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1、,微控制器技术应用,项目五 “流速”可控的LED分析与实践,【能力目标】,1能够正确进行中断服务程序设计。 2能够使用定时器/计数器对外部的事件进行统计。 3能够利用中断和定时器进行“流速”可控的LED电路设计。 4能够进行时钟电路的正确连接及调试。 5能够进行复位电路的正确连接及调试。 6能够进行本项目单片机系统控制电路的正确连接及调试。 7能够熟练地使用伟福仿真器。 8能够熟练地使用编程器。,项目五 “流速”可控的LED分析与实践,【知识目标】,1掌握中断的基本概念、中断优先级的设置。 2熟练掌握中断源的开放或关闭设置及中断源中断服务程序入口地址的确定方法。 3掌握中断的使用方法。 4掌握
2、单片机中定时器/计数器的工作模式。 5熟练掌握定时器初始值的计算方法。 6熟练掌握定时器/计数器初始化程序的设计。,项目五 “流速”可控的LED分析与实践,一、项目引入,二、相关理论知识,三、项目实施,四、拓展知识,六、自测题,五、项目小结,项目五 “流速”可控的LED分析与实践,一、项目引入,本项目通过单片机来完成“流速”可控的LED。从这个简单的“流速”可控制的LED电路做起，使大家对单片机技术的定时器/计数器的工作模式、特点以及中断系统的工作方式、特点有一个最基本的认识，并掌握定时器/计数器、中断系统的基本工作过程以及在实际生活中的应用，激发学生学习单片机应用技术的兴趣。 项目要求用单片
3、机实现对LED的控制，让LED按一定次序点亮，形成“流动”的效果，间隔时间采用定时器定时的方法来实现，分为快、慢、中三种流速，由三个开关控制，最终形成“流速”可控的效果。在设计本项目控制原理的过程中要求使用软件查询、定时器定时的方法来实现流速可控。下面就针对该项目，学习“流速”可控的LED电路分析与实践方面的相关知识。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,1中断的基本概念,中断是计算机的CPU暂停正在运行的程序，转而执行提出中断请求的那个外部设备或事件的服务程序（即中断服务程序），当服务程序处理完毕后，CPU再回到原来的“断点”继续原来的程序。其执行过程如图6-1所示。,二
4、、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,2中断的必要性,（1）具有分时处理功能,在正常状态下，CPU执行主程序，当外设需要CPU为它服务时，就向CPU发出中断请求，一般情况下，CPU就响应中断执行相应的 中断服务程序。在处理完中断服务程序后，CPU又返回主程序正常运行。如果有几个外设同时发出中断请求时，由于CPU的速度远比外设的速度高出许多，因此当CPU响应各外设中断请求，执行各相应的中断服务程序时，对于各外设都觉得CPU只为它单独服务。事实上，各个外设提出中断请求都有一定的时间差，因此即使在极小 的时间内，由于CPU的速度极快，也有足够的时间执行完中断服务程序。,二、相关理论知
5、识,（一）AT89C51单片机的中断系统,2中断的必要性,（2）具有实时处理功能,在单片机用于工业实时控制时，由于现场的参数或信息随时会出现变化并要求CPU能极快地响应并作出处理，因此如果没有中断技术是很难实现的。有了中断以后，可能将这些参数或信息设定为中断请求信号向CPU提出中断请求，从而使CPU能及时对参数或信息的变化作出相应的处理，达到实时控制的目的。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,2中断的必要性,（3）故障处理功能,在单片机运行过程中，常会出现意料不到的故障，单片机有了中断技术后，可以将故障设定为中断信号。当故障发生时，故障源作为中断源向CPU发出中断请求，从
6、而使CPU马上执行相应的故障服务程序，保证单片机不会因故障而造成停机。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,3AT89C51的中断系统结构,AT89C51单片机具有5个中断源，它们都是可屏蔽中断，所有的中断源都由“中断允许寄存器IE”来设定“允许”或“屏蔽”。中断源具有“高”、“低”两个优先级，由“中断优先级寄存器IP”来设定。单片机在复位后，5个中断源都被屏蔽且都为低优先级，如图6-2所示。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,4与中断相关的寄存器,EX0,ET0,EX1,ET1,ES,EA,x,x,（1）中断允许寄存器IE,EA：总允许位。若EA=0
7、，禁止一切中断。若 EA=1，则每个中断是否允许还要取决于各自的允许位。 ES：串行口中断允许位。若ES=0，禁止中断；若ES=1，允许中断。 ET1：定时器1中断允许位。若ET1=0，禁止中断；若ET1=1，允许中断。 EX1：外部中断INT1中断允许位。若EX1=0，禁止中断；若EX1=1，允许中断。 ET0：定时器0中断允许位。若ET1=0，禁止中断；若ET1=1，允许中断。 EX0：外部中断INT0中断允许位。若EX0=0，禁止中断；若EX0=1，允许中断。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,4与中断相关的寄存器,（2）中断优先级寄存IP,PS：串行口中断优先级设
8、定位。若PS=1，高优先级；PS=0低优先级。 PT1：定时器1中断优先级设定位。若ET1=1，高优先级；ET1=0低优先级。 PX1：外部中断1中断优先级设定位。若EX1=1，高优先级；EX1=0低优先级。 PT0：定时器0中断优先级设定位。若ET0=1，高优先级；ET0=0低优先级。 PX0：外部中断0中断优先级设定位。若EX0=1，高优先级；EX0=0低优先级。,PX0,PT0,PX1,PT1,PS,x,x,x,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,4与中断相关的寄存器,（3）定时器/计数器控制寄存器TCON,TF1：定时器T1溢出标志。当定时/计数器T1产生溢出时，该
9、位由硬件置1，并申请中断（中断开放时）。进入中断服务程序后由硬件自动清零。 注意：如果使用软件查询标志时，应当在标志有效（TF=1）后使用软件清除标志。 TF0：定时器T0溢出标志。功能同TF1类似。 TR1：定时器T1的运行控制位，由软件置1和清零。置1时，定时/计数器开始工作，清零时停止工作。 TR0：定时器T0的运行控制位，功能同TR1类似。 IE1：外中断INT1标志位。当检测到INT1脚上的电平由高电平变为低电平时，该位置位并请求中断。进入中断服务程序后，该位自动清除。 IE0：外中断INT0标志位。功能同IE1类似。 IT1：外中断INT1触发类型控制位。IT=1时，为下降沿触发中
10、断；IT=0时，是低电平触发。 IT0：外中断INT0触发类型控制位。功能同IT1类似。,TF1,TR1,TF0,TR0,IE1,IT1,IE0,IT0,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,5中断响应协议,在每一个机器周期中，所有的中断源都要按照其顺序检查一遍。到S6状态时，就查找到所有被激活的中断申请并排好优先权。在下一个机器周期的S1状态，只要不受阻断，就开始响应高级中断。如果发生下列情况，中断将被阻止： 1）同级或高级中断正在执行时。 2）当前的机器周期不是指令的最后一个机器周期。 3）CPU正在执行的指令是RETI或访问IE、IP寄存器时，CPU是不会响应中断的，而
11、且要等到该指令的下一条指令执行完后中断才能响应。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,6中断响应的优先级,低级中断在响应执行中，可被高级中断所中断，反之则不能。一个中断（不论是什么优先级）一旦得到响应，与它同级的中断则不能再中断它。当CPU同时收到几个同一级别的中断要求时，CPU响应哪个中断源取决于硬件的查询顺序。从中断系统的硬件结构图可以清楚地看出同一级别中5个中断源的查询顺序。那么，要改变这种顺序只能通过IP的设置。如：要想将串行口的 级别设为最高时，将IP中的PS置1。即使用指令“SETB PS”或“MOV 0B8H,#10H”完成对IP设置。,二、相关理论知识,（一
12、）AT89C51单片机的中断系统,7中断响应的过程,如果CPU响应五个中断源中的某一个中断申请时，在硬件的控制下，AT89C51必须做三件事情： 1）CPU查询到某一中断源后，使相应的“优先级激活触发器”置位，用以屏蔽、阻止同级或低级中断（在单片机中断系统中有两个不可寻址的优先级激活触发器flagH和flagL，分别代表高优先级和低优先级）。 2）在硬件控制下，将当前程序计数器PC的内容（断点地址）进栈，以备返回。 3）将对应的中断矢量装入PC，使程序转向对应的矢量单元（入口地址），并通过此单元的长转移指令转向执行对应的中断服务程序。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,8
13、外部中断,在单片机的引脚上，有两个输入脚分别为INT0和INT1。作为外部中断的两个输入，其激活中断申请输入的方式有两种：一种是低电平激活；另一种是下降沿激活。具体采用哪种方式，由专用寄存器TCON中的IT1、IT0 位来决定。若ITx（X=1或0）=0则低电平激活中断；若ITx=1是下降沿激活。 在2个机器周期中，对ITx进行两次采样。第一次采为高电平，第二次采样为低电平时，激活中断标志（TCON中的IEx=1）。 由于CPU对外部中断的采样每个机器周期只有一次，所以电平激活方式中的外触发信号加在INTx的引脚上的低电平至少要保证一个机器周期（即12个振荡周期）。如果系统采用的是12M晶体，
14、那么，INTx上的中断信号（低电平）应大于1微秒，在实际应用中，如果采用电平触发方式时，外部中断源应一直保持中断有效（低电平），直到中断被响应为止。同理，对于边沿激活方式的信号，加在INTx上的高电平、低电平至少要各保持一个机器周期以上的时间。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,9中断请求的撤除,CPU一旦响应中断，进入中断服务程序后，应当将该中断请求撤除，否则该信号还会引起重复的中断。撤除中断的方法就是将对应的中断标志位清零。 在AT89C51系统中，清除标志有两种方法：一种是靠硬件自动清除；另一种是必须人为地用软件（指令）来清除。具体见表6-1（如果采用“查询”方式编
15、程时，所有标志都应软件清零）,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,9中断请求的撤除,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,9中断请求的撤除,使用一个D型触发器，在外部信号的激励下，使触发器的Q端为“0”电平，该电平作为外中断的申请信号。当CPU响应该中断并进入到服务程序中时，利用P0口的一条线输出一个将D型触发器置1的信号，如图6-3所示。 该电路还可以解决外中断信号有效宽度过窄的问题。,二、相关理论知识,（一）AT89C51单片机的中断系统,10中断技术的应用,1）与查询方式比较，采用中断方式编程可以提高CPU的运行效率。 2）单片机内部模块定时器、串行
16、口都可以采用中断的方式编程。 3）单片机的引脚INT0和INT1为用户提供了可以使用外部信号承担中断源的机会。如系统的电源监控系统，当电源出现下降时，可以向CPU发出一个紧急中断申请，CPU便可实现备用电源的切换等。但应当注意：外部的INT信号必须要经过处理，以保证中断的可靠性。 4）与查询方式编程相比，中断编程要注意两点： 通过对IE寄存器的编程，选择对应的使能位并开放该中断源。 在对应的中断矢量入口单元写入“跳板指令”，以便中断发生时，能够通过跳板指令使CPU转到真正的中断服务子程序中。,二、相关理论知识,（二）AT89C51单片机的定时器/计数器,1定时器/计数器的结构,AT89C51单片机有二个16位定时器/计数器，它们都具有定时和计数双重功能。其内部结构如图6-5所示。,二、相关理论知识,（二）AT89C51单片机的定时器/计数器,2定时器/计数器的特殊功能寄存器,（1）方式寄存器TMOD,特殊功能寄存器TMOD为T0、T1的工作方式寄存器，地址为89H，其格式如下：,
