浅析基于C8051F020的示波器监控程序设计方案

ADC0

C8051F020的ADC0子系统包括：一个9通道的可配置模拟多路开关(AMUX0)、一个可编程增益放大器(PGA0)和一个100ksps的12位分辨率的逐次逼近寄存器型ADC。ADC中集成了跟踪保持电路和可编程窗口检测器。AMUX0、PGA0、数据转换方式及窗口检测器都可用软件通过特殊功能寄存器来配置。只有当ADC0控制寄存器(ADCOCN)中的ADOEN位被置1时，ADC子系统才被允许工作。当ADOEN位为0时，ADC子系统处于低功耗关断方式。

ADC0端口的每一对均可用编程设置成为单端输入或差分输入。差分输入时的端口配对为(0，1)、(2，3)、(4，5)、(6，7)，此设置由通道选择寄存器AMUXOSL的低4位和通道配置寄存器AMUXOCF的低4位确定。在AMXOCF中，位3～O各对应2个引脚通道。位值=0，表示是独立的单端输入(复位值均为单端输入);位值=1，表示是差分输入对。

C8051F系列单片机中ADC的速率都是可编程设置的，但最少要用16个系统时钟。一般在转换之前还自动加上3个系统时钟的跟踪/保持捕获时间(>1.5μs)。设置F020内ADC速率的方法是通过配置寄存器ADCOCF的位7～3来进行的，其复位值为11111(位7～3=SYSCLK/CLK(SAR)-1)。

一般在启动ADC之前都要处于跟踪方式，控制寄存器ADCOCN的位6如果为“O”，则一直处于跟踪方式(此时启动4种启动方式都可比跟踪启动快3个系统时钟);如为“1”，则有4种跟踪启动方式可选择，即对ADCOCN中的位3～2赋值：00为向ADBUSY写1时跟踪(软件命令)，01为定时器3溢出跟踪，1O为CNVSTR上升沿跟踪(外部信号)，11为定时器2溢出跟踪。

5系统硬件电路设计

键盘部分采用6×6矩阵键盘，P7.O～P7.5为行线，P3.0～P3.5为列线。P3.0与P7.O交叉处为一键，P7口接10kΩ的上拉电阻至3.3V。3个编码开关的1、2脚直接与单片机的I/0引脚相连，这里选择P4.O～P4.5，3脚接地，4、5脚用作按键使用。仅以接P4.O和P4.1引脚的编码开关为例，电路图如图2所示。模数转换部分使用内部电压基准，故将VREF引脚与VREF0引脚相连即可。采用电位器调节模拟量的输入，单端输入，电位器阻值为10kΩ，基准电压典型值为2.43V，电源电压采用3.3V供电。为使基准电压达到最大，需要一个阻值约为3.58kΩ的电阻与电位器串联接到模拟端口，硬件电路如图3所示，电位器的4、5脚也用作按键使用。

6系统软件设计

6.1一键多义键盘程序设计

在键盘分析中，运用一个工作状态寄存器保存键盘的现状态，当键盘扫描到一个按键时，根据现状态的值从分析程序入口表中找到分析程序状态表地址，从该地址处进入分析程序状态表，找到相匹配的值，把下一状态送到现状态单元里，取出动作号，根据动作号计算出动作子程序入口地址，再执行相应子程序。图4为键码匹配子程序的流程图。

6.2编码开关程序设计

由图1可以看出，引脚1和引脚2有同时为高电平的情况，之后如果引脚2比引脚1先到达高电平则表示左旋，如果引脚1比引脚2先到达高电平则表示右旋。编程的时候依据这个特点来判断引脚1、引脚2的状态即可。以1引脚接P4.0，2引脚接P4.1为例：

6.3模数转换软件设计

通过设置ADCO控制寄存器ADCOCN位3～2(ADOCM1～O)A/D转换启动方式选择位，来启动A/D转换：位3～2为00时，向ADOBUSY(ADCOCN位4)写1启动A/D转换;位3～2为01时，定时器3溢出启动A/D转换;位3～2为10时，CNVSTR上升沿启动A/D转换;位3～2为11时，定时器2溢出启动A/D转换。本设计采用第一种启动方式。

由于单片机的工作量并不大，所以软件设计时采用查询的方式。单片机不断地查询键盘、编码开关以及电位器的状态，如果有变化时，单片机将动作信息传递给ARM主MCU，等待主MCU的处理。由于单片机模数转换的速度非常快，因此在程序中加延时，以便观察到模数转换的变化量。另外，硬件设计时没有考虑滤波，故用软件实现滤波。一般的滤波的方法有限幅滤波法、中位置滤波法、算术平均滤波法等，现在提出一种新的滤波方法。由于使用12位A/D，但只要8位就可以达到所要的精度，所以可以采用去掉低4位的方法来实现滤波的目的。由于篇幅有限，下面只给出程序的一部分，以AIN0为例：

结语

本文介绍的一键多义的按键管理程序，对多按键的智能仪表可以通用。编码开关的编程方法简单易懂。在A/D转换部分，提出的去掉低4位的软件滤波方法可靠可行，对精度要求不高的场合非常适用。这3部分构成了一个完整的监控程序，当单片机监控到某一部分有变化时，就将其动作信息传递给ARM主CPU，主CPU进行相应的处理。