一種高精度智能毫秒計的設(shè)計

為了精確地獲得控制邏輯C，我們必須通過硬件邏輯電路，將A、B兩個開關(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，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)開關(guān)量“閉合”為“1”、“斷開”為“0”。則對控制邏輯C 可作如下（圖2）設(shè)計：

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

受單片機控制的啟、?？刂七壿媽嶋H電路

在MCS-51系列單片機中，其CTC（定時/計數(shù)器）的工作方式寄存器中有一GATE位，該位為“1”時所對應(yīng)CTC的啟動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，“0”為停止。有了這個控制邏輯C，我們就可以將它引入單片機，由單片機作精確計時。四種計時狀態(tài)也可由單片機來選擇。為了簡化設(shè)計并方便使用，筆者采用了四片4066（四雙向模擬開關(guān)）對圖2中的R1、R2進行了四種組合（見圖3），以滿足四種狀態(tài)的邏輯要求。計時器為8031的T0，故計時器的啟動與停止由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在任一時刻僅有其中的一個有效（“1”有效）。當(dāng)4066的第5、6、12、13腳為高電平（“1”）時，則1~2、3~4、8~9、10~11引腳連通，為低電平（“0”）時則斷開。這樣，任一時刻就只能有一片4066有效。實際中，A、B開關(guān)的一端通常是要接地的，所以筆者使用了兩片4N30對開關(guān)量A、B的接法作了一個轉(zhuǎn)換，當(dāng)開關(guān)閉合時c、e連通，反之，則c、e斷開。當(dāng)P3.0為“1”時，4066(1)被選中，其它無效。此時，A、B開關(guān)量與計時器啟、?？刂七壿嫷年P(guān)系就是圖2中的狀態(tài)1(此時R1=2kΩ、R2=3.3kΩ)。同樣，當(dāng)4066(2)、4066(3)、4066(4)分別被選中時，就分別對應(yīng)圖2中的狀態(tài)2至狀態(tài)4。圖3中的74LS04是對啟、?？刂七壿嬰娖竭M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

軟件任務(wù)主要有三個：①鍵盤掃描，確定計時方式；②精確計時；③顯示計時結(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8031的資源作如下分配：T0用作計時器；8位初值自動裝入；定時方式（計算8031的機器周期）；門控（P3.2為高電平計數(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）；軟計數(shù)器為R4、R3、R2（R4為高位字節(jié)）。

為了做到精確計時，其設(shè)計原則是計時器的啟、?？刂萍坝嫊r過程中無需軟件干涉，以克服由指令的延時所帶來的誤差。上述提到的啟、停控制邏輯以及T0的初值自動裝入就是為滿足這個設(shè)計原則而設(shè)置的。由于8031的晶振頻率為12MHz，故每個機器周期為1μs。T0的初值為-100，每當(dāng)T0歸零并產(chǎn)生中斷時，即表示到達100μs（0.1ms）的計時時間。

由于T0是每100μs中斷一次，所以T0的中斷服務(wù)程序的執(zhí)行時間必須要在100μs以內(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

通過查表得知，執(zhí)行以上程序所需時間為22μs，小于100μs，符合計數(shù)要求。T0的中斷服務(wù)程序在計數(shù)的過程中已將計數(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)時無需進行從二進制到BCD碼的轉(zhuǎn)換。

結(jié)束語

以上述設(shè)計制成的毫秒計，其精度取決于8031的晶振的精度以及4N30的延時特性，實際誤差僅在2μs以內(nèi)。