單片機(jī)應(yīng)用技術(shù)項(xiàng)目教程項(xiàng)目8報(bào)警器精課件

1、項(xiàng)目8 報(bào)警器知識(shí)目標(biāo)：1理解中斷的基本概念；2理解MCS51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；3學(xué)會(huì)使用中斷方式對(duì)外部事件中斷進(jìn)行處理。技能訓(xùn)練目標(biāo)：1學(xué)會(huì)中斷服務(wù)程序的編制方法；2熟悉中斷系統(tǒng)的處理過程和使用方法。設(shè)計(jì)要求： 利用單片機(jī)的外部中斷設(shè)計(jì)報(bào)警器，當(dāng)有人靠近時(shí)，熱釋電紅外傳感器感應(yīng)到信號(hào)，傳送到單片機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行判斷處理，并輸出控制信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。報(bào)警產(chǎn)生器總體設(shè)計(jì)方案 本系統(tǒng)功能由硬件和軟件兩大部份協(xié)調(diào)完成，硬件部分主要完成信息的顯示；軟件主要完成信號(hào)的處理及控制功能等。 本系統(tǒng)的硬件采用模塊化設(shè)計(jì)，以AT89S52單片機(jī)為核心，與按鍵接口電路、音頻報(bào)警電路組成控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件

2、主要包括以下幾個(gè)模塊：AT89S52主控模塊、按鍵模塊、音頻報(bào)警模塊等。其中AT89S52主要完成外圍硬件的控制以及一些運(yùn)算功能；按鍵模塊主要外部中斷功能；音頻報(bào)警模塊主要完成報(bào)警音頻信號(hào)的輸出。系統(tǒng)組成方框圖如圖8.1所示。 圖8.1 報(bào)警產(chǎn)生器系統(tǒng)組成方框圖 單 片 機(jī)復(fù)位電路時(shí)鐘電路電源電路按鍵電路音頻報(bào)警電路 應(yīng)用軟件采用模塊化設(shè)計(jì)方法。系統(tǒng)軟件主要由主程序、外部中斷1子程序、延時(shí)子程序等模塊組成，系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖如圖8.2所示。外部中斷1服務(wù)子程序主程序延時(shí)子程序 圖8.2 系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖二、中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 圖8.4 MCS-51中斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

3、如圖8.4所示 引起中斷的原因，或者是能發(fā)出中斷申請(qǐng)的來(lái)源，稱為“中斷源”。中斷可以人為設(shè)定， 也可以是為響應(yīng)突發(fā)性隨機(jī)事件而設(shè)置。通常有I/O設(shè)備、實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中的隨機(jī)參數(shù)和信息故障源等。 MCS-51單片機(jī)的5個(gè)中斷源詳述如下： (1) INT0 :外部中斷0中斷請(qǐng)求，由P3.2腳輸入。 (2) INT1 ：外部中斷1中斷請(qǐng)求，由P3.3腳輸入。 (3) TF0：定時(shí)器T0溢出中斷請(qǐng)求。 (4) TF1：定時(shí)器1溢出中斷請(qǐng)求。 (5) RI或TI：串行中斷請(qǐng)求。當(dāng)接收或發(fā)送完一串行幀數(shù)據(jù)時(shí)，內(nèi)部串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自動(dòng)執(zhí)行），請(qǐng)求中斷。

4、對(duì)于8052系列單片機(jī)，片內(nèi)有3個(gè)定時(shí)/計(jì)時(shí)器，所以它有6個(gè)中斷源。中斷源與中斷標(biāo)志 在MCS-51型單片機(jī)中斷控制中，具有以下4個(gè)特殊功能寄存器： 定時(shí)和外中斷控制寄存器TCON； 串行口中斷控制寄存器SCON； 中斷允許控制寄存器IE； 中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP； TCON和SCON只有一部分用于中斷控制。對(duì)以上4個(gè)控制中斷的寄存器的各位進(jìn)行置位或復(fù)位操作，可以實(shí)現(xiàn)各種中斷控制功能。三、中斷系統(tǒng)控制 1定時(shí)和外中斷控制寄存器TCON中的中斷標(biāo)志TCON為定時(shí)器0和定時(shí)器1的控制寄存器，同時(shí)也鎖存定時(shí)器0和定時(shí)器1的溢出中斷標(biāo)志及外部中斷的中斷標(biāo)志等。寄存器TCON的結(jié)構(gòu)和各位名稱、地址與中

5、斷有關(guān)位如下： TCON TF1 TF0 IE1 IT1 IE0 IT0（一）中斷源請(qǐng)求標(biāo)志 (1) TCON.7（TF1）：定時(shí)器1的溢出中斷標(biāo)志。T1被啟動(dòng)計(jì)數(shù)后，從初值做加1計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)滿溢出后由硬件置位TF1，同時(shí)向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，此標(biāo)志一直保持到CPU響應(yīng)中斷后才由硬件自動(dòng)清0。也可以由軟件查詢?cè)摌?biāo)志，并且由軟件清0。 (2) TCON.5（TF0）：定時(shí)器0溢出中斷標(biāo)志。其操作功能和意義與TF1類同。 (3) TCON.3（IE1）：外部中斷1的中斷請(qǐng)求標(biāo)志。 當(dāng) P3.3引腳信號(hào)有效時(shí)，IE1 = 1，外部中斷1向CPU申請(qǐng)中斷，當(dāng)執(zhí)行完后，由片內(nèi)硬件自動(dòng)清0。 (4) TCO

6、N.2（IT1）：外部中斷1的中斷觸發(fā)方式控制位。 當(dāng)IT1 = 0時(shí)，外部中斷1被控制為電平觸發(fā)方式。在這種方式下，CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間對(duì)外部中斷1（P3.3）引腳采樣，若為低電平，則認(rèn)為有中斷申請(qǐng)，隨即使IE1標(biāo)志置位；若為高電平，則認(rèn)為無(wú)中斷申請(qǐng)，或中斷申請(qǐng)已撤除，隨即使IE1標(biāo)志復(fù)位。 當(dāng)IT1 = 1時(shí)，外部中斷1被控制為邊沿觸發(fā)方式。CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間對(duì)外部中斷1（P3.3）引腳采樣，如果在相繼的兩個(gè)周期采樣過程中，一個(gè)機(jī)器周期采樣到該引腳為高電平，接著的下一個(gè)機(jī)器周期采樣到該引腳為低電平，則使IE1置1，直到CPU響應(yīng)該中斷時(shí)，才由硬件使IE1清0。

7、 (5) TCON.1（IE0）：外部中斷0的中斷請(qǐng)求標(biāo)志。其操作功能和意義與IE1類同。 (6) TCON.0（IT0）：外部中斷0的中斷觸發(fā)方式控制位。其操作功能和意義與IT1類同。 2串行中斷控制SCON寄存器中的中斷標(biāo)志 SCON是串行口控制寄存器，其低兩位TI和RI鎖存串行口的發(fā)送中斷標(biāo)志和接收中斷標(biāo)志。各位意義如下： SCON TI RI (1) SCON.1（TI）：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志。CPU將一個(gè)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF時(shí)，就啟動(dòng)發(fā)送，每發(fā)送完一個(gè)串行幀數(shù)據(jù)后，硬件將使TI置位。但CPU響應(yīng)中斷時(shí)并不清除TI，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件清除。 (2) SCON.0（RI）：串

8、行接收中斷標(biāo)志。在串行口允許接收時(shí)，每接收完一個(gè)串行幀數(shù)據(jù)，硬件將使RI置位。同樣，CPU在響應(yīng)中斷時(shí)不會(huì)清除RI，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件清除。MCS-51單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后，TCON和SCON均清0，應(yīng)用時(shí)要注意各位的初始狀態(tài)。 計(jì)算機(jī)中斷系統(tǒng)有兩種不同類型的中斷：一類稱為非屏蔽中斷，另一類稱為可屏蔽中斷。對(duì)非屏蔽中斷，用戶不能用軟件的方法加以禁止，一旦有中斷申請(qǐng)，CPU必須予以響應(yīng)。對(duì)可屏蔽中斷，用戶可以通過軟件方法來(lái)控制是否允許某個(gè)中斷源的中斷，允許中斷稱中斷開放，不允許中斷稱中斷屏蔽。MCS-51系列單片機(jī)的5個(gè)中斷源都是可屏蔽中斷，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一個(gè)專用寄存器IE，用于控制CPU

9、對(duì)各中斷源的開放或屏蔽。IE寄存器各位定義如下： IE（二）中斷允許控制EA ESET1 EX1ET0 EX0 (1) IE.7（EA）：總中斷允許控制位。EA = 1，開放所有中斷，各中斷源的允許和禁止可通過相應(yīng)的中斷允許位單獨(dú)加以控制；EA = 0，禁止所有中斷。(2) IE.4（ES）：串行口中斷(包括串行發(fā)、串行收)允許位。ES = 1，允許串行口中斷；ES = 0，禁止串行口中斷。(3) IE.3（ET1）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位。ET1 = 1，允許定時(shí)器T1中斷；ET1 = 0，禁止定時(shí)器T1中斷。(4) IE.2（EX1）：外部中斷1中斷允許位。EX1 = 1，允許外部中斷

10、1中斷；EX1 = 0，禁止外部中斷1中斷。(5) IE.1（ET0）：定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位。ET0 = 1，允許定時(shí)器0中斷；ET0 = 0，禁止定時(shí)器0中斷。(6) IE.0（EX0）: 外部中斷0中斷允許位。EX0 = 1，允許外部中斷0中斷；EX0 = 0，禁止外部中斷0中斷。 8051單片機(jī)系統(tǒng)復(fù)位后，IE中各中斷允許位均被清0，即禁止所有中斷。 由此可知，MCS-51系列單片機(jī)對(duì)中斷實(shí)行兩級(jí)控制，總控制位為EA，每一個(gè)中斷源還有各自的控制位對(duì)該中斷源開中或關(guān)中。首先要EA=1，其次還要自身的控制位置“1”。 例如：首先開總中斷： EA=1，然后，開T1中斷： ET1=1，這2

11、條位操作指令也可合并為1條字節(jié)指令： IE=0 x88。 在MCS-51系列單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，每個(gè)中斷源都可以通過編程確定為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷，從而實(shí)現(xiàn)二級(jí)嵌套。同一優(yōu)先級(jí)別中的中斷源可能不止一個(gè)，即存在中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)的問題。 專用寄存器IP為中斷優(yōu)先級(jí)寄存器，鎖存各中斷源優(yōu)先級(jí)控制位。IP中的每一位均可由軟件來(lái)置1或清0，置1表示高優(yōu)先級(jí)，清0表示低優(yōu)先級(jí)。其格式如下： IP（三）中斷優(yōu)先級(jí)控制- PSPT1 PX1PT0PX0（1）IP.4（PS）：串行口中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PS = 1，設(shè)定串行口為高優(yōu)先級(jí)中斷；PS = 0，設(shè)定串行口為低優(yōu)先級(jí)中斷。（2）IP.3（PT1）

12、：定時(shí)器T1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT1 = 1，設(shè)定定時(shí)器T1中斷為高優(yōu)先級(jí)中斷；PT1 = 0，設(shè)定定時(shí)器T1中斷為低優(yōu)先級(jí)中斷。（3）IP.2（PX1）：外部中斷1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PX1 = 1，設(shè)定外部中斷1為高優(yōu)先級(jí)中斷；PX1 = 0，設(shè)定外部中斷1為低優(yōu)先級(jí)中斷。（4）IP.1（PT0）：定時(shí)器T0中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT0 = 1，設(shè)定定時(shí)器T0中斷為高優(yōu)先級(jí)中斷；PT0 = 0，設(shè)定定時(shí)器T0中斷為低優(yōu)先級(jí)中斷。（5）IP.0（PX0）：外部中斷0中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PX0 = 1，設(shè)定外部中斷0為高優(yōu)先級(jí)中斷；PX0 = 0，設(shè)定外部中斷0為低優(yōu)先級(jí)中斷。 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，IP低5

13、位全部清0，所有中斷源均設(shè)定為低優(yōu)先級(jí)中斷。 如果幾個(gè)同一優(yōu)先級(jí)的中斷源同時(shí)向CPU申請(qǐng)中斷，CPU 通過內(nèi)部硬件查詢邏輯，按自然優(yōu)先級(jí)順序確定先響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求。自然優(yōu)先級(jí)由硬件形成，見下表8.1。后中斷源同級(jí)自然優(yōu)先級(jí)外部中斷0先定時(shí)器T0中斷外部中斷1定時(shí)器T1中斷串行口中斷 中斷處理過程可分為：中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。1中斷請(qǐng)求與響應(yīng)中斷條件 在單片機(jī)執(zhí)行某一程序過程中，若發(fā)現(xiàn)有中斷請(qǐng)求（相應(yīng)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位為1），CPU將根據(jù)具體情況決定是否響應(yīng)中斷，這主要由中斷允許寄存器來(lái)控制：（1）中斷總允許位EA = 1。（2）申請(qǐng)中斷的中斷源允許。滿足以上基本條件，CPU一般會(huì)

14、響應(yīng)中斷。三、中斷處理過程 若中斷請(qǐng)求符合響應(yīng)條件，則CPU將響應(yīng)中斷請(qǐng)求。中斷響應(yīng)過程就是自動(dòng)調(diào)用并執(zhí)行中斷函數(shù)的過程。C51編譯器支持在C源程序中直接以函數(shù)形式編寫中斷服務(wù)程序。常用的中斷函數(shù)的定義形式如下：void 函數(shù)名() interrupt n其中n為中斷類型號(hào)，C51編譯器允許031個(gè)中斷，n的取值范圍為031。下面給出8051控制器所提供的5個(gè)中斷源所對(duì)應(yīng)的中斷類型號(hào)和中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷源中斷類型號(hào)n入口地址外部中斷000003H定時(shí)器T0中斷1000BH外部中斷120013H定時(shí)器T1中斷3001BH串行口中斷40023H2中斷響應(yīng) 中斷服務(wù)程序從中斷入口地址開始執(zhí)

15、行，到返回指令為止，一般包括兩部分內(nèi)容，一是保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，二是完成中斷源請(qǐng)求的服務(wù)。 通常，主程序和中斷服務(wù)程序都會(huì)用到累加器A、狀態(tài)寄存器PSW及其它一些寄存器，當(dāng)CPU進(jìn)入中斷服務(wù)程序用到上述寄存器時(shí)，會(huì)破壞原來(lái)存儲(chǔ)在寄存器中的內(nèi)容，一旦中斷返回，將會(huì)導(dǎo)致主程序的混亂，因此，在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，一定要先保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，然后，執(zhí)行中斷處理程序，在中斷返回之前再恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。3中斷服務(wù)四、熱釋電紅外傳感器圖85 熱釋電紅外傳感器結(jié)構(gòu)與外形圖 熱釋電紅外線傳感器主要是由一種高熱電系數(shù)的材料，如鋯鈦酸鉛系陶瓷、鉭酸鋰、硫酸三甘鈦等制成的探測(cè)元件。在每個(gè)探測(cè)器內(nèi)裝入一個(gè)或兩個(gè)探測(cè)元件，由探測(cè)元件將探測(cè)并接收到的

16、紅外輻射轉(zhuǎn)變成微弱的電壓信號(hào)，經(jīng)裝在探頭內(nèi)的場(chǎng)效應(yīng)管放大后向外輸出。 常見熱釋電紅外傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖及引腳如圖8-5所示本項(xiàng)目采用型號(hào)為RE200B的傳感器，RE200B的輸出信號(hào)非常微弱，且信號(hào)中含有因環(huán)境引起的噪聲信號(hào)，所以必須對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波放大。BISS0001是一款具有較高性能的傳感信號(hào)處理集成電路，它配以熱釋電紅外傳感器和少量外接元器件構(gòu)成被動(dòng)式的熱釋電紅外開關(guān)。圖86 信號(hào)采集與處理電路【活動(dòng)一】硬件電路設(shè)計(jì)1.音頻報(bào)警模塊設(shè)計(jì) 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹

17、配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有發(fā)光二極管。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓），多諧振蕩器起振輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。 電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲。 本項(xiàng)目中，選用無(wú)源電磁式蜂鳴器來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警發(fā)聲。蜂鳴器實(shí)物圖和三極管

18、C8550實(shí)物圖 蜂鳴器和普通揚(yáng)聲器相比，最重要的一個(gè)特點(diǎn)是，只要按照極性要求加上合適的直流電壓，就可以發(fā)出固有頻率的聲音。 電磁式蜂鳴器發(fā)聲原理是電流通過電磁線圈，使電磁線圈產(chǎn)生磁場(chǎng)來(lái)驅(qū)動(dòng)振動(dòng)膜發(fā)聲的，因此需要一定的電流才能驅(qū)動(dòng)它，單片機(jī)I/O引腳輸出的電流較小，單片機(jī)輸出的TTL電平基本上驅(qū)動(dòng)不了蜂鳴器，因此需要增加一個(gè)電流放大的電路。單片機(jī)通過一個(gè)三極管放大電流來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，電路圖如圖所示。 【活動(dòng)二】算法設(shè)計(jì)1、算法分析與流程圖 主程序主要完成對(duì)外部中斷1進(jìn)行初始化，對(duì)相關(guān)的特殊功能寄存器進(jìn)行初始化設(shè)置。開放總中斷開始設(shè)置外部中斷1的觸發(fā)信號(hào)類型：邊緣觸發(fā)方式允許外部中斷1中斷等待外部

19、中斷1主程序設(shè)計(jì)流程圖 CPU響應(yīng)了外部中斷1的中斷請(qǐng)求后轉(zhuǎn)至中斷服務(wù)程序執(zhí)行。其主要功能就是將P3.0輸出高電平、延時(shí)，再輸出低電平、再延時(shí)；從而實(shí)現(xiàn)P3.5口線輸出音頻信號(hào)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器報(bào)警。中斷服務(wù)程序流程圖void int_1() interrupt 2 /外部中斷1的中斷號(hào)為2 unsigned int i; /定義變量 P3=0 xff; /P3口全輸出高電平 for(i=0;i300;i+) P3_0=0; / P3_0輸出低電平 delay(100); /調(diào)用延時(shí)函數(shù) P3_0=1; / P3_0輸出高電平 delay(100); /調(diào)用延時(shí)函數(shù) void main()/主函數(shù) E

20、A=1; / 打開中斷總允許位 EX1=1; / 打開外部中斷1允許位 IT1=1; / 設(shè)置外部中斷1為邊沿（下降沿）觸發(fā)方式 while(1); /等待中斷 參考程序1啟動(dòng)Keil uVision4軟件，創(chuàng)建新工程：CH8.UVPROJ，CPU選擇Atmel 89C52。2對(duì)工程的屬性進(jìn)行設(shè)置：目標(biāo)屬性中選擇“生成HEX文件”。3編寫參考源程序ch8.c，以C為擴(kuò)展名保存在工程文件夾中。4將參考源程序加入程序組：鼠標(biāo)右鍵單擊程序組圖標(biāo)，加入文件組。5調(diào)試：進(jìn)入調(diào)試狀態(tài)，期間可能需要修改參考源程序，直到?jīng)]有語(yǔ)法錯(cuò)誤為止。打開相應(yīng)窗口，運(yùn)行程序，觀察運(yùn)行結(jié)果。 三、程序仿真與調(diào)試 四、實(shí)物制作 圖8 報(bào)警器實(shí)物圖考核項(xiàng)目考核內(nèi)容技術(shù)要求評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)得分備注總體設(shè)計(jì)任務(wù)分析方案設(shè)計(jì)軟件和硬件功