【正文】 存信號ALE 在每個機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 對于單周期指令當操作碼被送入指令寄存器時便從 S1P2 開始執(zhí)行指令如果是雙字節(jié)單機器周期指令則在同一機器周期的 S4 期間讀入第二個字節(jié)若是單字節(jié)單機器周期指令則在 S4 期間仍進行讀但所讀的這個字節(jié)操作碼被忽略程序計數(shù)器也不加 1在 S6P2結束時完成指令操作圖 17的 a 和 b 給出了單字節(jié)單機器周期和雙字節(jié)單機器周期指令的時序 16 復位電路的選擇與設計 當 8051 單片機的復位引腳 RST 全稱 RESET 出現(xiàn) 2 個 機器周期以上的高電平時單片機就完成了復位操作如果 RST 持續(xù)為高電平單片機就處于循環(huán)復位狀態(tài)而無法執(zhí)行程序因此要求單片機復位后能脫離復位狀態(tài)而本系統(tǒng)選用的是12MHz的晶振因此一個機器周期為 1μ s那么復位脈沖寬度最小應為 2μ s在實際應用系統(tǒng)中考慮到電源的穩(wěn)定時間參數(shù)漂移晶振穩(wěn)定時間以及復位的可靠性等因素必須有足夠的余量 根據(jù)應用的要求復位操作通常有兩種基本形式上電復位手動復位 上電復位要求接通電源后自動實現(xiàn)復位操作 80C51 單片機的上電復位PORPower On Reset 實質上就是上電延時復位也就是在上電延 時期間把單片機鎖定在復位狀態(tài)上在單片機每次初始加電時首先投入工作的功能部件是復位電路復位電路把單片機鎖定在復位狀態(tài)上并且維持一個延時記作 TRST 以便給予電源電壓從上升到穩(wěn)定的一個等待時間在電源電壓穩(wěn)定之后再插入一個延時給予時鐘振蕩器從起振到穩(wěn)定的一個等待時間在單片機開始進入運行狀態(tài)之前還要至少推遲 2個機器周期的延時上述一系列的延時都是利用在單片機 RST引腳上外接一個 RC 支路的充電時間而形成的典型復位電路如圖 a 所示其中的阻容值是原始手冊中提供的 圖 上電復位延時電路標準 80C51 不僅復位源比較單一而且還沒有 設計內部上電復位的延時功能因此必須借助于外接阻容支路來增加延時環(huán)節(jié)如圖 a 所示其實外接電阻 R 還是可以省略的理由是一些 CMOS 單片機芯片內部存在一個現(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 基礎上上電復位延時電路還可以精簡為圖 b 所示的簡化電路其中電容 C 的容量也相應減小了 圖 復位引腳 RST 內部電路 在每次單片機斷電之后須使延時電容 C 上的電荷立刻放掉以便為隨后可能在很短的時間內再次加電作好準 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 支路就失去了它應有的延遲功能因此在圖 a 的基礎上添加一個放電二極管 D 上電復位延時電路就變成了如圖 c 所示的改進電路也就是說只有 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帶來潛在的危害于是附加一個放電二極管 D來大力縮短放電持續(xù)時間以便消除隱患二極管 D只有在單片機斷電的瞬間即 VCC 趨近于 0 V 可以看作 VCC 對地短路正向導通平時一直處于反偏截止狀態(tài)單片機要完成復位μ FR 1K 本設計采用的電容值為 22μ F的電容和電阻為 1K 的電阻 圖 110 單片機復位電路 17 系統(tǒng)總電路的設計 系統(tǒng)總電路由以上設計的顯示電路時鐘電路按鍵電路和復位電路組成只要將單片機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 單片機為主電路的核心部分各個電路均和單片機相連接由單片機統(tǒng)籌和協(xié)調各個電路的運行工作 8051 單片機提供了 XTAL1 和 XTAL2 兩個專用引腳接晶振電路因此只要將晶振電路接到兩個專用引腳即可為單片機提供時鐘脈沖但在焊接晶振電路時要盡量使晶振電路靠近單片機這樣可以為單片機提供穩(wěn)定的始終脈沖 復位電路同晶振電路單片機設 有一個專用的硬件復位接口并設置為高電平有效 按鍵電路與單片機的端口連接可以由用戶自己設定本設計中軟件復位鍵和查看鍵分別接單片 均設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的特殊 這兩個 IO 口的第二功能分別為單片機的外部中斷 1 端口和外部中斷 0 端口同樣設置為位低電平有效 顯示電路由五位數(shù)碼管組成采用動態(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動能力很弱所以需要 接上拉電阻來提高 P0的高電平驅動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當 P20P24端口任意一個端口為高電平時與其相對應的三極管就導通對應的數(shù)碼管導通顯示 通過以上設計已經(jīng)將各部分電路與單片機有機的結合到一起硬件部分的設計以大功告成剩下的部分就是對單片機的編程使單片機按程序運行實現(xiàn)數(shù)字電子秒表的全部功能 2 軟件設計 21 程序設計思想 本設計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器語言的二進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是用符號代替了機器指令代碼而且助記符與指令代碼一一對應基本保留了機器語言的靈活性使用匯編語言能面向機器并較好地發(fā)揮機器的特性得到質量較高的程序 匯編語言的特點 1 面向機器的低級語言通常是為特定的計算機或系列計算機專門設計的 2 保持了機器語言的優(yōu)點具有直接和簡捷的特點 3 可有效地訪問控制計算機的各種硬件設備如磁盤存儲器 CPUIO 端口等 4 目標代碼簡短占用內存少執(zhí)行速度快是高效的程序設計語言 5 經(jīng)常與高級語言配合使用應用十分廣泛 在程序設計過程中為了有效地完成任務把所要完 成的任務精心的分割成若干個相互獨立但相互又仍可有聯(lián)系的任務模塊這些任務模塊使得任務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這種程序設計思想稱為模塊化程序設計思想模塊化結構程序的設計可以使系統(tǒng)軟件便于調試與優(yōu)化也使其他人更好地理解和閱讀系統(tǒng)的程序設計程序的主要模塊有主程序顯示程序定時溢出中斷服務程序外部中斷服務程序 22 系統(tǒng)資源的分配 本設計系統(tǒng)所用到的單片機端口數(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 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 位溢出計數(shù)區(qū) 定時器 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 主程序設計 本系統(tǒng)程序主要模塊由主程序定時中斷服務程序外部中斷 0 服務程序和外部中斷 1 服務程序組成其中主程序是整個程序的主體可以對各個中斷程序進行調用協(xié)調各個子程序之間的聯(lián)系 系統(tǒng)上電復位后進入主程序主程序流程圖如圖 21 首先對系統(tǒng)進行初始化包括設置各入口地址中斷的開啟對各個數(shù)據(jù)緩存區(qū)清 0 賦定時器初值初始化完畢后就進入數(shù)碼管顯示程序數(shù)碼管顯示程序對顯示緩存區(qū)內的數(shù)值進行調用并在數(shù)碼管上進行動態(tài)顯示顯示一次 次掃描查詢復位鍵 P11是否按下當復位鍵按下后程序返回開始重新對系統(tǒng)進行初始化當沒有按下復位鍵時程序則掃描 P25是否 按下當 P25 沒有按下則返回顯示程不斷地調用顯示緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進行顯示使用戶能清楚的看到當前電子秒表所記錄的時間當查詢到 P25 按下后則跳轉到另外一段顯示程序并調用最紅緩存區(qū)的數(shù)據(jù)進行顯示此時顯示的時間即為上一次計時的時間與此同時在 P25按下后單片機執(zhí)行顯示程序的同時也在對 P25進行掃描當 P25 斷開后立即跳轉回之前的顯示程序顯示當前的計時時間 在主程序中還進行了賦寄存區(qū)的初始值設置定時器初值以及開啟外部中斷等操作當定時時間到后就轉去執(zhí)行定時中斷程序當外部中斷有請求則去執(zhí)行外部中斷服務程序并在執(zhí)行完后返回主程序 圖 21 主程序流程圖 24 中斷程序設計 現(xiàn)在方案中采用了三個中斷外部中斷 INT0INT1 和定時中斷 T0CPU 在響應中斷時先處理高級中斷在處理低級中斷若有多個同級中斷時則按自然優(yōu)先順序處理例如當 CPU 正在處理一個中斷申請時有出現(xiàn)了另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求這是 CPU 就暫停終止對當前優(yōu)先級較低的中斷源的服務轉去響應優(yōu)先級比它高的中斷請求并為其服務待服務結束再繼續(xù)執(zhí)行原來較低級的中斷服務程序而當 CPU為級別高的終端服務程序服務時如果級別低的中斷發(fā)出中斷請求此時 CPU是不會響應的所以為了避免開始和暫停兩個按鍵中 的一個出現(xiàn)沒有響應的情況在進行程序編輯時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計的實現(xiàn)是至關重要的 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器 T0的定時周期也為 1ms為了使電子秒表暫停鍵按下后 CPU能馬上去響應中斷程序必須將暫停的外部中斷級別高于定時計數(shù)器的中斷級別避免出現(xiàn) CPU 執(zhí)行完定時溢出中斷程序后再響應外部中斷程序影響計時精度 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 計數(shù)器 0 溢出中斷 外部中斷 1 定時計數(shù)器 1 溢出中斷 串行口中斷 最低 數(shù)字式秒表中的兩個按鍵采用了中斷實現(xiàn)功能開始采用外