单片机应用技术项目教程项目8报警器精课件

1、项目8 报警器知识目标：1理解中断的基本概念；2理解MCS51中断系统的结构和特点；3学会使用中断方式对外部事件中断进行处理。技能训练目标：1学会中断服务程序的编制方法；2熟悉中断系统的处理过程和使用方法。设计要求： 利用单片机的外部中断设计报警器，当有人靠近时，热释电红外传感器感应到信号，传送到单片机控制系统进行判断处理，并输出控制信号驱动蜂鸣器进行报警。报警产生器总体设计方案 本系统功能由硬件和软件两大部份协调完成，硬件部分主要完成信息的显示；软件主要完成信号的处理及控制功能等。 本系统的硬件采用模块化设计，以AT89S52单片机为核心，与按键接口电路、音频报警电路组成控制系统。该系统硬件

2、主要包括以下几个模块：AT89S52主控模块、按键模块、音频报警模块等。其中AT89S52主要完成外围硬件的控制以及一些运算功能；按键模块主要外部中断功能；音频报警模块主要完成报警音频信号的输出。系统组成方框图如图8.1所示。 图8.1 报警产生器系统组成方框图 单 片 机复位电路时钟电路电源电路按键电路音频报警电路 应用软件采用模块化设计方法。系统软件主要由主程序、外部中断1子程序、延时子程序等模块组成，系统软件结构框图如图8.2所示。外部中断1服务子程序主程序延时子程序 图8.2 系统软件结构框图二、中断系统的结构 图8.4 MCS-51中断系统内部结构示意图MCS-51单片机中断系统结构

3、如图8.4所示 引起中断的原因，或者是能发出中断申请的来源，称为“中断源”。中断可以人为设定， 也可以是为响应突发性随机事件而设置。通常有I/O设备、实时控制系统中的随机参数和信息故障源等。 MCS-51单片机的5个中断源详述如下： (1) INT0 :外部中断0中断请求，由P3.2脚输入。 (2) INT1 ：外部中断1中断请求，由P3.3脚输入。 (3) TF0：定时器T0溢出中断请求。 (4) TF1：定时器1溢出中断请求。 (5) RI或TI：串行中断请求。当接收或发送完一串行帧数据时，内部串行口中断请求标志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自动执行），请求中断。

4、对于8052系列单片机，片内有3个定时/计时器，所以它有6个中断源。中断源与中断标志 在MCS-51型单片机中断控制中，具有以下4个特殊功能寄存器： 定时和外中断控制寄存器TCON； 串行口中断控制寄存器SCON； 中断允许控制寄存器IE； 中断优先级控制寄存器IP； TCON和SCON只有一部分用于中断控制。对以上4个控制中断的寄存器的各位进行置位或复位操作，可以实现各种中断控制功能。三、中断系统控制 1定时和外中断控制寄存器TCON中的中断标志TCON为定时器0和定时器1的控制寄存器，同时也锁存定时器0和定时器1的溢出中断标志及外部中断的中断标志等。寄存器TCON的结构和各位名称、地址与中

5、断有关位如下： TCON TF1 TF0 IE1 IT1 IE0 IT0（一）中断源请求标志 (1) TCON.7（TF1）：定时器1的溢出中断标志。T1被启动计数后，从初值做加1计数，当计满溢出后由硬件置位TF1，同时向CPU发出中断请求，此标志一直保持到CPU响应中断后才由硬件自动清0。也可以由软件查询该标志，并且由软件清0。 (2) TCON.5（TF0）：定时器0溢出中断标志。其操作功能和意义与TF1类同。 (3) TCON.3（IE1）：外部中断1的中断请求标志。 当 P3.3引脚信号有效时，IE1 = 1，外部中断1向CPU申请中断，当执行完后，由片内硬件自动清0。 (4) TCO

6、N.2（IT1）：外部中断1的中断触发方式控制位。 当IT1 = 0时，外部中断1被控制为电平触发方式。在这种方式下，CPU在每个机器周期的S5P2期间对外部中断1（P3.3）引脚采样，若为低电平，则认为有中断申请，随即使IE1标志置位；若为高电平，则认为无中断申请，或中断申请已撤除，随即使IE1标志复位。 当IT1 = 1时，外部中断1被控制为边沿触发方式。CPU在每个机器周期的S5P2期间对外部中断1（P3.3）引脚采样，如果在相继的两个周期采样过程中，一个机器周期采样到该引脚为高电平，接着的下一个机器周期采样到该引脚为低电平，则使IE1置1，直到CPU响应该中断时，才由硬件使IE1清0。

7、 (5) TCON.1（IE0）：外部中断0的中断请求标志。其操作功能和意义与IE1类同。 (6) TCON.0（IT0）：外部中断0的中断触发方式控制位。其操作功能和意义与IT1类同。 2串行中断控制SCON寄存器中的中断标志 SCON是串行口控制寄存器，其低两位TI和RI锁存串行口的发送中断标志和接收中断标志。各位意义如下： SCON TI RI (1) SCON.1（TI）：串行口发送中断标志。CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送，每发送完一个串行帧数据后，硬件将使TI置位。但CPU响应中断时并不清除TI，必须在中断服务程序中由软件清除。 (2) SCON.0（RI）：串

8、行接收中断标志。在串行口允许接收时，每接收完一个串行帧数据，硬件将使RI置位。同样，CPU在响应中断时不会清除RI，必须在中断服务程序中由软件清除。MCS-51单片机系统复位后，TCON和SCON均清0，应用时要注意各位的初始状态。 计算机中断系统有两种不同类型的中断：一类称为非屏蔽中断，另一类称为可屏蔽中断。对非屏蔽中断，用户不能用软件的方法加以禁止，一旦有中断申请，CPU必须予以响应。对可屏蔽中断，用户可以通过软件方法来控制是否允许某个中断源的中断，允许中断称中断开放，不允许中断称中断屏蔽。MCS-51系列单片机的5个中断源都是可屏蔽中断，中断系统内部设有一个专用寄存器IE，用于控制CPU

9、对各中断源的开放或屏蔽。IE寄存器各位定义如下： IE（二）中断允许控制EA ESET1 EX1ET0 EX0 (1) IE.7（EA）：总中断允许控制位。EA = 1，开放所有中断，各中断源的允许和禁止可通过相应的中断允许位单独加以控制；EA = 0，禁止所有中断。(2) IE.4（ES）：串行口中断(包括串行发、串行收)允许位。ES = 1，允许串行口中断；ES = 0，禁止串行口中断。(3) IE.3（ET1）：定时/计数器T1中断允许位。ET1 = 1，允许定时器T1中断；ET1 = 0，禁止定时器T1中断。(4) IE.2（EX1）：外部中断1中断允许位。EX1 = 1，允许外部中断

10、1中断；EX1 = 0，禁止外部中断1中断。(5) IE.1（ET0）：定时/计数器T0中断允许位。ET0 = 1，允许定时器0中断；ET0 = 0，禁止定时器0中断。(6) IE.0（EX0）: 外部中断0中断允许位。EX0 = 1，允许外部中断0中断；EX0 = 0，禁止外部中断0中断。 8051单片机系统复位后，IE中各中断允许位均被清0，即禁止所有中断。 由此可知，MCS-51系列单片机对中断实行两级控制，总控制位为EA，每一个中断源还有各自的控制位对该中断源开中或关中。首先要EA=1，其次还要自身的控制位置“1”。 例如：首先开总中断： EA=1，然后，开T1中断： ET1=1，这2

11、条位操作指令也可合并为1条字节指令： IE=0 x88。 在MCS-51系列单片机有两个中断优先级，每个中断源都可以通过编程确定为高优先级中断或低优先级中断，从而实现二级嵌套。同一优先级别中的中断源可能不止一个，即存在中断优先权排队的问题。 专用寄存器IP为中断优先级寄存器，锁存各中断源优先级控制位。IP中的每一位均可由软件来置1或清0，置1表示高优先级，清0表示低优先级。其格式如下： IP（三）中断优先级控制- PSPT1 PX1PT0PX0（1）IP.4（PS）：串行口中断优先级控制位。PS = 1，设定串行口为高优先级中断；PS = 0，设定串行口为低优先级中断。（2）IP.3（PT1）

12、：定时器T1中断优先级控制位。PT1 = 1，设定定时器T1中断为高优先级中断；PT1 = 0，设定定时器T1中断为低优先级中断。（3）IP.2（PX1）：外部中断1中断优先级控制位。PX1 = 1，设定外部中断1为高优先级中断；PX1 = 0，设定外部中断1为低优先级中断。（4）IP.1（PT0）：定时器T0中断优先级控制位。PT0 = 1，设定定时器T0中断为高优先级中断；PT0 = 0，设定定时器T0中断为低优先级中断。（5）IP.0（PX0）：外部中断0中断优先级控制位。PX0 = 1，设定外部中断0为高优先级中断；PX0 = 0，设定外部中断0为低优先级中断。 当系统复位后，IP低5

13、位全部清0，所有中断源均设定为低优先级中断。 如果几个同一优先级的中断源同时向CPU申请中断，CPU 通过内部硬件查询逻辑，按自然优先级顺序确定先响应哪个中断请求。自然优先级由硬件形成，见下表8.1。后中断源同级自然优先级外部中断0先定时器T0中断外部中断1定时器T1中断串行口中断 中断处理过程可分为：中断请求、中断响应、中断服务和中断返回。1中断请求与响应中断条件 在单片机执行某一程序过程中，若发现有中断请求（相应中断请求标志位为1），CPU将根据具体情况决定是否响应中断，这主要由中断允许寄存器来控制：（1）中断总允许位EA = 1。（2）申请中断的中断源允许。满足以上基本条件，CPU一般会

14、响应中断。三、中断处理过程 若中断请求符合响应条件，则CPU将响应中断请求。中断响应过程就是自动调用并执行中断函数的过程。C51编译器支持在C源程序中直接以函数形式编写中断服务程序。常用的中断函数的定义形式如下：void 函数名() interrupt n其中n为中断类型号，C51编译器允许031个中断，n的取值范围为031。下面给出8051控制器所提供的5个中断源所对应的中断类型号和中断服务程序的入口地址。中断源中断类型号n入口地址外部中断000003H定时器T0中断1000BH外部中断120013H定时器T1中断3001BH串行口中断40023H2中断响应 中断服务程序从中断入口地址开始执

15、行，到返回指令为止，一般包括两部分内容，一是保护现场，二是完成中断源请求的服务。 通常，主程序和中断服务程序都会用到累加器A、状态寄存器PSW及其它一些寄存器，当CPU进入中断服务程序用到上述寄存器时，会破坏原来存储在寄存器中的内容，一旦中断返回，将会导致主程序的混乱，因此，在进入中断服务程序后，一定要先保护现场，然后，执行中断处理程序，在中断返回之前再恢复现场。3中断服务四、热释电红外传感器图85 热释电红外传感器结构与外形图 热释电红外线传感器主要是由一种高热电系数的材料，如锆钛酸铅系陶瓷、钽酸锂、硫酸三甘钛等制成的探测元件。在每个探测器内装入一个或两个探测元件，由探测元件将探测并接收到的

16、红外辐射转变成微弱的电压信号，经装在探头内的场效应管放大后向外输出。 常见热释电红外传感器内部结构图及引脚如图8-5所示本项目采用型号为RE200B的传感器，RE200B的输出信号非常微弱，且信号中含有因环境引起的噪声信号，所以必须对信号进行滤波放大。BISS0001是一款具有较高性能的传感信号处理集成电路，它配以热释电红外传感器和少量外接元器件构成被动式的热释电红外开关。图86 信号采集与处理电路【活动一】硬件电路设计1.音频报警模块设计 蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。 压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹

17、配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上还装有发光二极管。多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电压），多谐振荡器起振输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。 电磁式蜂鸣器由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声。 本项目中，选用无源电磁式蜂鸣器来实现报警发声。蜂鸣器实物图和三极管

18、C8550实物图 蜂鸣器和普通扬声器相比，最重要的一个特点是，只要按照极性要求加上合适的直流电压，就可以发出固有频率的声音。 电磁式蜂鸣器发声原理是电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场来驱动振动膜发声的，因此需要一定的电流才能驱动它，单片机I/O引脚输出的电流较小，单片机输出的TTL电平基本上驱动不了蜂鸣器，因此需要增加一个电流放大的电路。单片机通过一个三极管放大电流来驱动蜂鸣器，电路图如图所示。 【活动二】算法设计1、算法分析与流程图 主程序主要完成对外部中断1进行初始化，对相关的特殊功能寄存器进行初始化设置。开放总中断开始设置外部中断1的触发信号类型：边缘触发方式允许外部中断1中断等待外部

19、中断1主程序设计流程图 CPU响应了外部中断1的中断请求后转至中断服务程序执行。其主要功能就是将P3.0输出高电平、延时，再输出低电平、再延时；从而实现P3.5口线输出音频信号驱动蜂鸣器报警。中断服务程序流程图void int_1() interrupt 2 /外部中断1的中断号为2 unsigned int i; /定义变量 P3=0 xff; /P3口全输出高电平 for(i=0;i300;i+) P3_0=0; / P3_0输出低电平 delay(100); /调用延时函数 P3_0=1; / P3_0输出高电平 delay(100); /调用延时函数 void main()/主函数 E

20、A=1; / 打开中断总允许位 EX1=1; / 打开外部中断1允许位 IT1=1; / 设置外部中断1为边沿（下降沿）触发方式 while(1); /等待中断 参考程序1启动Keil uVision4软件，创建新工程：CH8.UVPROJ，CPU选择Atmel 89C52。2对工程的属性进行设置：目标属性中选择“生成HEX文件”。3编写参考源程序ch8.c，以C为扩展名保存在工程文件夹中。4将参考源程序加入程序组：鼠标右键单击程序组图标，加入文件组。5调试：进入调试状态，期间可能需要修改参考源程序，直到没有语法错误为止。打开相应窗口，运行程序，观察运行结果。 三、程序仿真与调试 四、实物制作 图8 报警器实物图考核项目考核内容技术要求评分标准得分备注总体设计任务分析方案设计软件和硬件功