據(jù)輸入鎖存選通引腳，高電平有效。當(dāng)該信號為高電平時，外部數(shù)據(jù)選通到內(nèi)部鎖存器，負跳變時，數(shù)據(jù)鎖存到鎖存器中G為數(shù)據(jù)鎖存控制端；當(dāng)G