C51单片机在三值光计算机编码器中的应用.pdf

第 2 蝎 0 0 8 9 期 年月 计 算 机 技 术 与 发 展 V o 1 1 8 N 9 C OMP U TE R T E C HN OL OG Y A N D DE V EL OP ME N T S e p 2 0 0 8 C 5 1单片机在 三值光计算机编码器 中的应用 李 军 金翊 尹逊玮 上海大学 计算机工程与科学学院 上海 2 0 0 0 7 2 摘要 采用 C 5 1 单片机作为三值光计算机编码器的控制核心 实现了可以长时间稳定工作的三值光计算机编码器模型 C 5 l 单片机主要完成了与上位机通信和控制液晶单元工作的功能 文中从硬件和软件两个方面对使用的单片机系统进行 了详细讨论 着重介绍了单片机系统中硬件的设计 实现方法和软件流程及核心程序段 实验结果表明该系统性能稳定 可靠 目前已在 3 6 0 位的三值逻辑光学处理器模拟机中使用 关键词 嵌入式系统 单片机控制系统 三值光计算机 编码器 中图分类号 T P 3 6 8 1 文献标识码 A 文章编号 1 6 7 3 6 2 9 X 2 0 0 8 0 9 O 1 8 0 一o 3 Ap pl i c a t i o n o f S i n g l e Ch i p M i c r o c o mpu t e r i n Te r n a r y Opt i c a l Co mp u t e r Co d e r LI J u n j I N Yi YI N Xu n we i S c h o o l o f C o mp u t e r E n g i n e e r i n g a n d S c i e n c e S h a n g h a i Un i v e r s i t y S h a ngh a i 2 0 0 0 7 2 C h i n a Ab s t r a c t An a p p l ic a t io n o f s i n g l e c hip mi c r o c o mp u t e r in t e r n a r y o p t i c al c o mpu t e r c o d e r i s p r e s e n t e d in t h e p a p e r The S C M c o n t r o l t h e li q u id c r y s t a l wh i c h ma d d i n g o f t h e c o d e r wi t h t h e d a t a r e c e iv ed f r o m P C The h a r d wa r e a n d s o f t wa r e o f t h e c o n t r o l l e r h a v e b e e n a C c omp l i s h ed andt h e c o d e r h a sb e e nwo r k i ng i n a 3 6 0一b i tt e rna r ylo g i c a l o p t i c p r o c e s s o r I nt h i spap e r t hed e s ig n r e a l iz a t i o n fl o w c h a r t andma i n p r o g r a m o ft h e SC M c o n t r o l s y s t e m a l e e mp h a t i c a l lyin t r o d u c e dandt h e e x p e r i me n t o ft h e s y s t emi s s h o wn Ke y wo r d s em b e d d ed s y s t em S CMC t e r n a r y o p t i c al c o mp u t e r c o d er 0 引 言 三值光学计算机研究已经完成了3 6 0位的三值逻 辑光学运算器模拟器 它标志着数百位或数千位的三 值光计算机已经在实验上得到了验证 在这个计算机 中 信息在光学部件中以光学方式处理 借以发挥光的 空间并行性 而系统的控制任务由电子部件承担 这样 不仅极大地降低了研发成本和制造成本 还极大地提 高了系统的可靠性 三值光计算机中光学部件和电子 部件的关系类似于铁路系统中列车和信号系统的关 系 在这样的思想指导下 三值光计算机在非信息处 理部件中将尽量使用电子部件 尤其是采用 p c 机和嵌 入式系统 例如在 目前完成 的 3 6 0位逻辑 运算光学处 理器模拟器中 就使用了 C 5 1单片机系统 A R M7系 统 P C机和半导体存储阵列等多种电子设备 用它们 完成了该模拟器的控制任务和数据输入输出任务 文 收稿 日期 2 0 0 7 一l 2 2 5 基金项目 国家 自然科学基金项 目 6 0 4 7 3 0 0 8 作者简介 李军 1 9 7 7 一 男 河南信 阳人 硕士研究生 研究方向 为三值光计算机 嵌入式系统 金翊 教授 博导 研究方向为三值 光计算机理论和实现 中介绍 C 5 1 单片机系统在三值光计算机编码器中的 作用和实现技术 1 三值光计算机编码器结构简介 三值光计算机编码器依靠液晶的旋光特性将二值 电信号转换成相应的三值光信号 1 2 J 这里的三值光 信号是无光态和偏振方向相互垂直的两种线偏振光 文献 3 5 详细论述了编码器的工作原理 它的结构 如图 1 所示 其中 P为垂直偏振片 图 1 编码 器与解码 器示意 图 编码器主要 由光 源 两块垂 直偏 振片 和两块 液晶 构成 当液晶像素的控制电平 C 1和 C 2 为高时 液 晶把穿过它的光 线的偏振方 向转过 9 0 所 以通 过设 置两块液晶各像素的控制电位就可以调制出需要的三 值光信号 输出光的状态和控制电平的对应关系见表 1 维普资讯 第 9期 李 军等 C 5 1 单片机在三值光计算机编码器中的应用 L 8 l 表 1 产生三值光信号的控制电平 三值光信号 控制 电平 Cl 控制电平 2 水平偏振光 低电平 高电平 无光 高电平 低电平 垂直偏振光 低电平 低电平 2 单片机在三值光计算机编码器中的应用 2 1 编码器控制 系统的主要功能 该控制 系统的主要功能有二 1 与上位机通信 上位 饥是系统与人 或网络 接口 它为系统接收数据 并按表 1的规定 编制对液 晶 单元 的控制电平 并将这 些控制电平 的代码按 规定 的 格式存在专用缓冲 区 所以编码器控制系统的第一个 功能就是与上位机 通讯 把上位机专用缓 冲区中 的控 制电平代码取走 2 控制液 晶单元工作 根据液晶器件的时序 扫 描规律和指令 把从上 位机取得的控制 电平代码送 到 液晶屏 控制液晶每个像素的旋光作用 鉴于三值光计算机研 究处于验证原 理 奠定实验 基础 的时期 在保证实验 目标的前提下 从易于实现 的 角度 出发 研究 中选 用 Y MS G L 1 2 8 6 4 P一1 2型液 晶 显示器制作三值光计算机编码器 又根据这个液晶器 件的工作特性 选用 A T ME L公司的 A T 8 9 C 5 1 单 片机 作为编码器的控制器 2 2 硬件电路设计和实现 作为编码器的控制器 C 5 1 实现的主要接 口如下 1 5 1 仿真器调试接 口 2 串行通信接 口 3 5 1 与编码器 液晶接 口 其总体硬件结构 图如图 2所示 P 2 P o 7 P o 6 P o 5 P o 4 P o 3 P o 2 P o l 液晶模块 1 I C S l I R E S I l W R l l R D l 液晶模块 2 j l 图 2控 制 原 理 电路 图 其中 C S片选信号 低 电平有效 R E S液晶初试化引脚 低 电平有效 A 0数据 命令控制信号 WR写数据操作 低电平有效 R D读数据操作 低 电平有效 I X D 7 八位双向数据总线 由图 2 知 C 5 1的 P 2口连 接两块 液晶 的数据 口 传输命令或数据到液晶 P 0口连接液晶的控制引脚 每块液晶除了控制信号 C S和 R E S以外 其它同名 引 脚共用相 同的 C 5 1 引脚 在这个结构中 片选 C S信号确定当前数据或命 令传输到哪一块液晶 A 0信号区分当前总线上传输的 是数据还 是指令 WR和 R D信 号决定 数据 流向 当 数据发送 到液晶模块并 且稳定后 编码器就输 出三值 光信号 该设计的优点 硬件连接简单明晰 系统可扩展性 好 2 3 软件控制流程和程序实现 软件总体分为两大部分 上位机软件和下位机软 件 本系统的上位机是 P C 其软件 的主要功能为 1 从前端界面接收输入的数据 2 将收到的数据按照表 1 转换 并存入缓冲区 3 与下位机通信 将缓冲区中的数据发给下位机 4 与下位机通信对传送的数据进行校验和确认 本系统的下位机是 C 5 1 单片机 这部分软件的主 要任务有 1 与上位机通信 接收上位机发来的数据 2 与上 位机通 信 对 收到 的数据进 行校 验和确 认 3 将接收到的数据送液晶控制端 以控制液 像素 的旋 光状态 根据 C 5 1 软件 的主要任务 设计 的软件流程 图如 图 3所示 它包含五个模块 开始 望 塑 堑些l 卤 豳 手 I 堡 垫 塑I 匝圃 豳 主 1 垄 茎 竺 墼 I 主 液晶显示函数l 图 3 C 5 1软件 流 程 图 1 单片机初始化 2 液晶初试化 3 接收命令和数据 4 计算校验和 发送校验和 维普资讯 1 8 2 计算机技术与发展 第 l 8卷 5 用处理好的控 制数据控 制各液 晶像素 的旋光 状态 其中 1 和 2 的程序必须根据相应器件的说明书 编写 内容较为 固定 不是设计 重点 因此不再深入讨 论 4 是对数据进行和校验的常用算法 此处也不再 介绍 以下重点讨论 3 和 5 程序的主要部分 2 3 1 接 收命令和数据程序 下面给出接收命令和数据程序的主要代码 Re c C o mma n d J N B RI CU RI MOV A S BUF MOV R1 A A 0 0 1 H J Z t A C K I MP R e Co mma n d s e K MOV S BUF R1 J NB TI CLR TI Re e Da t a Le n M0 Dm 0 D F F FH J NB RI CLR RI MOV A S B UF MOV R6 A MOV X DI A I NCD R MOV SBUF A J NB TI CLR TI Re d3 a t a J NB RI CU RI MOV A S BUF MoVX D阿 A I NC DPrR MOV SBUF A J NB TI CLRTI DI NZR 6 Re d D a t a RET 2 3 2 与液晶显示有 关的程序 1 写液晶器件 写入液 晶 的数 据 和命 令都是通 过 P 2口发送 依靠控制信号 A 0来区分二者 因此需 要发送命令 0 UT I 和发送数据 O U T D 的子程序 0UTI CURA0 a WR M0V P2 A S ETBW R RET 0U r D S lr B A0 CLR W R M0V P2 A S ETB WR RET 2 液晶显示程序 Y MS G G 1 2 8 6 4 P一1 2液 晶 有 1 2 8 列 6 4行个像素 按行分为 8页 每页 8 行 页 内每列用一个字节的数据控制 从上 到下对应 于控制 字节的 D 7 位到 D O 位 液 晶显示程序如下 TES T1 MoVR1 1 2 8 M 0V R2 0 B O H DI S P MoVA 0 1 0 H ACAI L 0UTI M0V A o 0 AQ LL 0UTI M 0V A R2 AQ LL 0UTI DI S P1 CLR A MC l V X A D哪 CAI L0UTD I NCD R DJ NZR1 DI S P1 MoV R1 1 2 8 I NC R2 qNE R 2 0 f 3 8 H DI S P RET 3实 验 3 1 实验过程概述 实验过程大致分为 以下几个主要步骤 1 搭建实验硬件平台 并确保硬件能正常工作 2 运行嵌入式程序 3 运 行上位 机程序 3 2 实验结果 图 4为实验结果 其 上半部分 是照相 机前没有放 置偏振片的拍摄效果 这时两种线偏振光均表现为亮 所以两列黑色条纹之间的亮区域是两倍宽度 下半部 分的左半边是照相机前加水平偏 振 片的拍摄 效果 这 个区域中只有水平偏振光线能透过来 显示 为亮色 无 光和垂直线偏振 光则显示成暗黑 色和黑 色 非亮色 下转 第 1 8 6页 维普资讯 1 8 6 计算机技 术与发展 第 l 8卷 2 3 综合查询 系统 建立基于各项公用 事业 服务 便 民服务 的综合 信 息查询体系 提供各类 如个人税务查询 公用事业服务 查询 便民服务查询 等全方位 的查 询 系统 市民可访 问综合查询门户网站 根据个人需要进行相关的信息 查询 综合查询系统的主要功能结构分为 市民卡首页 综合查询模块 交流论坛 增值服务模块 内容管理模 块 网上调查模块 用户管理模块等 2 4 决策支持 系统 通过决策支持系统 建立全 面的主题化模 型 模型 将覆盖 目前市 民卡所有业务平台 完成现有部分数据 指 目前较为稳定 和完善 的数 据 清洗 和迁 移 构筑市 民卡中心数据仓库基 础平 台 并 在此基础上 开发关键 的业务报表和查询 3 结束语 面向服务的综合应用平台 I F A A D 五层模型成功 指导了杭州市市民卡建设核心部分的综合服务平台的 设计开发 较好地解决 了市 民社会管理 信息化公共 服 务体系的构建和信息资源增值等一系列服务问题 市民卡综合服务平 台集成了市民卡项 目众多应 用 大大推进了市民卡项 目建设进 程 已经构建了一 个 以市民卡窗口服务和远程服务相结合的服务体系 截 止 2 0 0 7 年 4 月底 市 民卡累计 申领人 数已达 1 6 7 8 3 8 8 人 累计制卡 1 5 2 5 2 0 7张 发放数 1 5 0 8 3 2 9张 归集 有 上接 第 1 8 2页 下半部分的右半边是放 置垂 直偏振 片的拍摄效果 这 个 区域中只有垂直线偏振光能透过来 显示为亮色 无 光和水平线偏 振光 显示 暗黑 色和黑 色 由此 可 以断 定 图 4中明暗相间的条纹从左至右分 别代表无光态 垂直线偏振光态 水平线偏振光态 上 下 左 右 图 4实验结果 实验结果证明 C 5 1 单 片机实现 了三值 光计算 机 编码器模拟器 的控制功 能 完 成 了二值 电信号 到三 值 光信号转换的控制 功能 4 结束语 以单 片机 A T 8 9 C 5 1为核 心 控 制两 块 Y MS G一 来 自市政府相关部门的 6 7 0 万市 民的个人基础信 息资 源 建立 了全市市民个人基础信息库 实现市政府相关 部门间的数据交换 市民可以从 自助终端 网站 呼叫 中心 服务 网点 以及家 里的数字电视等各种途径享受市 民卡 的应用服 务 包括查询医保帐户 金融帐户 公 积金 等市 民卡相 关业务 信息 也可以办理如公交 公 园 公用事业交费 身份认 证等应用业务 以及市 民卡商 盟会 员应用 等商 应用 参考文献 1 Z h a L L i W Y u H Y e t a 1 S e r v i c e o r i e n t e d V E G A g r i d s y s t e m s o f t w a r e d e s i g n a n d e v a l u t i o n J C h i n e s e J o u r n a l o f C o mp u t e r s 2 0 0 5 2 8 4 4 9 5 5 0 4 2 饶元 面向服务体系结构的企业 资源计划 系统应用模 型与集成策略 J 计算机集成制造系统 2 0 0 6 1 2 1 0 1 57 0 1 5 7 6 3 李慧 宋怀明 焦丽梅 等 大规模数据库系统的面向服 务架构研究 J 计算机工程 2 0 0 7 3 3 2 8 5 9 6 4 张静 孔芳 杨季文 一个基于组件和模型驱动的 E R P 软件开发框架的设计 J 微