【導(dǎo)讀】研究所或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過(guò)的材料。特授權(quán)中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所可以將學(xué)位論文的全。制手段保存、匯編，以供查閱和借閱。同意研究所向國(guó)家有關(guān)部門或機(jī)。構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。嵌入式系統(tǒng)的特點(diǎn)與應(yīng)用·····························4. 單片嵌入式系統(tǒng)············································5. 單片機(jī)的基本組成結(jié)構(gòu)·····································7

　　

【正文】 何事物 ，處 于待機(jī) 狀態(tài)時(shí) ，可 以讓 單片機(jī) 工作在 休眠 的低功 耗方式 。通 常，恢 復(fù)到 正常工 作方式 往往也是利用中斷信號(hào)來(lái)喚醒。 ATmega16 的中斷源 控制 ATmega16 的中斷控制 （ 1） 中斷優(yōu)先級(jí)的確定 在 AT me ga16單 片機(jī)中，一個(gè)中斷在中斷向 量區(qū)中的位置決定了它的優(yōu)先級(jí) ，位于 低地址 的中 斷優(yōu)先 級(jí)高于 位于 高地址 的中 斷。因 此，對(duì) 于 AT me ga1 6來(lái) 說(shuō)，復(fù) 位中 斷 RESET 具 有最 高優(yōu) 先級(jí)， 外部 中斷 INT 次之，而 SPM_R DY 中斷的優(yōu)先級(jí)最低。也就是說(shuō)，當(dāng)與其他中斷同時(shí)發(fā)生時(shí)， SPM_RDY 將最后得到響應(yīng) [15]。 AT me ga16單片 機(jī)采用固定的硬件優(yōu)先級(jí) 方式，不支持通過(guò)軟件對(duì)中斷優(yōu)先 級(jí)的重 新設(shè)定 。因 此中斷 優(yōu)先級(jí) 的作 用僅體 現(xiàn)在 當(dāng)同一 時(shí)刻有 兩（多）個(gè)中斷源向 MC U 申請(qǐng)中斷的 情況中。在這種情況下， MC U 將根據(jù)中斷 的優(yōu)先 級(jí)的不 同， 把低優(yōu) 先級(jí)的 中斷 掛起， 首先 響應(yīng)中 斷優(yōu)先 級(jí)最高的 那個(gè)中 斷。待 優(yōu)先 級(jí)最高 的中斷 服務(wù) 程序執(zhí) 行完 成返回 后，再 順序響應(yīng)優(yōu)先級(jí)較低的中斷。 基于單片機(jī)的數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì) 18 （ 2）中斷標(biāo)志 AT me ga16有兩 種機(jī)制不同的中斷：帶有 中斷標(biāo)志的中斷（可掛起）和不帶中斷標(biāo)志的中斷（不能掛起）。在 AT me ga16中，大多數(shù)的中斷都屬于帶中斷標(biāo)志的中斷。所謂的中斷標(biāo)志，是每個(gè)中斷源在其 I/O 空間寄存器中具有自己的一個(gè)中斷標(biāo)志位。 AT me ga16的硬件系統(tǒng)在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi) 都會(huì)檢 測(cè)（接 受） 外部（ 內(nèi)部） 中斷 源的中 斷條 件。一 旦中斷 條件滿足， AT me ga的硬件就會(huì)將置 位相應(yīng)的中斷標(biāo)志位（置為 “1”），表 示向 MC U 提起 中斷請(qǐng)求。中斷 標(biāo)志位一般在 MC U 響 應(yīng)該中斷時(shí)，由 硬件自動(dòng)清除，或在中斷服務(wù)程序中通過(guò)讀 /寫專門數(shù)據(jù)寄存器的方式自動(dòng)清除。中斷標(biāo)志位除了由硬件自動(dòng)清除外也可以使用軟件指令 清除，注意：如用軟件方法清除，清除的方法是對(duì)其寫 “1”。 當(dāng)中斷被禁 止，或 MC U 不能馬 上響應(yīng)中 斷，則 該中斷標(biāo) 志將會(huì)一直保持 ，直到 中斷允 許并 得到響 應(yīng)之止 。已 建立的 中斷 標(biāo)志， 實(shí)際就 是一個(gè)中斷的請(qǐng)求信號(hào)，如果暫時(shí)不能被響應(yīng)，該中斷標(biāo)志會(huì)一直保留（除非被用 戶軟件 清除掉 ）， 此時(shí)該 中斷被 “ 掛起 ” 。 如果 有多個(gè) 中斷被 掛起，一 旦中斷 允許后 ，各 個(gè)被掛 起的中 斷將 按優(yōu)先 級(jí)依 次得到 中斷響 應(yīng)服務(wù)。應(yīng)該注意的是 ， A VR 在退出中斷后 至少要再執(zhí)行一條指令才能 去響應(yīng)其它被掛起的中斷。在 AT me ga16中，還有個(gè)別的中斷不 帶（不設(shè)置）中斷標(biāo) 志，如 配置為 低電 平觸發(fā) 的外部 中斷 即為此 類型 的中斷 。這類 中斷只要中斷 條件滿足 （外部 輸入低電 平），便 會(huì)一直向 MC U 發(fā)出中 斷申請(qǐng)。 這種外 部低電 平中 斷有其 特殊性 ，它 不產(chǎn)生 中斷 標(biāo)志， 因此不 能懸掛記 憶。如 果由于 等待 時(shí)間過(guò) 長(zhǎng)而得 不到 響應(yīng)， 可能 會(huì)因中 斷條件 結(jié)束（低 電平取 消）而 失去 一次服 務(wù)機(jī)會(huì) 。另 一方面 ，如 果這個(gè) 低電平 維持時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，則會(huì)使中斷服務(wù)完成返回后再次響 應(yīng)，使 MC U 重復(fù)響應(yīng) 同一中斷 的請(qǐng)求 ，進(jìn)行 重復(fù) 服務(wù)。 因此， 在這 在類中 斷的 服務(wù)程 序中， 應(yīng)該有破 壞中斷 條件產(chǎn) 生的 操作， 例如， 在低 電平中 斷的 服務(wù)程 序中， 使用相應(yīng)的操作以釋放外部器件加在 INT 引腳上低電平。低電平中 斷的 重要應(yīng)用是喚醒處于休眠工作模式的 MC U。因?yàn)楫?dāng) MC U 休眠時(shí)，其系 統(tǒng)時(shí)鐘往往處 于停止工 作狀態(tài) ，使用低 電平中斷 可以將 MC U 喚醒。而 這一功能邊沿中斷是不能代替的，因?yàn)檫呇匦盘?hào)的檢測(cè)需要系統(tǒng)時(shí)鐘 （ 3）中斷屏蔽與管理 為了能夠靈活地管理中斷， AT me ga16對(duì)中斷采用兩級(jí)控制方式。所謂兩級(jí)控制是指 AT me ga1 6有一個(gè)中斷允 許的總控制位 I（既 A VR 標(biāo)志寄存器 SRE G 中的 I 標(biāo) 志位 “ S RE ” ） ，通 常稱為 全局中 斷允許 控基于單片機(jī)的數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì) 19 制位。 同時(shí) A VR 為 每一 個(gè)中斷 源都設(shè) 置了 獨(dú)立的 中斷 允許位 ，這些 中斷允 許位分散位于各中斷源所屬模塊的控制寄存器中。 A VR 指令中 SE I 和 C LI 指令專門用于對(duì)全局中斷允許位進(jìn)行置位和清零。當(dāng)設(shè)置 I = 0，表示關(guān) 閉全 局中 斷，此 時(shí) A VR 所 有的 中斷 源（ 除 R ESET 外 ）的中 斷請(qǐng)求全部被屏蔽 ， MC U 不響應(yīng)任何 的中斷，因 此 C LI 也 稱為關(guān)中斷 指令。當(dāng)設(shè)置 I = 1，表 示允許全局中斷，此時(shí) A VR總的中斷請(qǐng)求被開(kāi)放，MC U 可以響應(yīng)任何的中斷請(qǐng)求，但中斷請(qǐng)求最終是否能為 MC U 響應(yīng)，還要取 決各個(gè) 中斷源 相應(yīng) 的中斷 允許位 的設(shè) 置。需 要注 意的是 ，當(dāng)使 用 C LI 指令 關(guān)閉全 局中斷時(shí) ，中斷 禁止將 立即生 效，沒(méi) 有中斷 可以在執(zhí) 行 C LI 指 令再之后發(fā)生，即便中斷請(qǐng)求是在執(zhí)行 C LI 指令時(shí)產(chǎn)生的也不會(huì)得到響應(yīng)。而在使用 SE I 指令開(kāi)放全局 中斷后，要等 C P U 再執(zhí)行一 條指令之后，中斷允許才會(huì)有效。也就是說(shuō)，緊跟 SE I 之后的第一條指 令一定會(huì)先于任何中斷而被首先執(zhí)行 。 (4） 中斷嵌套 由于 AT me ga16在 響 應(yīng) 一個(gè) 中 斷的 過(guò) 程中 通 過(guò)硬 件 將 I 標(biāo) 志 位自 動(dòng)清零，這樣 就阻止了 MC U響應(yīng)其 它中斷。 因此通 常情況下 ， A VR 是不能自動(dòng) 實(shí)現(xiàn)中 斷嵌套 的。 如要系 統(tǒng)中必 須要 實(shí)現(xiàn)中 斷嵌 套的應(yīng) 用，用 戶可在中 斷服務(wù) 程序中 使用 指令將 全局中 斷允 許位開(kāi) 放， 通過(guò)間 接的方 式實(shí)現(xiàn)中 斷的嵌 套處理 。請(qǐng) 讀者注 意，濫 用中 斷嵌套 會(huì)造 成程序 流程的 不確定性 。因此 建議只 有當(dāng) 某中斷 確實(shí)需 要得 到實(shí)時(shí) 響應(yīng) 時(shí)才考 慮使用 中斷嵌套處理，一般情況下盡量 不要采用中斷嵌套 ，因?yàn)? A VR本身是高 速單片機(jī) ，它運(yùn) 行速度 是能 足夠快 速的將 中斷 服務(wù)程 序執(zhí) 行完的 。當(dāng)然 ，用戶編寫中斷服務(wù)程序時(shí)，應(yīng)遵循盡量短小的原則。 ATmega16 中斷響應(yīng)過(guò)程 中斷響應(yīng)的過(guò)程 AT me ga16在響 應(yīng)中斷請(qǐng)求時(shí) ， MC U 會(huì)使用 4個(gè)時(shí)鐘周期自動(dòng)順序的完成以下任務(wù)： 清零狀態(tài)寄存器 SR EG中的全局中 斷允許標(biāo)志位 I，禁止響應(yīng)其 他中斷 。將被 響應(yīng) 中斷的 標(biāo)志位 清零 （注意 ：僅 對(duì)于部 分中斷 有此操作）。將中斷斷點(diǎn)的地址（ 即當(dāng)前程序計(jì)數(shù)器 PC 的值）壓入堆棧 ，并將 SP 寄存器 中的堆 棧指針 減二。自 動(dòng)將相 應(yīng)的中 斷向量 地址壓入 程序計(jì)數(shù)器 PC，即 強(qiáng)行轉(zhuǎn)入執(zhí) 行中斷入 口地址處 的指令。因 此， A VR 中斷響應(yīng)時(shí)間最少為 4個(gè)時(shí)鐘周期，就是說(shuō) 4個(gè)時(shí)鐘周期后， CP U 便會(huì)跳 到中斷向 量處開(kāi) 始執(zhí)行 中斷 入口的 指令， 這個(gè) 中斷響 應(yīng)的 過(guò)程全 部由硬 件基于單片機(jī)的數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì) 20 自己實(shí) 現(xiàn)的， 不需要 用戶 程序的 干預(yù)（ 當(dāng)然 ，中斷 入口 處的指 令是用 戶放置的 ）。從 執(zhí)行中 斷入 口的指 令開(kāi)始 ，便 進(jìn)入了 用戶 編寫的 中斷服 務(wù)程序的 執(zhí)行了 。所以 ，中 斷服務(wù) 要完成 什么 任務(wù)， 是由 用戶的 程序決 定的。我 們已經(jīng) 知道， 在中 斷入口 處通常 放置 的是一 條轉(zhuǎn) 移指令 ，這條 轉(zhuǎn)移指令應(yīng)該 使 MC U 再次 跳到真正 的中斷服 務(wù)程序 開(kāi)始處的 。因此， 當(dāng)MC U 響 應(yīng)中 斷，跳 到中 斷向量 處執(zhí) 行轉(zhuǎn)移 指令 ，又要 花費(fèi) 23個(gè)時(shí)鐘 周期。固從 MC U 開(kāi)始響應(yīng)中斷，到真正執(zhí)行 中斷服務(wù)程序的第一條指令 ，至少需要 67個(gè)時(shí)鐘周期。 中 斷 返 回的過(guò) 程 AT me ga16一旦執(zhí)行 中斷返回 RET I 指 令， MC U 便開(kāi)始 了中斷 返回的過(guò)程 。 A VR 在中斷 返回 過(guò)程中 ，也是 使用 4個(gè)時(shí) 鐘周 期自動(dòng) 按順序 完成以下任務(wù) [10]： 從棧頂彈出 2個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，將這兩個(gè)數(shù)據(jù)壓入程序 計(jì)數(shù)器 PC 中，并將 SP 寄存器中的堆 棧指針加 2。置位狀態(tài)寄存器 S REG 中的全局中斷允許標(biāo)志位 I，允許響應(yīng)其他中斷。因此， A VR 的中斷返 回過(guò)程同樣需要 4個(gè)時(shí)鐘周期才能完成，同樣中斷返回過(guò)程也是硬件自動(dòng)完成的，或者說(shuō) ，是中斷 返回指令 RET I 的全部操 作過(guò)程。在 此之后， 被中斷打 斷的程 序?qū)⒗^ 續(xù)執(zhí) 行。如 果存 在其它 被掛起 的中 斷，則 A VR 在中斷返回后還需執(zhí)行一條指令 ，被掛起的中斷才會(huì)得到響應(yīng)。 中 斷 現(xiàn) 場(chǎng)的保 護(hù) 從上面介紹的中斷響應(yīng)和返回過(guò)程可以看出， A VR 的中斷響應(yīng)和返回過(guò)程 主要都 是由硬 件自 動(dòng)完成 的，而 在整 個(gè)過(guò)程 中用 戶程序 的作用 在于：中斷入 口處的指 令。用 于指引 MC U 轉(zhuǎn) 移到中 斷服務(wù)程 序。中斷 服務(wù)程序。完 成中斷服 務(wù)的功 能。中斷 返回指令 。指引 MC U 從中斷服 務(wù)程序中返回。 基于單片機(jī)的數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì) 21 結(jié) 束 語(yǔ) 利用單 片機(jī)對(duì) 直流 穩(wěn)壓電 源進(jìn) 行控制 ，改 善了電 源的 性能， 使用方便靈活 ，且成 本較低 ，另 一方面 ，根據(jù) 對(duì)電 源的新 要求 ，控制 系統(tǒng)在 軟件上還 可進(jìn)一 步改進(jìn) ，以 擴(kuò)展其 功能， 而并 不需要 增加 硬件開(kāi) 銷 ，從 而提高了 電源的 性能價(jià) 格比 。本設(shè) 計(jì)以單 片機(jī) 為核心 設(shè)計(jì) 一種只 能穩(wěn)壓 電源，不 但電路 簡(jiǎn)單， 結(jié)構(gòu) 緊湊， 價(jià)格低 廉， 性能卓 越。 所研制 的智能 穩(wěn)壓電源 可利用 單片機(jī) 設(shè)置 周密的 保護(hù)監(jiān) 測(cè)系 統(tǒng)，確 保電 源運(yùn)行 可靠。 輸出電壓 采用數(shù) 字顯示 ，輸 入采用 鍵盤方 式， 電源的 外表 美觀， 操作使 用方便，具有較高的使用價(jià)值。 基于單片機(jī)的數(shù)控直流電源的設(shè)計(jì) 22 參考文獻(xiàn) [1]何立民 . 單片機(jī)高級(jí)教程． 第 1 版．北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 2021 [2] 趙曉安 . 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