单片机应用技术 课件 项目7、8 声光报警器设计与实现、数字式转速表设计与制作

项目7声光报警器设计与实现素质目标1.培养自信自立、科技创新能力、问题导向思维及安全意识。2.帮助学生树立辩证唯物主义思想，培养学生效率感。3.通过项目任务实践环节，强化学生工程实践能力和创新能力。知识目标1.理解中断、中断源、中断响应、中断处理、中断返回等概念；2.理解C51中断系统的结构和特点；3.能应用中断处理过程。能力目标1.能分析电路原理图，能使用常用元器件设计报警电路模块。2.能够运用单片机中断技术，会编写中断处理程序。3.能够编写OLED液晶显示模块的驱动程序。4.能够理解模块化程序设计思路和理念，对程序进行模块化封装。设计要求：

以MCS-51单片机为主控芯片，外接传感器及声光、显示电路，通过编程实现自动监测、实时报警和状态信息显示等功能，完成智能声光报警器的设计与实现。项目7声光报警器设计与实现系统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。

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

图8.1报警产生器系统组成方框图软件系统设计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系统软件结构框图中断定义中断是指计算机在执行某一程序的过程中，由于计算机系统内、外的某种原因，而必须中止原来程序的执行，转去执行相应的处理程序，待处理结束之后，再回来继续执行被中止的原程序的过程。中断过程计算机在执行主程序过程中，若有符合响应条件的中断请求，则CPU将停止主程序的执行，响应中断去执行中断服务程序，执行完后再返回原来主程序停止的地方（断点）继续执行主程序。一主程序断点继续执行主程序中断服务程序响应中断请求返回主程序

图8.3中断响应过程流程图中断相关概念主程序：原来正常运行的程序称为主程序，项目程序中的main()函数就是主程序。中断源：引起中断的原因，或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。中断请求：中断源发出的信号称为中断请求（或中断申请）。断点：主程序被断开的位置（或地址）称为断点。中断服务程序：当CPU响应中断后，转到执行相应的处理程序，该处理程序通常称为中断服务程序。。中断相关概念主程序运行中断源中断处理红外传感器声光报警器中断事件响应和处理中断事件返回主程序中断返回中断相关概念红外传感器声光报警器主程序运行中断源中断处理中断返回二、中断系统的结构

图8.4MCS-51中断系统内部结构示意图MCS-51单片机的5个中断源（1）

：外部中断0，中断请求信号由P3.2脚输入。（2）

：外部中断1，中断请求信号由P3.3脚输入。（3）TF0：定时器T0溢出中断。（4）TF1：定时器1溢出中断。（5）RI或TI：串行中断。三、中断系统相关的4个特殊寄存器在MCS-51型单片机中断控制中，具有以下4个特殊功能寄存器：定时器/计数器控制寄存器TCON：定时器和外部中断的控制定时器/计数器控制寄存器TCON：定时器和外部中断的控制中断优先级控制寄存器IP：设置各中断的优先级串行口控制寄存器SCON：串行中断的控制

1.定时和外中断控制 TCONTCON(1)TCON.7（TF1）：定时器1的溢出中断标志。(2)TCON.5（TF0）：定时器0溢出中断标志。(3)TCON.3（IE1）：外部中断1的中断请求标志。IE1=1，外部中断1向CPU申请中断，硬件自动清0。(4)TCON.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。当IT1=1时，外部中断1被控制为边沿触发方式。(5)TCON.1（IE0）：外部中断0的中断请求标志。(6)TCON.0（IT0）：外部中断0的中断触发方式控制位。TF1TF0IE1IT1IE0IT0串行中断控制 SCON寄存器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。SCON(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。TIRI（二）中断允许控制IE寄存器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对各中断源的开放或屏蔽。IE寄存器各位定义如下：

IEEAESET1EX1ET0EX0（二）中断允许控制IE寄存器(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。（三）中断优先级控制寄存器IP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。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(1）IP.4（PS）：串行口中断优先级控制位。（2）IP.3（PT1）：定时器T1中断优先级控制位。（3）IP.2（PX1）：外部中断1中断优先级控制位。（4）IP.1（PT0）：定时器T0中断优先级控制位。（5）IP.0（PX0）：外部中断0中断优先级控制位。---PSPT1PX1PT0PX0（四）串行中断控制 SCON寄存器SCON是串行口控制寄存器，其低两位TI和RI是锁存串行口的发送中断标志和接收中断标志。其格式如下：

——————TIRISCON.1（TI）：串行口发送中断标志。SCON.0（RI）：串行接收中断标志。中断源自然优先级顺序当系统复位后，IP低5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。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中断串行口中断后三、中断处理过程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一般会响应中断。2．中断响应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()interruptn

其中n为中断类型号，C51编译器允许0～31个中断，n的取值范围为0～31。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40023H硬件电路设计声光报警电路

声光报警电路由发光二极管、三极管和蜂鸣器组成；蜂鸣器按驱动方式可分为有源蜂鸣器（内含驱动线路）和无源蜂鸣器（外部驱动）。这里的“源”指的是振荡源。无源蜂鸣器内部没有振荡源，只有给它一定频率的方波信号，才能让蜂鸣器的振动装置起振，从而实现发声；同时，输入的方波频率不同，发出的声音也不同。有源蜂鸣器则不需要外部的振荡源，只需要接入直流电源，即可自动发出声音（声音频率相对固定）。在Proteus仿真工具中，SOUNDER模型为无源蜂鸣器，BUZZER为有源蜂鸣器。软件设计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中断等待外部中断1主程序设计流程图中断服务程序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。中断是通过硬件来改变CPU的运行方向。计算机在执行程序的过程中,外部设备向CPU发出中断请求信号,要求CPU暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序,待处理程序执行完毕后,再继续执行原来被中断的程序。这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断”。MCS-51系列单片机有5个中断源,分别为外部中断0请求、外部中断1请求、T0溢出中断请求TF0、T1溢出中断请求TF1和串行口中断请求RI或TI。常用的中断函数的定义形式如下： void函数名()interruptn中断源中断类型号n外部中断00定时器T0中断1外部中断12定时器T1中断3串行口中断4用中断技术实现满足急救车优先通过要求的十字路口交通灯系统设计。项目8数字式转速表设计与制作素质目标1.激发学生的民族自信，培养节约意识和科技创新意识。2.培养学生自主学习及团队协作意识，提高学生合作探究解决问题的能力。3.培养学生的代码编写规范、勇于实践的劳动精神和精益求精的工匠精神。4.培养学生时间管理的意识。知识目标理解定时计数器的基本原理和工作方式。掌握定时计数器的配置和编程方法。理解定时器中断的概念和处理方法。了解计时精度和误差的影响因素。能力目标能够根据需求配置和编程定时计数器。能够设计和实现基于定时计数器的时间相关功能。能够处理定时器中断并编写相应的中断服务程序。能够评估和优化定时器的计时精度。设计要求：

以C51单片机为主控芯片，设计一款数字式转速表。采用OLED显示屏实时显示转盘的转速，测速范围0-9999转/分钟。数字式转速表设计与制作理解两种“工作模式”

-----“定时”&“计数”共同点：都是对脉冲加1计数不同点：定时---对内部机器脉冲计数计数----对外部脉冲计数

t=T*n脉冲数定时时间周期设定的加入量量筒加水的过程类比说明定时/计数过程最大值80ml定时：初始值35ml量筒加水的过程类比说明定时过程设定初值15536工作方式1时，16位计数器最大值65535，满时“溢出”计50000次50ms给寄存器TH0、TL0赋值TH0=0x3C；TL0=0xB0；量筒加水的过程类比说明计数过程读取当前的计数值设定计数初值一、定时/计数器的结构MCS-51单片机内部有两个16位的可编程定时器/计数器，称为定时器0（T0）和定时器1（T1），可以通过编程选择其作为定时器使用或作为计数器使用。此外，工作方式、定时时间、计数值、启动、中断请求等都可以由程序设定，其逻辑结构如图所示。定时/计数器逻辑结构图1、定时/计数器的工作模式

“定时/计数器”有两种工作模式，一种是定时模式，一种是计数模式。作为定时器时，是以内部机器周期的脉冲作为基准脉冲，通过计基准脉冲的数量来实现定时功能；作为计数器时，是对芯片引脚T0(P3.4)或T1(P3.5)上的输入脉冲进行计数，利用外部脉冲的下降沿触发计数，每输入一个脉冲，加法计数器加1，且外部脉冲的最高频率不能超过时钟频率的1/24。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，其地址为89H，格式如图。方式寄存器TMOD2、方式寄存器TMOD(TimerModen)掌握四种“工作方式”，见表M1M0工作方式功能说明00方式013位计数器01方式116位计数器10方式2初值自动重载8位计数器11方式3T0：分为两个8位计数器；T1：停止计数表

四种工作方式注：应先以工作方式1为例，掌握其用法，其他几种方式可类推！00000001

TMOD=0x01；例：定义定时器T0、T1工作方式（TMOD），要求：

T1纯软件启动，工作于定时模式，工作方式为方式0；

T0纯软件启动，工作于定时模式，工作方式为方式1。方式寄存器TMODTCON用于控制定时器的启动、停止、标识定时器的溢出和中断情况，其格式如图。

控制寄存器TCON溢出中断标志位？？3、控制寄存器TCON(Timercontroler)

二、定时/计数器的工作方式

首先,以T0为例，理解掌握工作方式1的应用。============================================

主要从以下几个寄存器的设置入手：

TMOD-------------------------------用于工作模式的设置

TH0,TL0----------------------------存储定时/计数值

TR0（TCON的D4位）----------开始/停止位

TF0（TCON的D5位）-----------”溢出”标志位1．工作方式0-----13位定时/计数方式工作方式0逻辑电路结构1．工作方式0-----13位定时/计数方式难点：13位初值的设置

例如：需要定时1ms，则计数次数为1ms/1us=1000次。那么T0的初值应设为X=M-计数值=8192-1000=7192=1c18H=0001110000011000B由于13位定时器中，TL0的高3位未使用，填写0，TH0占高8位，所以实际得到的初值X=1110000000011000B=e018H，语句表达为：TH0=0xe0;TL0=0x18;如图所示：13位初值的设置

方式0的初值设定2．工作方式1-----16位定时/计数方式工作方式1逻辑电路结构16位初值的设置

例如：需要定时50ms，则计数次数为1ms/1us=50000次。那么T0的初值应设为X=M-计数值=65536-50000=15536=3CB0H=0011110010110000B。由于采用16定时器，直接设置X=3CB0H。用语句表达，分配到高8位的TH0和低8位的TL0，写为：TH0=0x3c;TL0=0xB0;3．工作方式2-----8位自动重载初值方式工作方式2逻辑电路结构4．工作方式3工作方式3逻辑电路结构三.定时/计数器的使用1、单片机的定时/计数可以采用查询方式或者中断方式来实现。2、初始化程序：由于定时/计数器的功能是由软件编程确定的，所以，在使用定时器/计数前必须对其进行初始化。初始化骤如下：

(1)确定工作方式——对TMOD赋值。如赋值语句为：TMOD=0x10;表明定时器1工作在方式1，且工作在定时器方式。

(2)预置定时或计数的初值——直接将初值写入TH0、TL0或TH1、TL1。定时/计数器的初值因工作方式的不同而不同。假设最大计数值为M，则各种工作方式下的M值如下方式0：213=8192

方式1：216=65536

方式2：28=256

方式3：定时器0分成两个8位计数器，所以两个定时器的M值均为256。由于定时器/计数器工作的实质是做“加1”计数，所以，当最大计数值M值已知时，初值X可计算如下：

X=M—计数值

(3)根据需要开启定时器/计数器中断——可以直接对IE寄存器赋值。

(4)启动定时器/计数器工作——将TR0或TR1置“1”。

GATE=0时，直接由软件置位启动；GATE=1时，除软件置位外，还必须在外中断引脚处加上相应的电平值才能启动。操作为：TR1=1。练习1：分别采用查询法和中断法，利用定时器T0，写出10ms延时的子程序voiddelay(){/*******一：工作模式设置TMOD=0x01;//对T0而言，纯软件启动、定时模式，工作方式1/********二、赋予初值*********/TH0=0x3c;TL0=0xbo;/********三、开始定时***********TR0=1；//启动计数器/*******四、用查询法查看定时器溢出否***/while(TF0==0);//查询TF0=0？}/********查询法实现50ms延时*********/中断法初始化程序段：

{…

/*******一：工作模式设置/*******/TMOD=0x01;//对T0而言，纯软件启动、定时模式，工作方式1/********二、赋予初值*********/TH0=0x3c;TL0=0xb0;

/*******三、开启总中断及定时中断***/EA=1；ET0=1；/********三、开始定时***********TR0=1；//启动计数器