【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 斷源、中斷響應(yīng)、中斷返回三個(gè)要素。中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，單片機(jī)對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)，當(dāng)中斷響應(yīng)完成后進(jìn)行中斷返回，返回被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)被中斷的程序。當(dāng) CPU 查詢到中斷請(qǐng)求時(shí)，由硬件自動(dòng)產(chǎn)生一條 LCALL 指令。執(zhí)行 LCALL 指令時(shí)，首先將 PC 內(nèi)容壓入堆棧進(jìn)行斷點(diǎn)保護(hù)，再把中斷入口地址裝入 PC，使程序跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷區(qū)入口地址。MCS51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng)有 5 個(gè)中斷請(qǐng)求源，具有 2 個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)2 級(jí)中斷服務(wù)程序的嵌套。MCS51 中斷系統(tǒng) 5 個(gè)中斷請(qǐng)求源分別如下：（1）INT0：外部中斷請(qǐng)求 0，由 INT0 引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 IE0；（2）INT1：外部中斷請(qǐng)求 1，由 INT1 引腳輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 IE1；（3）T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 0 的溢出中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 TF0；（4）T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 1 的溢出中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 TF1；（5）TXD/RXD:串行口的中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為 TI 或 RI。 各中斷源服務(wù)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(shí)器/計(jì)數(shù)器 T0000BH 外部中斷 10013H 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 T1001BH 串行口中斷0023H洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10 可以用關(guān)中斷指令“CLR EA”來(lái)屏蔽所有的中斷請(qǐng)求，也可以用開(kāi)中斷指令“SET EA”來(lái)允許 CPU 接收中斷請(qǐng)求，每一個(gè)中斷另有所指可以用編程獨(dú)立地控制為允許中斷或關(guān)中斷狀態(tài)，每一個(gè)中斷源的中斷級(jí)別均可用編程進(jìn)行設(shè)置。中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 13 所示：IE0IE1+EX0 ET0EX1ET1ESPX0PT0 PX1PT1PSPS圖 13 AT89C51 中斷系統(tǒng)結(jié) 構(gòu)示意圖AT89C51 提供了 5 個(gè)中斷源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)控制，可實(shí)現(xiàn)兩個(gè)中斷服務(wù)嵌套。當(dāng) CPU 支持中斷屏蔽指令后，可將一部分或所有的中斷關(guān)斷，只有打開(kāi)相應(yīng)的中斷控制位后，方可接收相應(yīng)的中斷請(qǐng)求。程序設(shè)置中斷的允許或屏蔽，也可設(shè)置中斷的優(yōu)先等級(jí)。AT89C51 CPU 在每一個(gè)機(jī)器周期按順序去檢查每一個(gè)中斷源，在機(jī)器周期的S6 按優(yōu)先級(jí)處理所有被激活的中斷請(qǐng)求，此時(shí)，如果 CPU 沒(méi)有正在處理更高級(jí)別或者相同優(yōu)先級(jí)的中斷，或者現(xiàn)在的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，或者 CPU 不是正在執(zhí)行 RETI 指令或訪問(wèn) IE 和 IP 的指令，CPU 則去執(zhí)行中斷以外的操作。 AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器在控制系統(tǒng)中，經(jīng)常需要用實(shí)時(shí)時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)定時(shí)或延時(shí)控制，例如定時(shí)中斷、洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11定時(shí)檢測(cè)、定時(shí)操作等。有的地方也要用到計(jì)數(shù)器對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)，例如自動(dòng)化包裝線中對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行計(jì)數(shù)。在計(jì)算機(jī)控制中，實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能一般可采用軟件定時(shí)、非編程的硬件定時(shí)和可編程硬件定時(shí)三種方法?？删幊潭〞r(shí)器可以通過(guò)軟件來(lái)對(duì)定時(shí)時(shí)間進(jìn)行修改，但定時(shí)是通過(guò)硬件來(lái)完成，以中斷的方式通知CPU。因此功能強(qiáng)，使用方便靈活。AT89C51單片機(jī)有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，分別為定時(shí)器0（T0）和定時(shí)器1（T1） 。它們都其有定時(shí)器和計(jì)數(shù)功能，可用作定時(shí)控制、精確延時(shí)，以及對(duì)外部事件的計(jì)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(shí)器/ 計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)框圖AT89C51單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)如圖14所示，定時(shí)器T0特性功能寄存器TL0（低8位）和TH0（高8位）構(gòu)成，定時(shí)器T1由特性功能寄存器TL1（低8位）和TH1（高8位）構(gòu)成。定時(shí)寄存器的工作方式由特殊功能寄存器TMOD控制，定時(shí)器T0和T1的啟動(dòng)和停止計(jì)數(shù)由特殊功能寄存器TCON控制。同時(shí)管理定時(shí)器T0和T1的溢出標(biāo)志等由特殊功能寄存器TCON控制。程序開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，需要對(duì)TL0、TH0、TL1和TH1進(jìn)行初始化編程，來(lái)定義它們的工作方式和設(shè)置定時(shí)器T0和T1的計(jì)數(shù)初值。（1）計(jì)數(shù)器工作模式計(jì)數(shù)功能是對(duì)外來(lái)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。AT89C51 芯片 T0（）和 T1（）兩個(gè)輸入引腳，分別是這兩個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入端。每當(dāng)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)輸入引腳的脈沖發(fā)生負(fù)跳變時(shí)，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值加 1。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12（2）定時(shí)器工作模式定時(shí)功能也是通過(guò)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不過(guò)此時(shí)的計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自單片機(jī)的內(nèi)部，即每個(gè)機(jī)器周期產(chǎn)生 1 個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，也就是每經(jīng)過(guò) 1 個(gè)機(jī)器周期的時(shí)間，計(jì)數(shù)器當(dāng)前值加 1。AT89C51 單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)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(yīng)的特殊功能寄存器中，通過(guò)對(duì)它的特殊功能寄存器的編程，可方便地選擇定時(shí)器 2 種工作模式和計(jì)數(shù)器 4 種工作方式。 SMC 1602A LCD 液晶顯示屏單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)常需要連接鍵盤(pán)、顯示器、打印機(jī)、A/D 和 D/A 轉(zhuǎn)換器等外設(shè)。其中，鍵盤(pán)和顯示器是使用最頻繁的外部設(shè)備，它們是構(gòu)成人機(jī)對(duì)話的一種基本方式。 用 LCD 顯示一個(gè)字符時(shí)比較復(fù)雜，因?yàn)橐粋€(gè)字符由 68 或 88 點(diǎn)陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個(gè)位置相對(duì)應(yīng)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(diǎn)亮，為“0”的不亮，來(lái)組成這個(gè)特定的字符。圖 15 SMC 1602 管腳圖但對(duì)于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器而說(shuō)，顯示字符就簡(jiǎn)單多了，可以使控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD 上開(kāi)始顯示的行列號(hào)以及每行的列數(shù)找到顯示 RAM相對(duì)應(yīng)的地址，設(shè)立光標(biāo)，在此位置送上該字符對(duì)應(yīng)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(yīng)數(shù)字和字母的 ASCII 碼，保證正確時(shí)序，即可顯示相應(yīng)的字符。SMC 1602 的管腳圖如圖 15 所示。 SMC 1602 采用標(biāo)準(zhǔn)的 16 腳接口。各引腳具體說(shuō)明如下：洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(duì) 比 度 調(diào) 整 端 。 接 地 電 源 時(shí) ， 對(duì) 比 度 是 最 高 的； 接 正 電 源 時(shí) ， 對(duì) 比 度 是 最 低 的 （ 對(duì) 比 度 太 高 時(shí) ， 會(huì) 產(chǎn) 生 “鬼 影 ”現(xiàn) 象 ， 這 時(shí)對(duì) 比 度 可 以 用 一 個(gè) 10K 的 電 位 器 進(jìn) 行 調(diào) 整 ） 。第 4 腳：RS 為寄存器選擇端。高電平“1”時(shí),選擇數(shù)據(jù)寄存器；低電平“0”時(shí),選擇指令寄存器。第 5 腳：R/W 為讀寫(xiě)信號(hào)線。高電平“1”時(shí)，進(jìn)行讀操作；低電平“0”時(shí)，進(jìn)行寫(xiě)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(fù)極。SMC 1602 與單片機(jī)的連接圖如圖 16 所示。圖 16 SMC 1602 與單片機(jī)連接圖第 2 章 可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器的硬件設(shè)計(jì) 硬件系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14 系統(tǒng)的總體框圖基于 AT89C51 單片機(jī)的可編程脈沖信號(hào)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(hào)發(fā)生器以 AT89C51 單片機(jī)為核心，以矩陣鍵盤(pán)作為輸入設(shè)備，以液晶顯示屏 SMC1602 為顯示設(shè)備，通過(guò)矩陣鍵盤(pán)將脈沖信號(hào)參數(shù)頻率、個(gè)數(shù)、占空比送入 AT89C51 單片機(jī),接著單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，驅(qū)動(dòng)液晶屏在指定的位置顯示相關(guān)的參數(shù)；根據(jù)不同的脈沖信號(hào)參數(shù)指標(biāo)采取不同的控制策略，生成滿足指標(biāo)要求的脈沖信號(hào)。為提高系統(tǒng)的抗干擾性，將脈沖信號(hào)通過(guò)端口 經(jīng)過(guò) 555 定時(shí)器構(gòu)成的史密斯觸發(fā)器輸出。 硬件系統(tǒng)各部分構(gòu)成 電源電路如下頁(yè)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(gè)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(shí)器、單片機(jī) AT89C51 等元器件供電。鍵盤(pán)輸入 驅(qū)動(dòng)顯示液晶屏顯示參數(shù)SMC1602脈沖信號(hào)輸出電源電路7805MCS—51控制脈沖輸出及控制顯示AT89C51]洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（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(nèi)部電流的限制，以及過(guò)熱保護(hù)和安全工作區(qū)的保護(hù)，使它基本上不會(huì)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(lái)設(shè)計(jì)的，但是當(dāng)接入適當(dāng)?shù)耐獠科骷?，就能獲得各種不同的電壓和電流。 矩陣鍵盤(pán)鍵盤(pán)是一種輸入裝置，通過(guò)鍵盤(pán)上任一按鍵可以向單片機(jī)輸入信息。按鍵開(kāi)關(guān)是鍵盤(pán)的基本組成元件。 鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵是如何把鍵盤(pán)上的每次按鍵動(dòng)作轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的 ASCII 碼送到單片機(jī)。按編碼方式的不同，可以將鍵盤(pán)分為全編碼鍵盤(pán)和非全編碼鍵盤(pán)。所謂全編碼鍵盤(pán)，是每一個(gè)按鍵，通過(guò)全編碼電路產(chǎn)生唯一對(duì)應(yīng)的編碼信息。這種全編碼鍵盤(pán)響應(yīng)速度快，但是以復(fù)雜的硬件電路為代價(jià)的，而且其復(fù)雜性隨著按鍵數(shù)的增加而大大增加，價(jià)格貴。所謂非編碼鍵盤(pán)，是利用簡(jiǎn)單的電路和軟件配合來(lái)識(shí)別按鍵的位置（位置碼） ，然后由單片機(jī)通過(guò)軟件查表將位置碼轉(zhuǎn)換成需要的編碼信息。雖然這種鍵盤(pán)響應(yīng)速度不如全鍵盤(pán)快，但可以由 CPU 的處理速度洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16來(lái)彌補(bǔ) [9]。這種鍵盤(pán)的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)軟件編碼為鍵盤(pán)某些見(jiàn)的重新定義提供了極大的方便。考慮到本次設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性與便攜性，故采用非編碼鍵盤(pán)作為可編程脈沖信號(hào)發(fā)生器的輸入設(shè)備。非編碼鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)圖如圖 24 所示。圖 24 非編碼鍵盤(pán)結(jié)構(gòu)圖鍵盤(pán)上的按鍵一般排成行、列矩陣格式，每個(gè)交叉點(diǎn)上可接一個(gè)按鍵。在非編碼鍵盤(pán)中，采用行掃描法來(lái)掃描識(shí)別按下的鍵。行掃描法的基本原理是，先有程序逐行對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，再通過(guò)檢測(cè)列的狀態(tài)來(lái)確定按鍵的行列位置。 脈沖信號(hào)輸出電路通過(guò)鍵盤(pán)將脈沖信號(hào)參數(shù)指標(biāo)送入到 AT89C51 單片機(jī)。單片機(jī)從預(yù)設(shè)置空間中取出參數(shù)指標(biāo)數(shù)據(jù)并加以處理，得到產(chǎn)生脈沖信號(hào)需要的數(shù)據(jù)，接著產(chǎn)生滿足參數(shù)指標(biāo)的脈沖信號(hào)。軟件上，先調(diào)用顯示子程序，關(guān)掉顯示。然后調(diào)用顯示子程序顯示脈沖信號(hào)指標(biāo)關(guān)鍵字頻率（PL） 、占空比（ZKB） 、個(gè)數(shù)（NUM） ，提示用戶輸入脈沖信號(hào)參數(shù)指標(biāo)。若沒(méi)有按鍵或者發(fā)生竄鍵，則 CPU 處于等待狀態(tài)，直到檢測(cè)到有有效按鍵為止，這時(shí)調(diào)用按鍵分析子程序計(jì)算出被按按鍵的鍵值。脈沖信號(hào)輸出電路圖如圖 25 所示。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）17圖 25 脈沖信號(hào)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(diào)用液晶屏顯示驅(qū)動(dòng)子程序，在液晶屏指定位置顯示脈沖信號(hào)頻率、占空比、脈沖個(gè)數(shù)信息。然后，調(diào)用脈沖生成子程序產(chǎn)生滿足指標(biāo)參數(shù)的脈沖信號(hào)。然后將流程回到脈沖生成子程序的開(kāi)始處，準(zhǔn)備產(chǎn)生下一個(gè)脈沖信號(hào)，這樣周而復(fù)始，直到輸出完要求個(gè)數(shù)的脈沖信號(hào)。最后，若檢測(cè)到重置信號(hào)時(shí)返回主程序開(kāi)始處，進(jìn)行數(shù)據(jù)設(shè)定輸出新周期的脈沖信號(hào)，否則程序?qū)⒌却谥鞒绦虻慕Y(jié)束處。其中，定時(shí)初值從特定緩沖區(qū)得到。定時(shí)初值的不同，就會(huì)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(diào)整高低電平所占的時(shí)間，便可以改變脈沖信號(hào)的占空比。洛陽(yáng)理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）18 考慮到周圍電磁環(huán)境以及信號(hào)突變的輸出脈沖信號(hào)的影響，這里將得到的脈沖信號(hào)經(jīng) 555 定時(shí)器構(gòu)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(shí)器構(gòu)成的施密特觸發(fā)器（1）V I =0V 時(shí)，v o1輸出高電平。（2）當(dāng) VI上升到 時(shí)，V o1輸出低電平。當(dāng) VI由 繼續(xù)上升，v o1保持c3 c32不變。（3）當(dāng) VI下降到 時(shí)，電路輸出跳變?yōu)楦唠娖?。而且?VI繼續(xù)下降到 0Vc31時(shí)，電路的這種狀態(tài)保持不變。圖 26 中，R、VCC 2構(gòu)成另一輸出端 Vo2，其高電平可以通過(guò)改變 VCC2進(jìn)行調(diào)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?cè)斓拿}沖信號(hào)的變化。此外，當(dāng)施密特觸發(fā)器輸入端為低電平時(shí)，輸