《单片机原理及应用》5.docx

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1、第五章：51单片机的中断系统和外部中断知识点思维导图+思政线概述中断主义中断功能高级U断可以打断正在执行低级断断同级或低级中断不可以打断正在执行的中断多个中新同时由ar,元响应忌侬薪,藤井新,按自然笫曲中断系统单片机硬件的启用笑主的就是其寄存器的结构,其也复杂的电路对应用者来说是透明的：不同的应用一定要抓住其关健点,即其主要矛盾。结构TCON.SCONIEIP中断函数无参数无返回值中断函数不能破直接调用,是中断控制茎融制其执行：事物的发展要关注其内因不能直接调用单片机原理及应用课程教案第五章：51单片机的中断系统和外部中断时间：场地：项目目的：1、了解单片机的中断系统；2、掌握单片机的中断处理

2、过程；3、掌握单片机的中断服务程序设计；4、掌握单片机的中断应用。思政目标：通过由单片机中断系统的设计与使用，引申学生思考规则与社会秩序的重耍性。重点难点：1、单片机的中断处理过程；2、单片机的中断服务程序设计。实训设备：天煌单片机实训台，KEIC软件系统项目内容与步骤（教学时数：12学时）5.1 51单片机的中断系统5.1.1 51单片机的中断源51单片机的中断源是指能向单片机发出中断请求，引起中断的设备或事件，通常来说，51单片机一般有67个中断源，分为两个中断优先级，每个中断源都有自己对应的中断向量地址和中断标志位，其中定时计数器和外部中断还有自己的中断引脚。 外部中断0。 定时计数器0

3、。 外部中断1。 定时计数器1。 串行发送和接收（这两个中断源共用一个中断向量）。备注：课程思政元素：1）创新精神2）工匠精神3）职业素养4）公德意识融入时机：1）交通信号灯的设计：根据定时计数器2（在52系列单片机中存在）。5.1.251单片机的中断引脚51单片机的中断引脚由外部中断的中断引脚O（对应P3.2引脚）和中断引脚1（对应P3.3引脚）组成，如下图所示。2个外部中断引脚1y1431191801234567 ErI plplplplplplplplININoEAX1X239383736F34333201234567RreKKEEKKRESTRXDTXDRDA1ETWRPN2122,亘

4、互2526F2810305.1. 351单片机的中断相关控制寄存器51单片机的中断相关控制寄存器包括了中断控制寄存器（InterruptEnab1eRegiSter,IE）和中断优先级控制寄存器（InIernIPIPriorityRegister,IP）,前者用于对51单片机的中断工作状态进行控制，后者用于对51单片机的中断优先级进行控制。中断控制寄存器（IE）51单片机的中断控制寄存器IE的内部结构，这个寄存器可以位寻址，可以对该寄存器相应位进行置“1”或清“0”来对相应的中断进行操作。【例5.1】中断控制寄存器的操作。2.中断优先级控制寄存器（IP）在51单片机中的运行中，常常会出现几个中

5、断同时产生的情况，此时需要使用51单片机的中断优先级判断系统来决定先对哪一个中断事件进行响应，51单片机的中断默认优先级如下图所示。实际交通信号灯的规则进行电路设计，在思考交通灯规则时提示学生遵守交通规则是一个公民的基本公德意识；2）实训过程引导学生相互合作、爱护仪器设备，保持实训室干净卫生，同时严格操作过程，保障安全用电流程，将公共道德、职业素养的培训也有机地融入理实一体教学中。融入方式和手段：实训设计与操作：学生主体：在设计交通信号灯时由学生说出交通灯设计的规则，以便学生加深意识：红灯停、绿灯行，中断源响应顺序外部中断O最高定时计数器O外部中断1定时计数器O串行中断最低5.1.4中断向量地

6、址和中断标志位51单片机的中断向量地址位于程序存储器中，每当单片机检测到一个中断事件之后，程序指针(PC)就会自动地跳转到该地址。一般来说，是在该地址放入一个跳转指令，以便于使得程序指针再次跳转到对应的中断服务子程序入口。51单片机的6个中断源的中断向量地址请见教材中的表5.3o51单片机的每一个中断源，都对应一个中断请求标志位，这些标志位位于特殊功能寄存器TCON和SCON中。1. TCON(Timer/CounterContro1Register)TCON是定时计数器的控制寄存器，其提供了定时计数器0、定时计数器1、外部中断0和外部中断1的中断触发标志位TEKTFO、IE1和1E0,中断触

7、发标志具体说明如教材中的表5.4阴影部分所示。2. SCON(Seria1Contro1Register)SCON为串行通信口控制寄存器，其中的两位RI和T1为串行发送、接收中断的标志位，如教材中的表5.5中阴影部分给出了SeON寄存器中该两位的功能说明。5.251单片机的中断处理过程51单片机的中断处理过程包括中断初始化和中断服务程序两个部分，前者用于对单片机的中断系统进行初始化，包括打开和关闭中断，设定中断优先级等，后者则用于在单片机检测到中断之后响应中断事件。51单片机中断系统的初始化应该包括以下几个步骤。(1)初始化堆栈指针SP。(2)设置中断源的触发方式。(3)设置中断源的优先级别。

8、(4)使能相应中断源。并说出自己有没有闯红灯的经历。本章学习的哲学思维：硬件结构的学习要抓主要矛盾；电路设计要注意软、硬件的辩证关系。51单片机在每个机器周期中都会去查询中断，所查询到的中断是上一个机器周期中被置位的中断请求标志位，但是单片机不会保存没有能够及时响应的中断请求标志位。51单片机的中断处理流程如下：（1）屏蔽同级和低级别的中断。（2）把当前程序指针PC的内容保存到堆栈中。（3）根据中断标志位，把相应的中断源对应的中断向量入口地址装入PC中。（4）从中断向量入口地址跳转到对应的中断服务程序中。（5）执行中断服务。（6）中断服务执行完成之后打开被屏蔽的中断，然后从堆栈中取出原先保存的

9、PC内容，使得程序可以从原先的PC地址继续运行。5.351单片机的中断服务程序设计C51语言的中断服务函数需要使用关键字interrupt来进行定义，interrupt后面的参数04表明了中断源，在实际使用中常常使用using来定义在中断服务函数中使用的寄存器组，其参数可以为03,分别对应通用工作寄存器组0组3,这样定义的好处是可以减少压入堆栈的变量内容，从而简化中断服务函数的内容，以加快程序执行的速度，例5.2是中断服务函数的标准结构。【例5.2】中断服务函数的标准结构。51单片机的中断服务函数将自动完成以下功能。 将ACC、B、DPH.DP1和PSW等寄存器的内容保存到堆栈中。 如果没有使

10、用using关键字来切换工作寄存器组，将自动把在中断服务函数中使用到的工作寄存器保存到堆栈中。 在中断服务函数的最后，恢复堆栈中保存相关寄存器的内容。 生成RET1指令返回到主程序。在编写中断服务函数的时候要注意以下问题。 中断服务函数不能定义任何的参变量和返回值。 不要主动调用中断服务函数。 如果在中断服务函数中使用using来指定了寄存器组，则在这个函数中需要一直使用这个寄存器组。中断服务函数中的执行内容尽可能得少，执行时间尽可能得短。5.451单片机的外部中断5.4.1 外部中断的控制外部中断的控制通过对寄存器TCON的操作完成，其详细定义参看表5.4o当TCON中的ITO和In位被置位

11、后，外部中断进入负跳变触发方式，该位被复位后，外部中断进入低电平触发方式。5.4.2 外部中断的检测和响应在负跳变触发方式下，连续两个的机器周期中如果在外部中断引脚上检测到由高到低的电平跳变时，TCON中的标志位IEO(IE1)被置位，并且在51单片机开启中断的时候申请对应的外部中断。在低电平触发方式下，51单片机将在每一个指令周期(12个机器周期)去检测外部中断引脚上的电平，当检测到该引脚上的电平为低时，置位标志位并且引发中断。由于51单片机需要一定的时间来判断外部引脚上的电平信号，所以加在外部引脚上的电平必须要维持一段时间。在负跳变触发方式下，需要检测一个有效的高电平和一个有效的低电平，而

12、这个检测是每个指令周期内进行一次，所有这个有效的低电平必须维持至少一个指令周期。在低电平触发方式下，这个低电平的维持时间也必须维持至少一个指令周期。51单片机响应外部中断后将由硬件将对应的IEO和IEI标志位置清除，但是在低电压触发方式下，如果外部引脚上的电压一直维持在低电平，就会反复地触发中断。所以，如果出现这种情况，最好使用负跳变触发方式。总体说来,边沿触发方式适用于中断请求信号不需要进行软件清除的场合，如双机通信时候的握手信号。当中断要求很频繁的时候，低电平触发方式就比较好，尤其是后面即将谈到的多个中断共用一个中断人口的情况。5.4.3 多个外部中断信号的处理假如有两个外围信号都需要通过

13、外部中断申请中断，可以把这两个信号通过与门连接到外部中断引脚上，同时把这两个信号都连接到51单片机的某个I/O口上。此时外部中断采用低电平触发方式，当其中一个信号为低电平时候，这两个信号的输出信号在外部中断引脚上就会变成低电平，51单片机就会检测到这个中断信号，然后通过对I/O的判断来确定哪一个外围信号要申请中断。对于多于两个的外围信号也可以采用类似的方式。联合中断申请的最大缺点是会使得中断服务子程序变大，使得中断响应时间变慢甚至会屏蔽其他的一些中断，所以在这种情况下一般使用外部中断1作为联合申请的中断入口。例5.2是一个有4个外围信号共用一个中断引脚的实例，其电路如图5.4所示。【例5.2】

14、多个外部中断信号的处理。5.5应用案例-外部中断计数系统的实现5.5.151单片机使用外部中断51单片机的外部中断使用方法可以总结为如下步骤。（1）确定外部中断信号的触发模式是低电平还是负脉冲。（2）设置ITO或者IT1寄存器位以确定外部中断的触发方法。（3）置位（设置为1）EXo或者EX1寄存器位以使能外部中断。（4）置位EA寄存器位以打开51单片机的中断总开关。（5）进入对应的中断服务程序对中断信号进行处理，如果是电平触发方式则需要关闭中断以防止多次触发。如例5.3所示是以上操作对应的C51语言代码（以外部中断0为例）。【例5.3外部中断操作的C51语言代码。5. 5,2单位数码管基础数码

15、管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管，是MCS51单片机系统中用得非常多一种输出通道设备。常见的数码管可以按照段数分为七段数码管、八段数码管和异型数码管，按能显示多少个“8”可以分为单位、两位等“X”位数码管，按照发光二极管的连接方式可以分为共阴极数码管和共阳极数码管。1 .单位数码管的内部结构51单片机系统中最常使用的八段数码管的内部结构如下图所示，其是由8个发光二极管（字段）构成，通过不同的组合可用来显示数字0、9,字符A、F、H、1、P、R、U、Y,符号及小数点2 .单位数码管的软件译码方式根据共阳极数码管的显示原理，要使数码管显示出相应的字符必须使单片机I/O输出的数据，即输入到数码管每个字段发光二极管的电平符合想要显示的字符要求。这个从目标输出字符反推出数码管各段应该输入数据的过程称之为字形编码，八位数码管字形编码如教材中的表5.8所示。例5.4是51单片机使