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1、课题4单片机中断与定时功能的应用,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭 任务4. 2方波信号发生器的设计 任务4. 3交通信号灯设计和调试 小结 思考题,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,4.1.1外部中断的使用实训 1.问题的引出 2.操作演示或跟着做 3.观察现象 4.分析,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,4.1.2什么是中断 1.中断的概念 中断是CPU在执行现行程序过程中，发生随机事件或特殊请求，使CPU中止现行程序的执行，转去执行随机事件或特殊请求的处理程序，待处理完毕后，在返回被中止的程序继续执行的过程。 2.几个相关术语 中断
2、源 中断请求信号,上一页,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,中断断点 中断返回 中断响应 中断服务程序 4.1.3中断的作用与基本功能 1.中断的作用 (1)分时操作 (2)实时处理 (3)故障处理,上一页,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,2.中断源 引起中断的事件称为中断源。计算机的中断源通常有以下几种: (1)一般输入/输出设备 (2)实时时钟或计数信号 (3)故障源 (4)为调试程序而设置的中断源 3.中断系统的基本功能 (1)识别中断源 (2)实现中断及返回 (3)实现优先权排队 (4)高级中断源能中断低级中断处理,上一页,下一
3、页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,4. 1. 4 MCS-51单片机中断系统的组成 1. MCS-51系列单片机中的中断源 8051单片机有5个中断源，分别是INTO , NIT1 , TO , T1和串行口。 2.中断请求标志 (1)定时器/计数器控制寄存器TCON (88H) (2)串行口控制寄存器SCON (98H) 3.中断允许控制寄存器IE (A8H) 4.中断源优先级控制寄存器IP (B8H),上一页,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,4.1.5中断响应 1.响应条件 CPU响应中断的条件有: 有中断源发出中断请求。 中断总允许位
4、EA=1，即CPU开中断 中请中断的中断源的中断允许位为1 满足以上条件，CPU响应中断;如果中断受阻，CPU不会响应中断.,上一页,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,2.响应过程单片机一旦响应中断，首先置位响应的优先级触发器，然后执行一个硬件子程序调用，把断点地址压入堆栈保护，然后将对应的中断入口地址装入程序计数器PC，使程序转向该中断入口地址，以执行中断服务程序。 3.中断处理 CPU响应中断结束后即转至中断服务程序的入口。从中断服务程序的第一条指令开始到返回指令为止，这个过程称为中断处理或称中断服务。,上一页,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制
5、信号灯亮灭,4.中断返回 中断处理程序的最后一条指令是中断返回指令RETI。 4. 1. 6 MCS-51单片机中断系统应用 1.中断系统的初始化 包括以下三个部分: (1)开中断 (2)确定优先权 (3)确定外部中断触发方式,上一页,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,2.外部中断举例和实训(1)硬件原理图 本例硬件可由课题2制作的最小系统和信号灯电路构成，硬件原理图如4-2所示。 (2)流程图 如图4-3所示。,上一页,下一页,返回,任务4. 1利用按键产生外部中断控制信号灯亮灭,(3)程序 (4)操作练习 通过仿真软件仿真调试。 在自制的实验板上调试。,上一页,
6、返回,任务4. 2方波信号发生器的设计,4. 2.1方波信号发生器 1.问题的引出要求用MCS-51单片机做信号发生器，产生周期为1 m*即频率为1 kHz的方波信号。 2.操作演示或跟着做我们在课题2制作的单片机最小系统板上，将信号灯电路板接到单片机的P1口，将编好的程序写人单片机中，接通电源 只用单片机最小系统板，将编好的程序(后面例题具体分析)写人单片机中，接通电源 也可用仿真软件仿真,下一页,返回,任务4. 2方波信号发生器的设计,3.观察现象 可观察到接Pl. 1引脚的信号灯亮灭闪烁。 用示波器从MCS-51单片机的Pl. 1引脚可观察到1 kHz的方波信号 4.分析 4. 2. 2
7、单片机定时器/计数器结构 在实时控制系统中，经常需要有实时时钟以实现定时、延时控制，也常需要有计数功能以实现对外界脉冲(事件)进行计数。定时器/计数器是面向控制领域的单片机系统的一项极为重要的功能。,上一页,下一页,返回,任务4. 2方波信号发生器的设计,1.定时器/计数器TO , T1的结构 MCS-51单片机定时器/计数器结构如图4-5所示。2.定时器/计数器的工作原理 MCS-51单片计算机内部设置的两个16位可编程的定时器/计数器TO和T1，它们均有定时和计数功能。TO和T1的工作方式功能选择、定时时间、启动方式等均可以通过编程对相应特殊功能寄存器TMOD和TCON的设置来实现的，计数
8、器值也由软件命令设置于16位的计数寄存器中(THO , TLO或TH1 , TL1 )，计数器的工作是加1的计数器。,上一页,下一页,返回,任务4. 2方波信号发生器的设计,选择TO和T1工作在定时方式时，计数器对内部时钟机器周期数进行计数，即每个机器周期等于12个晶体振荡周期;选择TO和T1工作在计数方式时，计数脉冲来自外部输入引脚TO和T1，用于对外部事件进行计数。当外部输入信号由1至。的跳变时，计数器的值加1。 3.方式控制寄存器TMOD (89H) 特殊功能寄存器TMOD为TO , T 1的工作方式寄存器，其格式如图例1 4.控制寄存器TCON 其格式如图例2,上一页,下一页,返回,任
9、务4. 2方波信号发生器的设计,4. 2. 3 MCS-51单片机定时器/计数器计数初值的计算方法使用定时器/计数器时必须计算初值。定时器/计数器通过软件对TMOD的M1和MO位设置四种不同的工作方式，每一种工作方式对应最大计数值见表4-3。 (1)定时功能的初值计算 (2)计数功能的初值计算 4. 2. 4MCS-51单片机定时器/计数器的设置 1.工作方式0 方式0为13位定时器/计数器。,上一页,下一页,返回,任务4. 2方波信号发生器的设计,2.工作方式1 方式1的内部结构如图4-8所示方式1是16位定时器/计数器，其结构几乎与方式0完全相同，唯一的区别是计数器的长度为16位。 3.工
10、作方式2 方式2是能自动重装计数初值的8位计数器，内部结构如图4-10所示 4.方式3 方式3的内部结构如图4-11所示，工作方式3对TO和T1是大不相同的。,上一页,下一页,返回,任务4. 2方波信号发生器的设计,4. 2. 5 MCS-51单片机定时器/计数器应用训练 1.定时器/计数器初始化设计 初始化包括以下内容:根据需要确定工作方式，形成相应的中断控制字，对方式寄存器TMOD初始化。 根据实际定时或计数的需要，以及所选择的工作方式，计算计数初值，对计数器THO , TLO , TH 1、TL1进行初始化。,上一页,下一页,返回,任务4. 2方波信号发生器的设计,根据需要开放相应的中断
11、，对中断控制寄存器IE进行初始化。 启动定时/计数器工作，即对定时器/控制器控制寄存器TCON进行初始化。 2.定时器/计数器应用举例和实训 (1)硬件原理图 (2)软件编程 (3)操作练习 通过仿真软件仿真调试。 在自制的实验板上调试。,上一页,返回,任务4. 3交通信号灯设计和调试,4. 3. 1交通信号灯的工作要求 假设一个十字路口为东西南北走向。信号灯按以下几个状态顺序工作: 初始状态0，东西、南北红灯全亮，延时一定时间; 状态1，南北绿灯亮通车，东西红灯，延时一定时间; 状态2，南北绿灯闪烁几次转黄灯，东西仍然红灯，延时一定时间; 状态3，南北红灯，东西绿灯通车，延时一定时间; 状态
12、4，南北仍然红灯，东西绿灯闪烁几次转黄灯，延时一定时间; 循环至状态1，继续,下一页,返回,任务4. 3交通信号灯设计和调试,4.3.2交通信号灯初步控制设计 1.硬件电路交通灯实训设备仍可使用课题2制作的最小系统板和信号灯系统组合而成，硬件电路如图4-2所示。根据需要，使用6个信号灯，具体信号灯资源分配见表4-4。 2.软件编程 程序设计的思路是: 编写0. 5s延时子程序，方法是采用定时器T1查询方式定时，定时时间50 ms , R7做软件计数器，确定50 ms循环10次，从而获得0. 5 s的延时时间。子程序流程图如图4-14 (b)所示。,上一页,下一页,返回,任务4. 3交通信号灯设
13、计和调试,编写主程序，由R6做主程序的计数器，确定调用0. 5 s延时子程序的次数，从而获取交通灯的亮灭时间。 3.操作练习 按程序流程图编写程序。 (1)通过仿真软件仿真调试 (2)在自制的实验板上运行调试 4. 3. 3具有紧急情况处理的交通信号灯的控制实训有急救车到达时，东西、南北方向红灯全亮，以便让急救车通过。假设急救车通过路口的时间为10s，急救车通过后，交通灯恢复中断前的状态。,上一页,返回,小结,中断是计算机的一项重要技术。本课主要让大家了解中断的相关概念及单片机中断系统的组成；掌握外部中断的边沿触发方式和电平触发方式；掌握定时器、计数器的技术脉冲来源、定时器、计数器 、 的结构
14、；掌握相关的控制寄存器的使用。,返回,思考题,1.叙述CPU响应中断的过程 2. MCS-51单片机外部中断有哪两种触发方式?对触发脉冲或电平有什么要求?如何选择和设定? 3. MCS-51单片机有哪些中断源，对应的中断服务程序入口地址是了什么?,下一页,返回,思考题,4.试用MCS-51单片机外部中断设计并制作一台简单的电路通断检测器，用红灯亮表示电路接通，绿灯亮表示电路断开。 5.如何实现长时间定时。 6.使用单片机定时方式在P1. 7引脚输出周期为20 ms，占空比为1: 10的连续脉冲信号。 7.编写和调试交通灯控制程序。,上一页,返回,图4-2外部中断应用硬件原理图,返回,图4-3应用实例程序流程,返回,图4-5定时器/计数器结构框图,返回,图例1,返回,图例2,返回,表4-3最大计数值选择表,返回,图4-8方式1的内部结构图,返回,图4-10方式2的内部结构图,返回,图4-11方式3的内部结构图,返回,表4-4 LED资源分配表,返回,图4-14交通灯控制程序,返回,
