【正文】 3) 硬件結(jié)構(gòu)應(yīng)結(jié)合應(yīng)用軟件一并考慮。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。(5) 可靠性及抗干擾設(shè)計(jì)是硬件設(shè)計(jì)極其重要的部分，包括器件選擇、電路板布線、通道隔離等。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。圖3 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2）控制核心采用目前較為流行的、且價(jià)格低廉的89C51為控制核心，主要包括：?jiǎn)纹瑱C(jī)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(dòng)與顯示電路，下面我們一一進(jìn)行闡明。 圖4 硬件電路原理圖2 . 2 . 1單片機(jī)AT89C51及其特點(diǎn)單片機(jī)的可擦除只讀存儲(chǔ)器可以反復(fù)擦除100次。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89C51是一種高效微控制器。1．主要特性：4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 壽命：1000寫/擦循環(huán)數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定32可編程I/O線5個(gè)中斷源 低功耗的閑置和掉電模式GND：接地。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。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。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。 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。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。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。P3口：P3口管腳是8個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個(gè)TTL門電流。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。RST：復(fù)位輸入。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)。在平時(shí)，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。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。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。/PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。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)。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。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。3．芯片擦除：整個(gè)PEROM陣列和三個(gè)鎖定位的電擦除可通過(guò)正確的控制信號(hào)組合，并保持ALE管腳處于低電平10ms 來(lái)完成。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。但RAM，定時(shí)器，計(jì)數(shù)器，串口和中斷系統(tǒng)仍在工作。2 . 2 . 2振蕩器電路單片機(jī)振蕩器電路如圖所指示。該反向放大器可以配置為片內(nèi)振蕩器。如采用外部時(shí)鐘源驅(qū)動(dòng)器件，XTAL2應(yīng)不接。如圖（５）所示：　　　　　　　　　圖（５）振蕩電路2 . 2 . 3復(fù)位電路：MCS51單片機(jī)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(dòng)與顯示電路本系統(tǒng)為了加大驅(qū)動(dòng)顯示能力采用74LS244作為驅(qū)動(dòng)器，74LS244是一種三態(tài)輸出的八緩沖器和線驅(qū)動(dòng)器。74LS244緩沖器主要用于三態(tài)輸出的存儲(chǔ)地址驅(qū)動(dòng)器、時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)器和總線定向接收器等。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。動(dòng)態(tài)LED顯示器接口及工作原理 動(dòng)態(tài)LED顯示器的電路連接特點(diǎn)是將各位LED顯示器的所有對(duì)應(yīng)段線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制輸出字段碼，而每位LED顯示器的公共端（共陽(yáng)極點(diǎn)或共陰極點(diǎn)）不直接接地或+5V電源，而是分別由另外的I/O口線控制（稱為位選）。我們通過(guò)軟件程序系統(tǒng)，發(fā)出控制信號(hào)，用P2。5動(dòng)態(tài)控制各個(gè)三極管的導(dǎo)通，來(lái)達(dá)到動(dòng)態(tài)掃描的效果。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。各功能程序應(yīng)模塊化、子程序化，這樣不僅便于調(diào)試、鏈接，還便于個(gè)性和移植。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?；鞒绦驁?zhí)行流程見圖10　　　　　　　　　　圖10程序執(zhí)行流程：數(shù)碼管顯示的數(shù)據(jù)存放在內(nèi)存單元70H～75H中。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。為了顯示小數(shù)點(diǎn)及“一”、“A”等特殊字符，在顯示班級(jí)及計(jì)時(shí)時(shí)采用不同的顯示子程序。定時(shí)溢,出中斷周期可分設(shè)為50ms和10ms。7AH單元內(nèi)存放“熄滅符”數(shù)據(jù)（0AH）。在時(shí)間調(diào)整狀態(tài)下， 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）。調(diào)時(shí)功能程序調(diào)時(shí)功能程序的設(shè)計(jì)方法是：，若按下時(shí)間短于1s，則進(jìn)入省電狀態(tài)（數(shù)碼管不亮，時(shí)鐘不停）；否則進(jìn)入調(diào)分狀態(tài)，等待操作，此時(shí)計(jì)時(shí)器停止走動(dòng)。在［?。輹r(shí)調(diào)整狀態(tài)下，退出調(diào)整狀態(tài)，時(shí)鐘繼續(xù)走動(dòng)?？蓪?shí)現(xiàn)清、計(jì)時(shí)啟動(dòng)、暫停功能。實(shí)驗(yàn)室制作時(shí)，可結(jié)合示波器測(cè)試晶振及Ｐ０、Ｐ２端口的波形情況，進(jìn)行綜合硬件測(cè)試分析。（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。若一切下沉將芯片插入各管座，再通電檢查各點(diǎn)電壓是否達(dá)到要求，邏輯電平是否符合電路或器件的邏輯關(guān)系。4 .2軟件調(diào)試軟件調(diào)試在Wave E６000編譯器下進(jìn)行，源程序編譯及仿真調(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。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(jì)性錯(cuò)誤和工藝性故障。程序調(diào)試一般是一個(gè)模塊一個(gè)模塊地進(jìn)行，一個(gè)子程序一個(gè)子程度地調(diào)試，最后聯(lián)起來(lái)統(tǒng)調(diào)。也可以發(fā)現(xiàn)硬件設(shè)計(jì)與工藝錯(cuò)誤和軟件算法錯(cuò)誤。聯(lián)機(jī)調(diào)試運(yùn)行正常后，將軟件固化到EPROM中，脫機(jī)運(yùn)行，并到生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)投入實(shí)際工作，檢驗(yàn)其可靠性和抗干擾能力，直到完全滿足要求，系統(tǒng)才算研制成功。下面以MCS51單片機(jī)系統(tǒng)為例，對(duì)微機(jī)系統(tǒng)軟件抗干擾方法進(jìn)行研究。 軟件抗干擾方法的研究 在工程實(shí)踐中，軟件抗干擾研究的內(nèi)容主要是： 一、消除模擬輸入信號(hào)的嗓聲（如數(shù)字濾波技術(shù)）；二、程序運(yùn)行混亂時(shí)使程序重入正軌的方法。 指令冗余 CPU取指令過(guò)程是先取操作碼，再取操作數(shù)。若“飛” 到了三字節(jié)指令，出錯(cuò)機(jī)率更大。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。 此外，對(duì)系統(tǒng)流向起重要作用的指令如RET、 RETI、LCALL、LJMP、JC等指令之前插入兩條NOP，也可將亂飛程序納入正軌，確保這些重要指令的執(zhí)行。 通常用軟件陷阱來(lái)攔截亂飛的程序。 軟件陷阱的設(shè)計(jì) 當(dāng)亂飛程序進(jìn)入非程序區(qū)，冗余指令便無(wú)法起作用。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。 陷阱的安排 通常在程序中未使用的EPROM空間填0000020000。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。如某應(yīng)用系統(tǒng)雖未用到外部中斷1，外部中斷1的中斷服務(wù)程序可為如下形式： NOP NOP RETI 返回指令可用“RETI”，也可用“LJMP 0000H”。 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。 通過(guò)不斷檢測(cè)程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，若發(fā)現(xiàn)程序循環(huán)時(shí)間超過(guò)最大循環(huán)運(yùn)行時(shí)間，則認(rèn)為系統(tǒng)陷入“死循環(huán)”，需進(jìn)行出錯(cuò)處理。 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。而軟件看門狗可有效地解決這類問(wèn)題。 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。對(duì)于需經(jīng)常使用T1定時(shí)器進(jìn)行串口通訊的測(cè)控系統(tǒng)，則定時(shí)器T1不能進(jìn)行中斷，可改由串口中斷進(jìn)行監(jiān)控（如果用的是MCS52系列單片機(jī)，也可用T2代替T1進(jìn)行監(jiān)視）。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。當(dāng)然，對(duì)主程序最大循環(huán)周期、定時(shí)器T0和T1定時(shí)周期應(yīng)予以全盤合理考慮。 系統(tǒng)故障處理、自恢復(fù)程序的設(shè)計(jì) 非正常復(fù)位的識(shí)別 程序的執(zhí)行總是從0000H開始，導(dǎo)致程序從 0000H開始執(zhí)行有四種可能：一、系統(tǒng)開機(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。 硬件復(fù)位與軟件復(fù)位的識(shí)別 此處硬件復(fù)位指開機(jī)復(fù)位與看門狗復(fù)位，硬件復(fù)位對(duì)寄存器有影響，如復(fù)位后PC=0000H， SP＝07H，PSW＝00H等。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。圖12 硬、軟件復(fù)位識(shí)別流程圖此外，由于硬件復(fù)位時(shí)片內(nèi)RAM狀態(tài)是隨機(jī)的，而軟件復(fù)位片內(nèi)RAM則可保持復(fù)位前狀態(tài)，因此可選取片內(nèi)某一個(gè)或兩個(gè)單元作為上電標(biāo)志。若用兩個(gè)單元作上電標(biāo)志，則這種判別方法的可靠性更高。 當(dāng)系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，設(shè)置一可掉電保護(hù)的觀測(cè)單元。 正常開機(jī)復(fù)位與非正常開機(jī)復(fù)位的識(shí)別 識(shí)別測(cè)控系統(tǒng)中因意外情況如系統(tǒng)掉電等情況引起的開機(jī)復(fù)位與正常開機(jī)復(fù)位，對(duì)于過(guò)程控制系統(tǒng)尤為重要。在已執(zhí)行測(cè)控50分鐘的情況下，系統(tǒng)電壓異常引起復(fù)位，此時(shí)若系統(tǒng)復(fù)位后又從頭開始進(jìn)行測(cè)控則會(huì)造成不必要的時(shí)間消耗。那么系統(tǒng)復(fù)位后可據(jù)此單元判系統(tǒng)原來(lái)的運(yùn)行狀態(tài)，并跳到出錯(cuò)處理程序中恢復(fù)系統(tǒng)原運(yùn)行狀態(tài)。 對(duì)順序要求嚴(yán)格的一些過(guò)程控制系統(tǒng)，系統(tǒng)非正常復(fù)位否，一般都要求從失控的那一個(gè)模塊或任務(wù)恢復(fù)運(yùn)行。 其次再對(duì)測(cè)控系包括顯示界面等的恢復(fù)。 應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，真實(shí)地恢復(fù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)需 要極為細(xì)致地對(duì)系統(tǒng)的重要數(shù)據(jù)予以備份，并加以數(shù)據(jù)可靠性檢查，以保證恢復(fù)的數(shù)據(jù)的可靠性。 統(tǒng)的系統(tǒng)狀態(tài)、運(yùn)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(dāng)前的系統(tǒng)數(shù)據(jù)。而復(fù)位前任務(wù)的初始化是指任務(wù)的執(zhí)行狀態(tài)、運(yùn)行時(shí)間等。 結(jié)束語(yǔ) 在工程實(shí)踐中通常都是幾種抗干擾方法并用，互相補(bǔ)充完善，才能取得較好的抗干擾效果。細(xì)致周到地分析干擾源，硬件與軟件抗干擾相結(jié)合，完善系統(tǒng)監(jiān)控程序，設(shè)計(jì)一穩(wěn)定可靠的單片機(jī)系統(tǒng)是完全可行的。由于計(jì)時(shí)中斷程序中加了中斷延時(shí)誤差處理，所以實(shí)際計(jì)時(shí)的走時(shí)精度非常高，可滿足多種場(chǎng)合的應(yīng)用需要；另外上電時(shí)的班級(jí)、學(xué)號(hào)、制作日期滾動(dòng)顯示可以方便學(xué)生設(shè)計(jì)作業(yè)的辯認(rèn)區(qū)別。中斷入口程序ORG 0000H　　　　　 程序執(zhí)行開始地址　　LJMP START　　　　　 跳到標(biāo)號(hào)START執(zhí)行ORG 0003H駛　　　　 外中斷０中斷程序入口RETI　　　　　　　　 外中斷０中斷返回ORG 000BH　　　　　 定時(shí)器T0中斷程序入口LJMP INTT0　　　　　 跳至INTT0執(zhí)行ORG 0013H　　　　　 外中斷１中斷程序入口RETI　　　　　　　　 外斷１中斷返回ORG 001BH　　　　　 定時(shí)器T1中斷程序入口LJMP INTT1　　　　　 跳至INTT1執(zhí)行ORG 0023H　　　　　 串行中斷程序入口地址RETI　　　　　　　　 串行中斷程序返回主程序START: LCALL ST 　　　　　　上電顯示年月日及班級(jí)學(xué)號(hào) MOV R0, 70H　　　　　　清70H～7AH共11個(gè)內(nèi)存單元 MOV R7, 0BH　　　　　　　Cldisp: MOV R0, 00h INC R0 DJNZ R7,CLdisp MOV 20H,00H　　　　　 清20H（標(biāo)志用）