項目3 手動計數(shù)器的設(shè)計與制作

單片機系統(tǒng)設(shè)計與制作項目3手動計數(shù)器的設(shè)計與制作目錄

知識鏈接一、中斷的基本概念及應用二、數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示三、數(shù)碼管與單片機的接口電路任務實施一、任務分析二、安裝與調(diào)試目錄

知識鏈接一、中斷的基本概念及應用二、數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示三、數(shù)碼管與單片機的接口電路任務實施一、任務分析二、安裝與調(diào)試1、中斷的概念及功能什么是中斷？中斷：計算機在執(zhí)行程序的過程中，由CPU以外的服務對象向CPU發(fā)出中斷請求信號，要求CPU暫時中斷當前程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應的處理程序，待處理程序執(zhí)行完畢后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。1、中斷的概念及功能主程序斷點繼續(xù)執(zhí)行主程序響應中斷請求返回主程序RETI中斷服務程序中斷執(zhí)行過程2中斷響應4中斷返回中斷請求13中斷處理1、中斷的概念及功能向CPU發(fā)出中斷請求的來源，或引起中斷的原因。來自單片機內(nèi)部稱為內(nèi)部中斷源；來自單片機外部，稱之為外部中斷源。中斷源也叫中斷申請，中斷源要求服務的請求。中斷請求主程序被斷開的位置（或地址）。斷點也叫中斷處理子程序，中斷之后所執(zhí)行的處理程序。中斷服務程序1、中斷的概念及功能調(diào)用子程序在程序中是事先安排好的，而何時調(diào)用中斷服務程序事先卻無法確定。因為中斷的發(fā)生取決于申請中斷的外部事件，無法事先在程序中安排指令，中斷服務程序的處理過程是由硬件自動完成的。調(diào)用中斷服務程序與調(diào)用子程序的區(qū)別RETRETI1、中斷的概念及功能分時操作解決快速CPU與慢速外設(shè)工作速度不一致的問題。實時處理在實時控制中，及時對外部條件變化做出反應。故障處理出現(xiàn)掉電、存儲錯誤等意外狀況或故障時，轉(zhuǎn)到相應的故障處理程序處理中斷的功能1、中斷的概念及功能2個中斷優(yōu)先級4個相關(guān)特殊功能寄存器5個中斷源MCS-51中斷系統(tǒng)外部中斷0定時器/計數(shù)器0外部中斷1定時器/計數(shù)器1串行口收發(fā)中斷定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON串行口控制寄存器SCON中斷允許控制寄存器IE中斷優(yōu)先級控制寄存器IP高優(yōu)先級低優(yōu)先級2、中斷系統(tǒng)及管理圖4.1

MCS-51單片機中斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、中斷系統(tǒng)及管理兩個外部中斷（INT0、INT1），兩個定時器溢出中斷（T0溢出、T1溢出）和一個串行口中斷，各中斷源對應的中斷服務程序入口地址及中斷信號產(chǎn)生的條件如表所示。中斷源中斷源中斷入口地址中斷信號產(chǎn)生外部中斷0（INT0）0003HP3.2腳輸入低電平或下降沿T0溢出中斷000BH定時器0計數(shù)滿溢出外部中斷1（INT1）0013HP3.3腳輸入低電平或下降沿T1溢出中斷001BH定時器1計數(shù)滿溢出串行口中斷0023H串行口發(fā)送或接受完一幀數(shù)據(jù)表4.1

中斷入口地址及中斷信號產(chǎn)生2、中斷系統(tǒng)及管理與中斷控制相關(guān)的特殊功能寄存器。中斷控制寄存器TCONSCONIEIP2、中斷系統(tǒng)及管理位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT088H8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H表4.2TCON位格式定義TCON（TimerControl）定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON用于鎖存外部中斷請求標志以及定時器/計數(shù)器控制，其各位格式定義如表4.2所示。（1）TCON2、中斷系統(tǒng)及管理TF1：

定時器T1溢出中斷標志位。硬件置1，CPU響應中斷后，由

硬件（或軟件）清0。TR1：

定時器T1運行控制位，由軟件置位或清0。TR1置1時，定時

器T1啟動；TR1清0時，定時器T1停止。TF0：

定時器T0溢出中斷標志位，功能與TF1類似。TR0：

定時器T0運行控制位，功能與TR1類似。位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02、中斷系統(tǒng)及管理IE1：

外部中斷1請求標志位。當INT1引腳上中斷請求信號有效時，

則IE1由硬件置1，向CPU申請中斷。IT1：

外部中斷1觸發(fā)方式控制位。當IT1=0時，INT1為電平觸發(fā)方

式。當IT1=1時，INT1為邊沿觸發(fā)方式。IE0：

外部中斷0請求標志位，功能與IE1類似。IT0：

外部中斷0觸發(fā)方式控制位，功能與IT1類似。位D7D6D5D4D3D2D1D0TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT02、中斷系統(tǒng)及管理位D7D6D5D4D3D2D1D0SCONSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI98H9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H表4.3

SCON位格式定義SCON（SerialControl）串行口控制寄存器SCON位格式定義如表4.3所示。（2）

SCONTI：串行口發(fā)送中斷標志位。硬件置1，軟件清0。RI：串行口接收中斷標志位。硬件置1，軟件清0。2、中斷系統(tǒng)及管理位D7D6D5D4D3D2D1D0IEEA——ESET1EX1ET0EX0A8HAFH——ACHABHAAHA9HA8H表4.4

IE位格式定義IE（InterruptEnable）中斷允許控制寄存器中斷的類型：非屏蔽中斷和可屏蔽中斷。MCS-51系列單片機的5個中斷源都是可屏蔽中斷，各中斷源的開放與禁止由中斷允許控制寄存器IE控制。IE寄存器各位格式定義如表4.4所示。（3）

IE2、中斷系統(tǒng)及管理EA：CPU中斷允許控制位。EA相當于控制所有中斷源開放與屏蔽的總開關(guān)。ES：串行口中斷允許位。ET1：定時器T1中斷允許位EX1：外部中斷1中斷允許位。ET0：定時器T0中斷允許位。EX0：外部中斷0中斷允許位。位D7D6D5D4D3D2D1D0IEEA——ESET1EX1ET0EX02、中斷系統(tǒng)及管理只允許定時器T1中斷，編寫開放中斷的指令。例8051單片機系統(tǒng)復位后，IE中各中斷允許位均被清0，即禁止所有中斷。SETB EA ；EA置1SETB ET1 ；ET1置1EA=1;ET1=1;MOV IE，#88H ；EA置1，ET1置1，88H=10001000BIE=0x88；或只用一條字節(jié)指令:2、中斷系統(tǒng)及管理位D7D6D5D4D3D2D1D0IP———PSPT1PX1PT0PX0B8H———BCHBBHBAHB9HB8H表4.5

IP位格式定義IP（InterruptPriority）中斷優(yōu)先級控制寄存器IP用于設(shè)置各中斷源優(yōu)先級，IP的各位均可由軟件置1或清0，1表示高優(yōu)先級，0表示低優(yōu)先級。（4）

IP2、中斷系統(tǒng)及管理PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位。PT1：定時器T1中斷優(yōu)先級控制位。PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位。PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。系統(tǒng)復位后，IP低5位全部0，所有中斷源均設(shè)定為低優(yōu)先級中斷。可通過指令設(shè)定中斷源為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷。位D7D6D5D4D3D2D1D0IP———PSPT1PX1PT0PX02、中斷系統(tǒng)及管理幾個同一優(yōu)先級的中斷源同時向CPU申請中斷，則CPU按自然優(yōu)先級順序確定先響應哪個中斷請求。自然優(yōu)先級由硬件形成。中斷優(yōu)先級控制串行口中斷定時器T1中斷外部中斷1定時器T0中斷外部中斷0最低最高2、中斷系統(tǒng)及管理1高優(yōu)先級的中斷請求可以打斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷。2同級或低優(yōu)先級的中斷請求不能打斷正在執(zhí)行的中斷。中斷優(yōu)先響應的三條原則3兩個以上同級中斷源同時向CPU申請中斷時，CPU按自然優(yōu)先級順序確定先響應哪一個中斷。在實際應用中，將IP寄存器和自然優(yōu)先級結(jié)合使用，就可以自由控制各中斷源的響應順序。2、中斷系統(tǒng)及管理當CPU正在執(zhí)行某個中斷服務程序時，若有更高優(yōu)先級的中斷源發(fā)出中斷請求，則CPU會中斷當前中斷服務程序，并保留程序斷點，轉(zhuǎn)而響應高級中斷，待高級中斷處理結(jié)束以后，再返回被中斷的中斷服務程序。中斷嵌套主程序斷點繼續(xù)執(zhí)行主程序響應低級中斷請求返回主程序RETI高級中斷服務程序斷點低級中斷程序繼續(xù)執(zhí)行返回低級中斷程序響應高級中斷請求3、中斷處理過程中斷的處理過程1中斷響應3中斷返回2中斷處理3、中斷處理過程圖4.2中斷處理過程流程圖3、中斷處理過程（1）中斷響應CPU響應中斷需要滿足的條件1有中斷源向CPU發(fā)出中斷申請，且CPU中斷控制和申請中斷的中斷源控制均處于開放狀態(tài)。3CPU已執(zhí)行完當前指令。2CPU正在執(zhí)行的不是RETI中斷返回指令或訪問IE和IP的指令。3、中斷處理過程（2）中斷響應過程中斷響應過程包括斷點保護和中斷服務程序的入口地址跳轉(zhuǎn)。各中斷源的中斷入口地址之間只相隔8個字節(jié)，無法容納一般的中斷服務程序，因此，在中斷入口地址單元通常存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，將中斷服務程序轉(zhuǎn)至用戶指定的其他空間。中斷服務程序從中斷入口地址開始執(zhí)行，到返回指令RETI為止。

中斷服務程序的入口地址 ORG 0000H ;主程序入口地址 AJMP MAIN ORG 0003H ;外部中斷0入口地址 AJMP F_INT0 ORG 000BH ;定時器T0入口地址 AJMP F_T0 ……MAIN: ;主程序 ……F_INT0: ;外部中斷0中斷服務程序 ……

RETIF_T0: ;定時器/計數(shù)器T0中斷服務程序 …….

RETI ENDC51的中斷服務程序void函數(shù)名() interrupt中斷號[using工作寄存器組]{ …… }中斷號中斷源0外部中斷01定時器/計數(shù)器02外部中斷13定時器/計數(shù)器14串行口收發(fā)中斷工作寄存器組0(默認)1233、中斷處理過程（3）中斷返回中斷返回：指中斷服務完后，計算機返回原來斷點的位置，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。中斷返回由中斷返回指令RETI來實現(xiàn)。中斷源發(fā)出中斷請求后，相應的中斷請求標志位被置1。CPU響應中斷請求后，在中斷返回前，應刪除該中斷請求標志，否則會再次響應該中斷，進入死循環(huán)。目錄

知識鏈接一、中斷的基本概念及應用二、數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示三、數(shù)碼管與單片機的接口電路任務實施一、任務分析二、安裝與調(diào)試目錄

知識鏈接一、中斷的基本概念及應用二、數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示三、數(shù)碼管與單片機的接口電路任務實施一、任務分析二、安裝與調(diào)試1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)LED七段數(shù)碼管由7個長型發(fā)光二極管和一個圓點型發(fā)光二極管組成，可以顯示數(shù)字、某些字母及其他符號。LED數(shù)碼管根據(jù)公共引腳與電源和地的連接方式，分共陰型和共陽型。1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)

（a）（b）（c）圖4.2LED數(shù)碼管外形引腳及結(jié)構(gòu)圖（a）外形及引腳（b）共陰極結(jié)構(gòu)（c）共陽極結(jié)構(gòu)1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)各二極管一般參數(shù)：正向壓降：1.5~2V 額定電流：10~30mA最大電流：不超過40mA。LED數(shù)碼管參數(shù)代碼位D7D6D5D4D3D2D1D0顯示段dpgfedcba表4.8LED數(shù)碼管代碼位與顯示字段1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)在顯示時需把待顯示的數(shù)字轉(zhuǎn)換成相應的段選碼。譯碼常用74LS48、74LS49、74LS164等集成譯碼電路實現(xiàn)。常用指令MOVCA，@A+DPTR以查表法實現(xiàn)。硬件譯碼軟件譯碼譯碼方法1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)

LED的段選碼段位名dpgfedcba共陽極段碼10010010十六進制92H段位名dpgfedcba共陰極段碼01101101十六進制6DH反碼1、LED數(shù)碼管結(jié)構(gòu)字型共陽極代碼共陰極代碼字型共陽極代碼共陰極代碼0COH3FH990H6FH1F9H06HA88H77H2A4H5BHb83H7CH3B0H4FHCC6H39H499H66HdA1H5EH592H6DHE86H79H682H7DHF84H71H7F8H07H8.00HFFH880H7FH滅FFH00H表4.9LED數(shù)碼管十六進制段選碼2、LED數(shù)碼管的顯示控制字段控制字位控制

顯示控制用于控制顯示什么字符用于控制某一位或某幾位顯示多位LED數(shù)碼管顯示2、LED數(shù)碼管的顯示控制靜態(tài)顯示動態(tài)顯示數(shù)碼管的顯示控制每一時刻只有一個數(shù)碼管顯示所有數(shù)碼管都處于顯示狀態(tài)3、LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示：當數(shù)碼管顯示某一字符時，該位的各段選線和位選線的電平保持不變，即對應發(fā)光二極管保持導通或者截止的狀態(tài)。連線方法：將各位LED數(shù)碼管的位選線（即共陰極或共陽極）連接在一起，接地或者接+5V電源；其段選線（dp~a）分別接到一個8位的控制端口。3、LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示圖4.74位LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示3、LED數(shù)碼管的靜態(tài)顯示靜態(tài)顯示的特點01顯示穩(wěn)定，不易閃爍，顯示亮度高02編程簡單03占用的I/O口太多，硬件資源消耗過大04功耗大僅適用于顯示位數(shù)較少的情況。注意4、LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示多位LED數(shù)碼管共享段選線，依次輸出段選碼，同時依次在LED數(shù)碼管的公共端送入有效電平，逐位進行掃描。所有的LED數(shù)碼管會按順序逐個點亮。利用人眼的視覺殘留效應，只要掃描頻率足夠快(100Hz以上)，將掃描周期控制在視覺停頓時間內(nèi)，則可以達到不閃爍的效果，使所有數(shù)碼管看起來似乎是同時點亮的。動態(tài)顯示與發(fā)光二極管的導通電流有關(guān)，也與點亮的持續(xù)時間和間隔時間的比值有關(guān)，合理選擇參數(shù)，就可以得到亮度高、穩(wěn)定性好的顯示效果。顯示效果4、LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示將所有數(shù)碼管的8個顯示筆劃“a,b,c,d,e,f,g,dp”的同名端連在一起，另外為每個數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制。連線方法

動態(tài)顯示工作原理—連線acegbfddpcom段碼位碼

動態(tài)顯示工作原理—掃描過程段碼位碼0010010100010000001110011111010010010010010010004、LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示動態(tài)顯示的特點01占用端口少，節(jié)省硬件資源。02功耗低03控制過程較復雜，降低了CPU工作效率04顯示亮度較靜態(tài)顯示低。在顯示位數(shù)多，硬件控制端口資源緊張的情況注意4、LED數(shù)碼管的動態(tài)顯示100ms10Hz25ms40Hz10ms100Hz1ms1KHz目錄

知識鏈接一、中斷的基本概念及應用二、數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示三、數(shù)碼管與單片機的接口電路任務實施一、任務分析二、安裝與調(diào)試1、靜態(tài)顯示接口電路利用單片機控制LED數(shù)碼管靜態(tài)顯示，顯示幾位，就需要幾個8位并行I/O口，當單片機I/O口不夠用時，則需要進行I/O口擴展。若采用共陽極數(shù)碼管，單片機I/O口通過限流電阻接在LED數(shù)碼管的a~dp口即可。若采用共陰極數(shù)碼管，由于單片機I/O口驅(qū)動能力不足，無法提供發(fā)光二極管導通所需電流，除了限流電阻以外，還應在I/O口與LED數(shù)碼管段選口之間增加緩沖器或三極管驅(qū)動電路。（不推薦）1、靜態(tài)顯示接口電路8051單片機與共陽極LED數(shù)碼管的接口電路如圖4.9所示，利用P0口并行輸出控制LED數(shù)碼管，完成0~9循環(huán)顯示的程序。例4.1圖4.9單數(shù)碼管靜態(tài)顯示接口電路1、靜態(tài)顯示接口電路匯編源代碼查表 ORG 00HMAIN: MOV R1,#0AH MOV R0,#00H MOV DPTR,#SEGTAB ;賦表頭地址LOOP: MOV A,R0 ;查表并送P1口顯示

MOVC A,@A+DPTR MOV P0,A LCALL DELAY ;調(diào)用延時

INC R0 DJNZ R1,LOOP ;循環(huán)未到10次則繼續(xù)

AJMP MAINSEGTAB:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H;0~9共陽極段碼表

DB 92H,82H,0F8H,80H,90HDELAY: MOV R5,#100 ;延時子程序D1: MOV R6,#20D2: MOV R7,#248 DJNZ R7,$ DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RET END定義數(shù)據(jù)表C程序代碼#include<reg51.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedint#defineN10ucharcodePattern[N]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,//共陽極段碼表

0x92,0x82,0x0F8,0x80,0x90};voidDelayMS(uintx) //延時{ uchari; while(x--) for(i=0;i<120;i++);}voidmain() //主程序{ uchari; while(1) { for(i=0;i<N;i++) { P0=Pattern[i];//查表取值，送P0口顯示

DelayMS(600); } }}2、動態(tài)顯示接口電路選用一個8位I/O口作為段選信號，用另一個8位I/O口作為位選信號。

為了節(jié)省端口資源，還可以74LS138、8155等集成電路進行擴展。例如，采用譯碼器74LS138，則可實現(xiàn)用3根位選線實現(xiàn)8位LED數(shù)碼管的動態(tài)掃描。也可以利用可編程接口芯片8155進行并口擴展。另外，也可以利用串口實現(xiàn)顯示控制，但是實現(xiàn)程序和電路較復雜。單片機控制多位LED數(shù)碼管動態(tài)顯示2、動態(tài)顯示接口電路8051單片機與4位共陽極數(shù)碼管的接口電路如圖4.10所示。利用8051單片機實現(xiàn)4位LED數(shù)碼管的動態(tài)掃描電路，使數(shù)碼管顯示“2015”4個字符。例4.274LS245：8路同相三態(tài)雙向總線收發(fā)器74LS04：反相器2、動態(tài)顯示接口電路圖4.10數(shù)碼管動態(tài)顯示接口電路段選碼依次送：2、0、1、5對應的段選碼位選碼依次送：1000010000100001C程序代碼#include<reg51.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintucharcodePattern[]={0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,//共陽極段碼表

0x92,0x82,0x0F8,0x80,0x90};ucharcodeLed_Dis[4]={2,0,1,5}; //顯示數(shù)據(jù)表voidDelayMS(uintx) //延時{ uchari; while(x--) { for(i=0;i<120;i++); }}C程序代碼voidmain() //主程序{ uchari,temp; while(1) { temp=0xef; //11101111

for(i=0;i<4;i++) { P1=0xff;

P0=Pattern[Led_Dis[i]];//查表取值，送段碼

temp>>=1;

P1=temp; //送位碼

DelayMS(10); //控制掃描頻率 } }}掃描一輪目錄

知識鏈接一、中斷的基本概念及應用二、數(shù)碼管靜態(tài)和動態(tài)顯示三、數(shù)碼管與單片機的接口電路任務實施一、任務分析二、安裝與調(diào)試1、任務要求本任務要求設(shè)計一個最大計數(shù)值為9的手動加法計數(shù)器。該計數(shù)器有兩個按鍵，通過外部中斷完成清零和計數(shù)功能。清零鍵按下后顯示歸零；計數(shù)鍵按下后，計數(shù)值加1，如計數(shù)值為9，再按下計數(shù)鍵則歸零。P0口接共陽極數(shù)碼管，靜態(tài)顯示計數(shù)值。用KeilC51、Proteus等作開發(fā)工具，進行仿真，并完成實物電路制作并測試，最后需完成項目報告。手動計數(shù)器任務要求2、總體設(shè)計方案AT89C51單片機按鍵控制復位電路時鐘電路LED數(shù)碼管顯示3、硬件電路設(shè)計復位電路時鐘電路顯示電路復位電路可以提供“上電復位”和“手動復位”兩種復位方式。時鐘電路以12MHz的頻率向單片機提供時鐘，保證單片機以規(guī)定的頻率運行。共陽極數(shù)碼管通過限流電阻連接到P0口，a~dp分別對應P0.0~P0.7，控制電平低有效，即控制端口輸出低電平時，對應字段點亮，控制端口輸出高電平時，控制端口熄滅。由AT89C51單片機、時鐘電路、復位電路構(gòu)成的單片機最小系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，在P3.2（外部中斷0）和P3.3（外部中斷1）兩個引腳上分別接按鍵，P0口接共陽極數(shù)碼管及限流電阻，即構(gòu)成手動計數(shù)器的硬件電路。3、硬件電路設(shè)計4、軟件設(shè)計

程序流程圖C源程序#include"reg51.h"unsignedcharsegtab[10]={0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0x99,0x92,0x82,0xf8,0x80,0x90}; //0~9共陽極段碼表unsignedcharcount;voidDELAY(unsignedcharn) //延時程序{ unsignedchari,j; for(i=0;i<n;i++) for(j=0;j<200;j++);}voidKey0()interrupt0 //外部中斷0中斷服務程序{ count=0; DELAY(10); }C源程序voidKey1()interrupt2 //外部中斷1中斷服務程序{ count++; if(count==10) count=0; DELAY(10);}voidmain() //主程序{ TCON=0x05; //設(shè)置邊沿觸發(fā)方式

IE=0x85; //開中斷10000101

count=0; //計數(shù)值初始化

while(1) //顯示計數(shù)值,并等待中斷 {

P0=segtab[count]; }}5、擴展任務在加法計數(shù)器的基礎(chǔ)之上，在P1.0口上增加一個撥碼開關(guān)，P2口按P1口連接方式增加一位數(shù)碼管，可將簡單的加法計