一種高精度智能毫秒計(jì)的設(shè)計(jì)

為了精確地獲得控制邏輯C，我們必須通過(guò)硬件邏輯電路，將A、B兩個(gè)開(kāi)關(guān)量轉(zhuǎn)換成控制邏輯C。利用TTL集成電路工作電壓為+5V時(shí)，其邏輯“1”的電平為+3V~+5V、邏輯“0”的電平為0V~+2V的特性，并設(shè)開(kāi)關(guān)量“閉合”為“1”、“斷開(kāi)”為“0”。則對(duì)控制邏輯C 可作如下（圖2）設(shè)計(jì)：

在“狀態(tài)1”圖中，R1的作用是當(dāng)A、B都閉合時(shí)作限流之用，R2的作用是當(dāng)A、B都斷開(kāi)時(shí)作下拉電阻之用。因此，R1、R2應(yīng)滿(mǎn)足5V×R2/（R1+R2）>3.0V；5V/R12mA。同樣，在“狀態(tài)2”圖中，R1、R2應(yīng)滿(mǎn)足5V×R2/（R1+R2）>3.0V；5V/（R1+R2）2mA。在“狀態(tài)3”圖中，R1應(yīng)滿(mǎn)足5V/R12mA。在“狀態(tài)4”圖中，R1、R2應(yīng)滿(mǎn)足5V×R2/（R1+R2）>3.0V；5V/R12mA。

受單片機(jī)控制的啟、停控制邏輯實(shí)際電路

在MCS-51系列單片機(jī)中，其CTC（定時(shí)/計(jì)數(shù)器）的工作方式寄存器中有一GATE位，該位為“1”時(shí)所對(duì)應(yīng)CTC的啟動(dòng)與停止可由特定的外部引腳上的邏輯電平所控制，“1”為啟動(dòng)，“0”為停止。有了這個(gè)控制邏輯C，我們就可以將它引入單片機(jī)，由單片機(jī)作精確計(jì)時(shí)。四種計(jì)時(shí)狀態(tài)也可由單片機(jī)來(lái)選擇。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并方便使用，筆者采用了四片4066（四雙向模擬開(kāi)關(guān)）對(duì)圖2中的R1、R2進(jìn)行了四種組合（見(jiàn)圖3），以滿(mǎn)足四種狀態(tài)的邏輯要求。計(jì)時(shí)器為8031的T0，故計(jì)時(shí)器的啟動(dòng)與停止由P3.2引腳上的邏輯電平所控制。

圖中4066(1)~4066(4)分別由P3.0、P3.1、P3.4、P3.5控制，P3.0、P3.1、P3.4、P3.5在任一時(shí)刻僅有其中的一個(gè)有效（“1”有效）。當(dāng)4066的第5、6、12、13腳為高電平（“1”）時(shí)，則1~2、3~4、8~9、10~11引腳連通，為低電平（“0”）時(shí)則斷開(kāi)。這樣，任一時(shí)刻就只能有一片4066有效。實(shí)際中，A、B開(kāi)關(guān)的一端通常是要接地的，所以筆者使用了兩片4N30對(duì)開(kāi)關(guān)量A、B的接法作了一個(gè)轉(zhuǎn)換，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)c、e連通，反之，則c、e斷開(kāi)。當(dāng)P3.0為“1”時(shí)，4066(1)被選中，其它無(wú)效。此時(shí)，A、B開(kāi)關(guān)量與計(jì)時(shí)器啟、?？刂七壿嫷年P(guān)系就是圖2中的狀態(tài)1(此時(shí)R1=2kΩ、R2=3.3kΩ)。同樣，當(dāng)4066(2)、4066(3)、4066(4)分別被選中時(shí)，就分別對(duì)應(yīng)圖2中的狀態(tài)2至狀態(tài)4。圖3中的74LS04是對(duì)啟、停控制邏輯電平進(jìn)行整形，使8031的P3.2引腳獲得標(biāo)準(zhǔn)的邏輯電平。

軟件設(shè)計(jì)

軟件任務(wù)主要有三個(gè)：①鍵盤(pán)掃描，確定計(jì)時(shí)方式；②精確計(jì)時(shí)；③顯示計(jì)時(shí)結(jié)果。為節(jié)省篇幅，在此僅介紹軟件的關(guān)鍵之處和特色部分。

現(xiàn)對(duì)8031的資源作如下分配：T0用作計(jì)時(shí)器；8位初值自動(dòng)裝入；定時(shí)方式（計(jì)算8031的機(jī)器周期）；門(mén)控（P3.2為高電平計(jì)數(shù)）；初值9CH（-100 MHz）；5位BCD碼顯示窗口；顯示緩沖區(qū)為R7、R6、R5（R7為高位字節(jié)，但最高四位不是顯示緩沖區(qū)的一部分）；軟計(jì)數(shù)器為R4、R3、R2（R4為高位字節(jié)）。

為了做到精確計(jì)時(shí)，其設(shè)計(jì)原則是計(jì)時(shí)器的啟、?？刂萍坝?jì)時(shí)過(guò)程中無(wú)需軟件干涉，以克服由指令的延時(shí)所帶來(lái)的誤差。上述提到的啟、?？刂七壿嬕约癟0的初值自動(dòng)裝入就是為滿(mǎn)足這個(gè)設(shè)計(jì)原則而設(shè)置的。由于8031的晶振頻率為12MHz，故每個(gè)機(jī)器周期為1μs。T0的初值為-100，每當(dāng)T0歸零并產(chǎn)生中斷時(shí)，即表示到達(dá)100μs（0.1ms）的計(jì)時(shí)時(shí)間。

由于T0是每100μs中斷一次，所以T0的中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時(shí)間必須要在100μs以?xún)?nèi)。T0的中斷服務(wù)如下：

CTC0：PUSH PSW

PUSH A

MOV A，R2

ADD A，#01

DA A

MOV R2，A

MOV A，R3

ADDC A，#00H

DA A

MOV R3，A

MOV A，R4

ADDC A，#00H

DA A

MOV R4，A

POP A

POP PSW

RETI

通過(guò)查表得知，執(zhí)行以上程序所需時(shí)間為22μs，小于100μs，符合計(jì)數(shù)要求。T0的中斷服務(wù)程序在計(jì)數(shù)的過(guò)程中已將計(jì)數(shù)結(jié)果調(diào)整成BCD碼，從而使顯示程序在顯示這部分?jǐn)?shù)據(jù)時(shí)無(wú)需進(jìn)行從二進(jìn)制到BCD碼的轉(zhuǎn)換。

結(jié)束語(yǔ)

以上述設(shè)計(jì)制成的毫秒計(jì)，其精度取決于8031的晶振的精度以及4N30的延時(shí)特性，實(shí)際誤差僅在2μs以?xún)?nèi)。