【文章內容簡介】 斷源、中斷響應、中斷返回三個要素。中斷源發(fā)出中斷請求，單片機對中斷請求進行響應，當中斷響應完成后進行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。當 CPU 查詢到中斷請求時，由硬件自動產(chǎn)生一條 LCALL 指令。執(zhí)行 LCALL 指令時，首先將 PC 內容壓入堆棧進行斷點保護，再把中斷入口地址裝入 PC，使程序跳轉到相應的中斷區(qū)入口地址。MCS51 單片機的中斷系統(tǒng)有 5 個中斷請求源，具有 2 個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)2 級中斷服務程序的嵌套。MCS51 中斷系統(tǒng) 5 個中斷請求源分別如下：（1）INT0：外部中斷請求 0，由 INT0 引腳輸入，中斷請求標志為 IE0；（2）INT1：外部中斷請求 1，由 INT1 引腳輸入，中斷請求標志為 IE1；（3）T0：定時器/計數(shù)器 0 的溢出中斷請求，中斷請求標志為 TF0；（4）T1：定時器/計數(shù)器 1 的溢出中斷請求，中斷請求標志為 TF1；（5）TXD/RXD:串行口的中斷請求，中斷請求標志為 TI 或 RI。 各中斷源服務程序入口地址是固定的，如下： 中斷源 入口地址 外部中斷 00003H 定時器/計數(shù)器 T0000BH 外部中斷 10013H 定時器/計數(shù)器 T1001BH 串行口中斷0023H洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）10 可以用關中斷指令“CLR EA”來屏蔽所有的中斷請求，也可以用開中斷指令“SET EA”來允許 CPU 接收中斷請求，每一個中斷另有所指可以用編程獨立地控制為允許中斷或關中斷狀態(tài)，每一個中斷源的中斷級別均可用編程進行設置。中斷系統(tǒng)結構如圖 13 所示：IE0IE1+EX0 ET0EX1ET1ESPX0PT0 PX1PT1PSPS圖 13 AT89C51 中斷系統(tǒng)結 構示意圖AT89C51 提供了 5 個中斷源，兩個中斷優(yōu)先級控制，可實現(xiàn)兩個中斷服務嵌套。當 CPU 支持中斷屏蔽指令后，可將一部分或所有的中斷關斷，只有打開相應的中斷控制位后，方可接收相應的中斷請求。程序設置中斷的允許或屏蔽，也可設置中斷的優(yōu)先等級。AT89C51 CPU 在每一個機器周期按順序去檢查每一個中斷源，在機器周期的S6 按優(yōu)先級處理所有被激活的中斷請求，此時，如果 CPU 沒有正在處理更高級別或者相同優(yōu)先級的中斷，或者現(xiàn)在的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機器周期，或者 CPU 不是正在執(zhí)行 RETI 指令或訪問 IE 和 IP 的指令，CPU 則去執(zhí)行中斷以外的操作。 AT89C51 單片機的定時/計數(shù)器在控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要用實時時鐘實現(xiàn)定時或延時控制，例如定時中斷、洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）11定時檢測、定時操作等。有的地方也要用到計數(shù)器對外部事件進行計數(shù)，例如自動化包裝線中對產(chǎn)品進行計數(shù)。在計算機控制中，實現(xiàn)定時功能一般可采用軟件定時、非編程的硬件定時和可編程硬件定時三種方法?？删幊潭〞r器可以通過軟件來對定時時間進行修改，但定時是通過硬件來完成，以中斷的方式通知CPU。因此功能強，使用方便靈活。AT89C51單片機有兩個16位定時器/計數(shù)器，分別為定時器0（T0）和定時器1（T1） 。它們都其有定時器和計數(shù)功能，可用作定時控制、精確延時，以及對外部事件的計數(shù)和控制，其中T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。微處理器（CPU） TH1 TL1 TH0 TL0TCON TMOD圖14 MCS51定時器/ 計數(shù)器結構框圖AT89C51單片機內部的定時/計數(shù)器的結構如圖14所示，定時器T0特性功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）構成，定時器T1由特性功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）構成。定時寄存器的工作方式由特殊功能寄存器TMOD控制，定時器T0和T1的啟動和停止計數(shù)由特殊功能寄存器TCON控制。同時管理定時器T0和T1的溢出標志等由特殊功能寄存器TCON控制。程序開始運行時，需要對TL0、TH0、TL1和TH1進行初始化編程，來定義它們的工作方式和設置定時器T0和T1的計數(shù)初值。（1）計數(shù)器工作模式計數(shù)功能是對外來脈沖進行計數(shù)。AT89C51 芯片 T0（）和 T1（）兩個輸入引腳，分別是這兩個計數(shù)器的計數(shù)輸入端。每當計數(shù)器的計數(shù)輸入引腳的脈沖發(fā)生負跳變時，計數(shù)器當前值加 1。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）12（2）定時器工作模式定時功能也是通過計數(shù)器的計數(shù)來實現(xiàn)的，不過此時的計數(shù)脈沖來自單片機的內部，即每個機器周期產(chǎn)生 1 個計數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過 1 個機器周期的時間，計數(shù)器當前值加 1。AT89C51 單片機的定時器/計數(shù)器具有 4 種工作方式(方式 0、方式 方式 2和方式 3)，其控制字均在相應的特殊功能寄存器中，通過對它的特殊功能寄存器的編程，可方便地選擇定時器 2 種工作模式和計數(shù)器 4 種工作方式。 SMC 1602A LCD 液晶顯示屏單片機應用系統(tǒng)常需要連接鍵盤、顯示器、打印機、A/D 和 D/A 轉換器等外設。其中，鍵盤和顯示器是使用最頻繁的外部設備，它們是構成人機對話的一種基本方式。 用 LCD 顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置相對應的顯示 RAM 區(qū)的 8 字節(jié)，又要使每字節(jié)的不同位為“1” ，其它的為“0” ，為“1”的點亮，為“0”的不亮，來組成這個特定的字符。圖 15 SMC 1602 管腳圖但對于內帶字符發(fā)生器的控制器而說，顯示字符就簡單多了，可以使控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開始顯示的行列號以及每行的列數(shù)找到顯示 RAM相對應的地址，設立光標，在此位置送上該字符對應的代碼即可。 SMC 1602A LCD 為 16*2 的液晶顯示屏，支持字母和數(shù)字的 ASCII 碼顯示，即給 LCD 送相應數(shù)字和字母的 ASCII 碼，保證正確時序，即可顯示相應的字符。SMC 1602 的管腳圖如圖 15 所示。 SMC 1602 采用標準的 16 腳接口。各引腳具體說明如下：洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）13第 1 腳 ： VSS 為 電 源 地 。第 2 腳 ： VDD 接 5V 電 源 正 極 。第 3 腳 ： V0 為 液 晶 顯 示 器 對 比 度 調 整 端 。 接 地 電 源 時 ， 對 比 度 是 最 高 的； 接 正 電 源 時 ， 對 比 度 是 最 低 的 （ 對 比 度 太 高 時 ， 會 產(chǎn) 生 “鬼 影 ”現(xiàn) 象 ， 這 時對 比 度 可 以 用 一 個 10K 的 電 位 器 進 行 調 整 ） 。第 4 腳：RS 為寄存器選擇端。高電平“1”時,選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平“0”時,選擇指令寄存器。第 5 腳：R/W 為讀寫信號線。高電平“1”時，進行讀操作；低電平“0”時，進行寫操作。第 6 腳：EN 端為使能端。第 7～14 腳：D0～D7 引腳，為 8 位雙向數(shù)據(jù)端口。第 15～16 腳：空腳或背燈電源。15 腳為背光正極，16 腳為背光負極。SMC 1602 與單片機的連接圖如圖 16 所示。圖 16 SMC 1602 與單片機連接圖第 2 章 可編程脈沖信號發(fā)生器的硬件設計 硬件系統(tǒng)的總體設計洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）14 系統(tǒng)的總體框圖基于 AT89C51 單片機的可編程脈沖信號發(fā)生器的系統(tǒng)框圖如圖 21 所示：圖 21 系統(tǒng)框圖 原理闡述可編程脈沖信號發(fā)生器以 AT89C51 單片機為核心，以矩陣鍵盤作為輸入設備，以液晶顯示屏 SMC1602 為顯示設備，通過矩陣鍵盤將脈沖信號參數(shù)頻率、個數(shù)、占空比送入 AT89C51 單片機,接著單片機進行數(shù)據(jù)處理，驅動液晶屏在指定的位置顯示相關的參數(shù)；根據(jù)不同的脈沖信號參數(shù)指標采取不同的控制策略，生成滿足指標要求的脈沖信號。為提高系統(tǒng)的抗干擾性，將脈沖信號通過端口 經(jīng)過 555 定時器構成的史密斯觸發(fā)器輸出。 硬件系統(tǒng)各部分構成 電源電路如下頁圖 22 電源電路圖所示，電源供電部分采用變壓器降壓、橋式整流電路整流、電容器濾波、三端穩(wěn)壓器 7805 穩(wěn)壓后供電。電源用 220V 市電經(jīng)降壓變壓器 TR1 降壓成 8V 交流電，然后經(jīng)四個整流二極管（D1—D4）組成的橋式整流電路變成直流電壓，經(jīng) C1 濾波后送入 7805 芯片穩(wěn)壓成 5V 直流電源向液晶顯示屏 SMC160555 定時器、單片機 AT89C51 等元器件供電。鍵盤輸入 驅動顯示液晶屏顯示參數(shù)SMC1602脈沖信號輸出電源電路7805MCS—51控制脈沖輸出及控制顯示AT89C51]洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）15圖 22 電源電路圖穩(wěn)壓器 7805 引腳圖如圖 23 所示： 圖 23 穩(wěn)壓器 7805 引腳圖引腳功能為：1 腳：輸入。 2 腳：接。 3 腳：輸出。 由于內部電流的限制，以及過熱保護和安全工作區(qū)的保護，使它基本上不會損壞。如果能夠提供足夠的散熱片，它們就能夠提供大于 輸出電流。雖然是按照固定電壓值來設計的，但是當接入適當?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。 矩陣鍵盤鍵盤是一種輸入裝置，通過鍵盤上任一按鍵可以向單片機輸入信息。按鍵開關是鍵盤的基本組成元件。 鍵盤結構的關鍵是如何把鍵盤上的每次按鍵動作轉換成相應的 ASCII 碼送到單片機。按編碼方式的不同，可以將鍵盤分為全編碼鍵盤和非全編碼鍵盤。所謂全編碼鍵盤，是每一個按鍵，通過全編碼電路產(chǎn)生唯一對應的編碼信息。這種全編碼鍵盤響應速度快，但是以復雜的硬件電路為代價的，而且其復雜性隨著按鍵數(shù)的增加而大大增加，價格貴。所謂非編碼鍵盤，是利用簡單的電路和軟件配合來識別按鍵的位置（位置碼） ，然后由單片機通過軟件查表將位置碼轉換成需要的編碼信息。雖然這種鍵盤響應速度不如全鍵盤快，但可以由 CPU 的處理速度洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）16來彌補 [9]。這種鍵盤的優(yōu)點是通過軟件編碼為鍵盤某些見的重新定義提供了極大的方便?？紤]到本次設計的經(jīng)濟性與便攜性，故采用非編碼鍵盤作為可編程脈沖信號發(fā)生器的輸入設備。非編碼鍵盤結構圖如圖 24 所示。圖 24 非編碼鍵盤結構圖鍵盤上的按鍵一般排成行、列矩陣格式，每個交叉點上可接一個按鍵。在非編碼鍵盤中，采用行掃描法來掃描識別按下的鍵。行掃描法的基本原理是，先有程序逐行對鍵盤進行掃描，再通過檢測列的狀態(tài)來確定按鍵的行列位置。 脈沖信號輸出電路通過鍵盤將脈沖信號參數(shù)指標送入到 AT89C51 單片機。單片機從預設置空間中取出參數(shù)指標數(shù)據(jù)并加以處理，得到產(chǎn)生脈沖信號需要的數(shù)據(jù)，接著產(chǎn)生滿足參數(shù)指標的脈沖信號。軟件上，先調用顯示子程序，關掉顯示。然后調用顯示子程序顯示脈沖信號指標關鍵字頻率（PL） 、占空比（ZKB） 、個數(shù)（NUM） ，提示用戶輸入脈沖信號參數(shù)指標。若沒有按鍵或者發(fā)生竄鍵，則 CPU 處于等待狀態(tài)，直到檢測到有有效按鍵為止，這時調用按鍵分析子程序計算出被按按鍵的鍵值。脈沖信號輸出電路圖如圖 25 所示。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）17圖 25 脈沖信號輸出電路圖按上述方式依次輸入三組數(shù)據(jù)并求出各位數(shù)的鍵值，并且調用液晶屏顯示驅動子程序，在液晶屏指定位置顯示脈沖信號頻率、占空比、脈沖個數(shù)信息。然后，調用脈沖生成子程序產(chǎn)生滿足指標參數(shù)的脈沖信號。然后將流程回到脈沖生成子程序的開始處，準備產(chǎn)生下一個脈沖信號，這樣周而復始，直到輸出完要求個數(shù)的脈沖信號。最后，若檢測到重置信號時返回主程序開始處，進行數(shù)據(jù)設定輸出新周期的脈沖信號，否則程序將等待在主程序的結束處。其中，定時初值從特定緩沖區(qū)得到。定時初值的不同，就會得到不同的電平寬度，從而得到不同周期的脈沖，也就得到了不同頻率的脈沖了。調整高低電平所占的時間，便可以改變脈沖信號的占空比。洛陽理工學院畢業(yè)設計（論文）18 考慮到周圍電磁環(huán)境以及信號突變的輸出脈沖信號的影響，這里將得到的脈沖信號經(jīng) 555 定時器構成的施密特觸發(fā)器輸出。施密特觸發(fā)器，具有回差電壓特性，能將邊沿變化緩慢的電壓波形整形為邊沿陡峭的矩形脈沖。1265VCC RDO555 3Ov7vvI2I1vIC8 412IvCCV VCC2RttvIOv 123 CCVCC1V3(a)電 路 圖 (b)波 形 圖v圖 26 555 定時器構成的施密特觸發(fā)器（1）V I =0V 時，v o1輸出高電平。（2）當 VI上升到 時，V o1輸出低電平。當 VI由 繼續(xù)上升，v o1保持c3 c32不變。（3）當 VI下降到 時，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖健６以?VI繼續(xù)下降到 0Vc31時，電路的這種狀態(tài)保持不變。圖 26 中，R、VCC 2構成另一輸出端 Vo2，其高電平可以通過改變 VCC2進行調節(jié) [12]。 正是由于施密特觸發(fā)器具有回差電壓特性，可以有效的避免因電磁環(huán)境引起的小幅度電壓突變造的脈沖信號的變化。此外，當施密特觸發(fā)器輸入端為低電平時，輸