監控程序負責係統中全部硬件和軟件資源的分配、調度工作，它提供用戶接口
，使用戶獲得友好的工作環境，是係統設計中一個重要組成部分。

 

 

bansuizhedianzijishukuaisudefazhan，yuelaiyueduoderenjiarudianzikaifadedajun。zaixuexidianzijishuheyanfaxiangmudeguochengzhong，bimianbuleyaoshiyongyixieyiqi
，liruwanyongbiao、示波器等等，然而對於一些非專業的愛好者，擁有一台數字示波器是比較“奢侈”的。本設計C8051F020單片機，因其具有成本低、製作簡單
、測量精度高等優勢
，恰恰滿足了這一部分人的需求。

 

C8051F020單片機是高度集成的片上係統。在芯片內集成了2個多通道ADC子係統（每個子係統包括1個可編程增益放大器和1個模擬多路選擇器）、2 個電壓輸出DAC
、2個電壓比較器
、電壓基準、SMBus／I2C總線接口、UART、SPI總線接口、5個通用的16位定時器、1個具有5個捕捉／比較模塊的可編程計數器／定時器陣列（PCA）
、內部振蕩器
、8個8位通用數字I／0端口和64 KBFLASH程序存儲器
，以及8051兼容的高速微控製器內核。

 

C8051F020單片機是所有模擬和數字外設均可由用戶固件使能/禁止和配置。Flash 存儲器還具有在係統重新編程能力，可用於非易失性數據存儲

，並允許現場更新8051 固件。片內JTAG 調試電路允許使用安裝在最終應用係統上的產品MCU 進行非侵入式（不占用片內資源）、全速
、在係統調試。該調試係統支持觀察和修改存儲器和寄存器，支持斷點
、觀察點、單步及運行和停機命令。在使用JTAG 調試時
，所有的模擬和數字外設都可全功能運行。

 

Cygnal出的一種混合信號係統級單片機。片內含CIP－51的CPU內核，它的指令係統與MCS－51完全兼容。其中的C8051F020單片機含有64kB片內Flash程序存儲器，4352B的RAM、8個I／O端口共64根I／O口線、一個12位A／D轉換器和一個8位A／D轉換器以及一個雙12位D／A轉換器、2個比較器、5個16位通用定時器
、5個捕捉／比較模塊的可編程計數／定時器陣列
、看門狗定時器、VDD監視器和溫度傳感器等部分。C8051F020單片機支持雙時鍾，其工作電壓範圍為2.7～3.6V（端口I/O,RST和JTAG引腳的耐壓為5V）。與以前的51係列單片機相比，C8051F020增添了許多功能，同時其可靠性和速度也有了很大提高。

 

 

一台完善的智能儀表功能往往很多
，設定的量程

、參(can)數(shu)也(ye)很(hen)多(duo)。如(ru)果(guo)還(hai)是(shi)用(yong)一(yi)鍵(jian)一(yi)個(ge)功(gong)能(neng)，勢(shi)必(bi)要(yao)有(you)一(yi)個(ge)很(hen)大(da)的(de)鍵(jian)盤(pan)
，麵(mian)板(ban)相(xiang)應(ying)擴(kuo)大(da)，不(bu)美(mei)觀(guan)，而(er)且(qie)成(cheng)本(ben)增(zeng)加(jia)。因(yin)此(ci)在(zai)這(zhe)類(lei)儀(yi)表(biao)中(zhong)，鍵(jian)盤(pan)設(she)計(ji)成(cheng)一(yi)鍵(jian)多(duo)義(yi)，一(yi)個(ge)鍵(jian)有(you)多(duo)種(zhong)功(gong)能(neng)。

 

在(zai)一(yi)鍵(jian)多(duo)義(yi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)
，一(yi)個(ge)命(ming)令(ling)不(bu)是(shi)由(you)一(yi)次(ci)按(an)鍵(jian)組(zu)成(cheng)
，而(er)是(shi)由(you)一(yi)個(ge)按(an)鍵(jian)序(xu)列(lie)組(zu)成(cheng)。也(ye)就(jiu)是(shi)說(shuo)
，對(dui)一(yi)個(ge)按(an)鍵(jian)含(han)義(yi)的(de)解(jie)釋(shi)
，不(bu)僅(jin)取(qu)決(jue)於(yu)本(ben)次(ci)按(an)鍵(jian)，還(hai)取(qu)決(jue)於(yu)以(yi)前(qian)按(an)了(le)些(xie)什(shen)麼(me)鍵(jian)。因(yin)此(ci)，對(dui)於(yu)一(yi)鍵(jian)多(duo)義(yi)的(de)監(jian)控(kong)程(cheng)序(xu)，首(shou)先(xian)要(yao)判(pan)斷(duan)一(yi)個(ge)按(an)鍵(jian)序(xu)列(lie)（而不是一次按鍵）shifouyigouchengyigehefamingling。ruoyigouchenghefamingling
，zezhixingmingling，fouzedengdaixinanjianshuru。yijianduoyijianpanguanlichengxu，zhuyaojiejuejianpananjianxuliedeshibieheruhegenjujianpandeanjianxuliequzhaoxiangyingdecaozuochengxuzhelianggewenti。

 

上述問題可用“一圖三表”的方法來解決。即，建立一張鍵圖
，依靠分析程序狀態表，分析程序入口表和動作例行子程序表來完成。其中分析程序狀態表總共分為4欄，分別為現狀態PSTi、鍵碼、下一狀態
、動作例行子程序編號。

 

 

編碼開關有3個引腳和5個引腳的
，其中2個引腳是按下功能，另外3個引腳控製編碼開關的左旋和右旋功能，與引腳1、2相連的是兩個長短不一的金屬靜片

，與引腳3相連的是一周有12或24個齒的金屬動片。當脈衝電位器旋轉時可出現4種狀態：引腳3與引腳1相連，引腳3與引腳2及引腳1全相連，引腳3與引腳2 相連，引腳3與引腳2及引腳1全斷開。

 

在實際使用中，一般將引腳3接地作為數據輸入端。而引腳1、2作為數據輸出端與單片機I／0口相連。本設計中用到3個編碼開關，其中一個將引腳1與單片機的P4.0相連，引腳2與單片機的P4.1相連。當脈衝電位器左旋或右旋時，P4.0和P4.1就會周期性地產生圖1所示的波形。如果是12點的脈衝電位器旋轉一圈就會產生12組這樣的波形



，24點的脈衝電位器就會產生24組這樣的波形。一組波形（或一個周期）包含了4個工作狀態。因此隻要檢測出P4.O 和P4.1的波形
，就能識別脈衝電位器是否旋轉
，是左旋還是右旋。

 

 

 

C8051F020的ADC0子係統包括：一個9通道的可配置模擬多路開關（AMUX0）
、一個可編程增益放大器（PGA0）和一個100 ksps的12位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC。ADC中集成了跟蹤保持電路和可編程窗口檢測器。AMUX0、PGA0、數據轉換方式及窗口檢測器都可用軟件通過特殊功能寄存器來配置。隻有當ADC0控製寄存器（ADCOCN）中的ADOEN位被置1時，ADC子係統才被允許工作。當ADOEN位為0 時，ADC子係統處於低功耗關斷方式。

 

ADC0端口的每一對均可用編程設置成為單端輸入或差分輸入。差分輸入時的端口配對為（0，1）、（2，3）、（4，5）、（6，7）
，此設置由通道選擇寄存器AMUXOSL的低4位和通道配置寄存器AMUXOCF的低4位確定。在AMXOCF中
，位3～O各對應2個引腳通道。位值=0，表示是獨立的單端輸入（複位值均為單端輸入）；位值=1

，表示是差分輸入對。

 

C8051F係列單片機中ADC的速率都是可編程設置的，但最少要用16個係統時鍾。一般在轉換之前還自動加上3個係統時鍾的跟蹤／保持捕獲時間 （>1.5μs）。設置F020內ADC速率的方法是通過配置寄存器ADCOCF的位7～3來進行的，其複位值為11111（位 7～3=SYSCLK／CLK（SAR）-1）。

 

一般在啟動ADC之前都要處於跟蹤方式
，控製寄存器ADCOCN的位6如果為“O”
，則一直處於跟蹤方式（此時啟動4種啟動方式都可比跟蹤啟動快3個係統時鍾）；如為“1”
，則有4種跟蹤啟動方式可選擇
，即對ADCOCN中的位3～2賦值：00為向ADBUSY寫1時跟蹤（軟件命令）
，01為定時器3溢出跟蹤，1O為CNVSTR上升沿跟蹤（外部信號），11為定時器2溢出跟蹤。

 

 

鍵盤部分采用6×6矩陣鍵盤，P7.O～P7.5為行線，P3.0～P3.5為列線。P3.0與P7.O交叉處為一鍵
，P7口接10 kΩ的上拉電阻至3.3 V。3個編碼開關的1、2腳直接與單片機的I／0引腳相連
，這裏選擇P4.O～P4.5
，3腳接地，4、5腳用作按鍵使用。僅以接P4.O和P4.1引腳的編碼開關為例，電路圖如圖2所示。模數轉換部分使用內部電壓基準，故將VREF引腳與VREF0引腳相連即可。采用電位器調節模擬量的輸入，單端輸入，電位器阻值為10 kΩ，基準電壓典型值為2.43 V，電源電壓采用3.3 V供電。為使基準電壓達到最大
，需要一個阻值約為3.58 kΩ的電阻與電位器串聯接到模擬端口

，硬件電路如圖3所示，電位器的4、5腳也用作按鍵使用。

 

 

 

zaijianpanfenxizhong，yunyongyigegongzuozhuangtaijicunqibaocunjianpandexianzhuangtai
，dangjianpansaomiaodaoyigeanjianshi
，genjuxianzhuangtaidezhicongfenxichengxurukoubiaozhongzhaodaofenxichengxuzhuangtaibiaodizhi

，conggaidizhichujinrufenxichengxuzhuangtaibiao，zhaodaoxiangpipeidezhi
，baxiayizhuangtaisongdaoxianzhuangtaidanyuanli
，quchudongzuohao，genjudongzuohaojisuanchudongzuozichengxurukoudizhi，zaizhixingxiangyingzichengxu。tu4為鍵碼匹配子程序的流程圖。

 

 

由圖1可以看出，引腳1和引腳2有同時為高電平的情況，之後如果引腳2比引腳1先到達高電平則表示左旋，如果引腳1比引腳2先到達高電平則表示右旋。編程的時候依據這個特點來判斷引腳1
、引腳2的狀態即可。以1引腳接P4.0
，2引腳接P4.1為例：

 

  

 

通過設置ADCO控製寄存器ADCOCN位3～2（ADOCM1～O）A／D轉換啟動方式選擇位
，來啟動A／D轉換：位3～2為00時，向ADOBUSY（ADCOCN位4）寫1啟動A／D轉換；位3～2為01時，定時器3溢出啟動A／D轉換；位3～2為10時
，CNVSTR上升沿啟動 A／D轉換；位3～2為11時
，定時器2溢出啟動A／D轉換。本設計采用第一種啟動方式。

 

由於單片機的工作量並不大
，所以軟件設計時采用查詢的方式。單片機不斷地查詢鍵盤
、編碼開關以及電位器的狀態，如果有變化時
，單片機將動作信息傳遞給 ARM主MCU，等待主MCU的(de)處(chu)理(li)。由(you)於(yu)單(dan)片(pian)機(ji)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)的(de)速(su)度(du)非(fei)常(chang)快(kuai)，因(yin)此(ci)在(zai)程(cheng)序(xu)中(zhong)加(jia)延(yan)時(shi)，以(yi)便(bian)觀(guan)察(cha)到(dao)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)的(de)變(bian)化(hua)量(liang)。另(ling)外(wai)，硬(ying)件(jian)設(she)計(ji)時(shi)沒(mei)有(you)考(kao)慮(lv)濾(lv)波(bo)
，故(gu)用(yong)軟(ruan)件(jian)實(shi)現(xian)濾(lv)波(bo)。一(yi)般(ban)的(de)濾(lv)波(bo)的(de)方(fang)法(fa)有(you)限(xian)幅(fu)濾(lv)波(bo)法(fa)、中位置濾波法、算術平均濾波法等，現在提出一種新的濾波方法。由於使用12位A／D，但隻要8位就可以達到所要的精度

，所以可以采用去掉低4位的方法來實現濾波的目的。由於篇幅有限
，下麵隻給出程序的一部分，以AIN0為例：

 

 

 

本文介紹的一鍵多義的按鍵管理程序
，對多按鍵的智能儀表可以通用。編碼開關的編程方法簡單易懂。在A／D轉換部分，提出的去掉低4位的軟件濾波方法可靠可行，對精度要求不高的場合非常適用。這3部分構成了一個完整的監控程序，當單片機監控到某一部分有變化時，就將其動作信息傳遞給ARM主CPU

，主CPU 進行相應的處理。

 

 

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