【導(dǎo)讀】研究所或其他教育機構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。特授權(quán)中國科學(xué)院過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。同意研究所向國家有關(guān)部門或機。構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。嵌入式系統(tǒng)的特點與應(yīng)用·····························4. 單片嵌入式系統(tǒng)············································5. 單片機的基本組成結(jié)構(gòu)·····································7

　　

【正文】 何事物 ，處 于待機 狀態(tài)時 ，可 以讓 單片機 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來喚醒。 ATmega16 的中斷源 控制 ATmega16 的中斷控制 （ 1） 中斷優(yōu)先級的確定 在 AT me ga16單 片機中，一個中斷在中斷向 量區(qū)中的位置決定了它的優(yōu)先級 ，位于 低地址 的中 斷優(yōu)先 級高于 位于 高地址 的中 斷。因 此，對 于 AT me ga1 6來 說，復(fù) 位中 斷 RESET 具 有最 高優(yōu) 先級， 外部 中斷 INT 次之，而 SPM_R DY 中斷的優(yōu)先級最低。也就是說，當(dāng)與其他中斷同時發(fā)生時， SPM_RDY 將最后得到響應(yīng) [15]。 AT me ga16單片 機采用固定的硬件優(yōu)先級 方式，不支持通過軟件對中斷優(yōu)先 級的重 新設(shè)定 。因 此中斷 優(yōu)先級 的作 用僅體 現(xiàn)在 當(dāng)同一 時刻有 兩（多）個中斷源向 MC U 申請中斷的 情況中。在這種情況下， MC U 將根據(jù)中斷 的優(yōu)先 級的不 同， 把低優(yōu) 先級的 中斷 掛起， 首先 響應(yīng)中 斷優(yōu)先 級最高的 那個中 斷。待 優(yōu)先 級最高 的中斷 服務(wù) 程序執(zhí) 行完 成返回 后，再 順序響應(yīng)優(yōu)先級較低的中斷。 基于單片機的數(shù)控直流電源的設(shè)計 18 （ 2）中斷標(biāo)志 AT me ga16有兩 種機制不同的中斷：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，是每個中斷源在其 I/O 空間寄存器中具有自己的一個中斷標(biāo)志位。 AT me ga16的硬件系統(tǒng)在每個時鐘周期內(nèi) 都會檢 測（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 中斷請求。中斷 標(biāo)志位一般在 MC U 響 應(yīng)該中斷時，由 硬件自動清除，或在中斷服務(wù)程序中通過讀 /寫專門數(shù)據(jù)寄存器的方式自動清除。中斷標(biāo)志位除了由硬件自動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， 實際就 是一個中斷的請求信號，如果暫時不能被響應(yīng)，該中斷標(biāo)志會一直保留（除非被用 戶軟件 清除掉 ）， 此時該 中斷被 “ 掛起 ” 。 如果 有多個 中斷被 掛起，一 旦中斷 允許后 ，各 個被掛 起的中 斷將 按優(yōu)先 級依 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 會一直向 MC U 發(fā)出中 斷申請。 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 時間過 長而得 不到 響應(yīng)， 可能 會因中 斷條件 結(jié)束（低 電平取 消）而 失去 一次服 務(wù)機會 。另 一方面 ，如 果這個 低電平 維持時間過長，則會使中斷服務(wù)完成返回后再次響 應(yīng)，使 MC U 重復(fù)響應(yīng) 同一中斷 的請求 ，進行 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。因為當(dāng) MC U 休眠時，其系 統(tǒng)時鐘往往處 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，因為邊沿信號的檢測需要系統(tǒng)時鐘 （ 3）中斷屏蔽與管理 為了能夠靈活地管理中斷， AT me ga16對中斷采用兩級控制方式。所謂兩級控制是指 AT me ga1 6有一個中斷允 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 控基于單片機的數(shù)控直流電源的設(shè)計 19 制位。 同時 A VR 為 每一 個中斷 源都設(shè) 置了 獨立的 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 指令專門用于對全局中斷允許位進行置位和清零。當(dāng)設(shè)置 I = 0，表示關(guān) 閉全 局中 斷，此 時 A VR 所 有的 中斷 源（ 除 R ESET 外 ）的中 斷請求全部被屏蔽 ， 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 A VR總的中斷請求被開放，MC U 可以響應(yīng)任何的中斷請求，但中斷請求最終是否能為 MC U 響應(yīng)，還要取 決各個 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 ，中斷 禁止將 立即生 效，沒 有中斷 可以在執(zhí) 行 C LI 指 令再之后發(fā)生，即便中斷請求是在執(zhí)行 C LI 指令時產(chǎn)生的也不會得到響應(yīng)。而在使用 SE I 指令開放全局 中斷后，要等 C P U 再執(zhí)行一 條指令之后，中斷允許才會有效。也就是說，緊跟 SE I 之后的第一條指 令一定會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 中 斷的 過 程中 通 過硬 件 將 I 標(biāo) 志 位自 動清零，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 實現(xiàn)中 斷嵌套 的。 如要系 統(tǒng)中必 須要 實現(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 放， 通過間 接的方 式實現(xiàn)中 斷的嵌 套處理 。請 讀者注 意，濫 用中 斷嵌套 會造 成程序 流程的 不確定性 。因此 建議只 有當(dāng) 某中斷 確實需 要得 到實時 響應(yīng) 時才考 慮使用 中斷嵌套處理，一般情況下盡量 不要采用中斷嵌套 ，因為 A VR本身是高 速單片機 ，它運 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，應(yīng)遵循盡量短小的原則。 ATmega16 中斷響應(yīng)過程 中斷響應(yīng)的過程 AT me ga16在響 應(yīng)中斷請求時 ， MC U 會使用 4個時鐘周期自動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 對于部 分中斷 有此操作）。將中斷斷點的地址（ 即當(dāng)前程序計數(shù)器 PC 的值）壓入堆棧 ，并將 SP 寄存器 中的堆 棧指針 減二。自 動將相 應(yīng)的中 斷向量 地址壓入 程序計數(shù)器 PC，即 強行轉(zhuǎn)入執(zhí) 行中斷入 口地址處 的指令。因 此， A VR 中斷響應(yīng)時間最少為 4個時鐘周期，就是說 4個時鐘周期后， CP U 便會跳 到中斷向 量處開 始執(zhí)行 中斷 入口的 指令， 這個 中斷響 應(yīng)的 過程全 部由硬 件基于單片機的數(shù)控直流電源的設(shè)計 20 自己實 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 令開始 ，便 進入了 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 23個時鐘 周期。固從 MC U 開始響應(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個時鐘周期。 中 斷 返 回的過 程 AT me ga16一旦執(zhí)行 中斷返回 RET I 指 令， MC U 便開始 了中斷 返回的過程 。 A VR 在中斷 返回 過程中 ，也是 使用 4個時 鐘周 期自動 按順序 完成以下任務(wù) [10]： 從棧頂彈出 2個字節(jié)的數(shù)據(jù)，將這兩個數(shù)據(jù)壓入程序 計數(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 回過程同樣需要 4個時鐘周期才能完成，同樣中斷返回過程也是硬件自動完成的，或者說 ，是中斷 返回指令 RET I 的全部操 作過程。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 ，被掛起的中斷才會得到響應(yīng)。 中 斷 現(xiàn) 場的保 護 從上面介紹的中斷響應(yīng)和返回過程可以看出， A VR 的中斷響應(yīng)和返回過程 主要都 是由硬 件自 動完成 的，而 在整 個過程 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。 基于單片機的數(shù)控直流電源的設(shè)計 21 結(jié) 束 語 利用單 片機對 直流 穩(wěn)壓電 源進 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) 對電 源的新 要求 ，控制 系統(tǒng)在 軟件上還 可進一 步改進 ，以 擴展其 功能， 而并 不需要 增加 硬件開 銷 ，從 而提高了 電源的 性能價 格比 。本設(shè) 計以單 片機 為核心 設(shè)計 一種只 能穩(wěn)壓 電源，不 但電路 簡單， 結(jié)構(gòu) 緊湊， 價格低 廉， 性能卓 越。 所研制 的智能 穩(wěn)壓電源 可利用 單片機 設(shè)置 周密的 保護監(jiān) 測系 統(tǒng)，確 保電 源運行 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，具有較高的使用價值。 基于單片機的數(shù)控直流電源的設(shè)計 22 參考文獻 [1]何立民 . 單片機高級教程． 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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[15] Stoer J., Bulirsch R., Introduction to Numerical Analysis, Second Edition, Springer Verlag, New York, 1992. 基于單片機的數(shù)控直流電源的設(shè)計 23 致謝 在本次 論文設(shè) 計過 程中， 老師 對該論 文從 選題， 構(gòu)思 到最后 定稿的各個環(huán)節(jié)給予細心指引與教導(dǎo) ,使我得以 最終完成畢業(yè)論文設(shè)計。在學(xué) 習(xí)中 ,老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、豐富淵博的知識、敏銳的學(xué)術(shù)思維、 精益求 精的工作 態(tài)度以 及侮人 不倦 的師者 風(fēng)范是 我終 生學(xué)習(xí) 的楷 模，導(dǎo) 師們的 高深精湛 的造詣 與嚴(yán)謹(jǐn) 求實 的治學(xué) 精神， 將永 遠激勵 著我 。這 四 年中還 得到眾多 老師的 關(guān)心支 持和 幫助。 在此， 謹(jǐn)向 老師們 致以 衷心的 感謝和 崇高的敬意！ 最后， 我要向 百忙 之中抽 時間 對本文 進行 審閱， 評議 和參與 本人論文答辯的各位老師表示感謝