數(shù)碼管靜態(tài)顯示及定時器和中斷應(yīng)用課件

第三講數(shù)碼管是如何顯示出字符的數(shù)碼管靜態(tài)顯示與動態(tài)顯示原理中斷概念單片機的定時器應(yīng)用顯示器及其接口單片機系統(tǒng)中常用的顯示器有：發(fā)光二極管LED(LightEmittingDiode)顯示器、液晶LCD(LiquidCrystalDisplay)顯示器、CRT顯示器等。LED、LCD顯示器有兩種顯示結(jié)構(gòu)：段顯示（7段、米字型等）和點陣顯示（5×8、8×8點陣等）。使用LED顯示器時，要注意區(qū)分這兩種不同的接法。為了顯示數(shù)字或字符，必須對數(shù)字或字符進行編碼。七段數(shù)碼管加上一個小數(shù)點，共計8段。因此為LED顯示器提供的編碼正好是一個字節(jié)。TX-1B實驗板用共陰LED顯示器，根據(jù)電路連接圖顯示16進制數(shù)的編碼已列在下表。

共陰極共陽極LED數(shù)碼顯示方式及電路

靜態(tài)顯示方式LED顯示器工作方式有兩種：靜態(tài)顯示方式和動態(tài)顯示方式。靜態(tài)顯示的特點是每個數(shù)碼管的段選必須接一個8位數(shù)據(jù)線來保持顯示的字形碼。當送入一次字形碼后，顯示字形可一直保持，直到送入新字形碼為止。這種方法的優(yōu)點是占用CPU時間少，顯示便于監(jiān)測和控制。缺點是硬件電路比較復雜，成本較高。動態(tài)顯示動態(tài)顯示的特點是將所有位數(shù)碼管的段選線并聯(lián)在一起，由位選線控制是哪一位數(shù)碼管有效。這樣一來，就沒有必要每一位數(shù)碼管配一個鎖存器，從而大大地簡化了硬件電路。選亮數(shù)碼管采用動態(tài)掃描顯示。所謂動態(tài)掃描顯示即輪流向各位數(shù)碼管送出字形碼和相應(yīng)的位選，利用發(fā)光管的余輝和人眼視覺暫留作用，使人的感覺好像各位數(shù)碼管同時都在顯示。動態(tài)顯示的亮度比靜態(tài)顯示要差一些，所以在選擇限流電阻時應(yīng)略小于靜態(tài)顯示電路中的。

中斷系統(tǒng)3.180C51的中斷系統(tǒng)

3.1.180C51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、中斷的概念CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時中斷當前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）；待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷。MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點中斷請求中斷響應(yīng)執(zhí)行中斷處理程序中斷返回

隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術(shù)不僅解決了快速主機與慢速I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點：

分時操作。CPU可以分時為多個I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計算機的利用率；實時響應(yīng)。CPU能夠及時處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機事件，系統(tǒng)的實時性大大增強；可靠性高。CPU具有處理設(shè)備故障及掉電等突發(fā)性事件能力，從而使系統(tǒng)可靠性提高。80C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

80C51的中斷系統(tǒng)有5個中斷源（8052有6個）

，2個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷嵌套

。1、（P3.2）可由IT0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.2引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。

3、TF0（TCON.5），片內(nèi)定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T0發(fā)生溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷。

4、TF1（TCON.7），片內(nèi)定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷。

5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時置位RI或當串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時置位TI，向CPU申請中斷。

2、SCON的中斷標志RI（SCON.0），串行口接收中斷標志位。當允許串行口接收數(shù)據(jù)時，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。注意，RI必須由軟件清除。TI（SCON.1），串行口發(fā)送中斷標志位。當CPU將一個發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。

一、中斷允許控制CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。3.1.380C51中斷的控制

EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時/計數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA(IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。二、中斷優(yōu)先級控制80C51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的

。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0（IP.1），定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設(shè)定位；PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT1（IP.3），定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設(shè)定位；PS（IP.4），串行口優(yōu)先級設(shè)定位；PT2(IP.5)，定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設(shè)定位。

同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權(quán)排隊，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級形成，其排列如所示：設(shè)置52單片機的4個中斷源,使他們的優(yōu)順序為T1,INT1,INT0,T0.

IPH=0X08; PT1=1;

IP=0X40; PX1=1;80C51單片機的中斷優(yōu)先級有三條原則：CPU同時接收到幾個中斷時，首先響應(yīng)優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進行的中斷過程不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷。正在進行的低優(yōu)先級中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷。為了實現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個用戶不能尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個置1，表示正在響應(yīng)高優(yōu)先級的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請求；另一個置1，表示正在響應(yīng)低優(yōu)先級中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級中斷請求。3.380C51的定時/計數(shù)器

實現(xiàn)定時功能，比較方便的辦法是利用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。采用時基電路定時：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單片機的定時/計數(shù)器不夠用時，可以考慮進行擴展。3.3.1定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標志。

二、定時/計數(shù)器的工作原理

加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。

可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。

設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t

。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2s。

3.3.2定時/計數(shù)器的控制80C51單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。一、工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動條件，加上了或引腳為高電平這一條件。:定時/計數(shù)模式選擇位。＝0為定時模式；=1為計數(shù)模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置。

二、控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。

3.3.3定時/計數(shù)器的工作方式

一、方式0

方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。定時器模式時有:N＝t/Tcy計數(shù)初值計算的公式為：定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得。計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。門控位GATE具有特殊的作用。當GATE=0時，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關(guān)接通，計數(shù)開始；當GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

二、方式1方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

三、方式2方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。

工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為：

四、方式3方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數(shù)。

工作方式3將T0分成為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0

。

3.3.5定時/計數(shù)器應(yīng)用舉例

初始化程序應(yīng)完成如下工作：對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式。計算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。中斷方式時，則對IE賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器定時或計數(shù)。

例利用定時/計數(shù)器T1的方式1，產(chǎn)生10ms的定時，并使P1.0引腳上輸出周期為20ms的方波，采用中斷方式，設(shè)系統(tǒng)時鐘頻率為12MHz。解：1、計算計數(shù)初值X：由于晶振為12MHz，所以機器周期Tcy為1s。所以：N＝t/Tcy＝10000/1＝10000X＝65536－10000＝55536＝D8F