單片機(jī)應(yīng)用技術(shù) 課件 項目7 聲光報警器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

項目7聲光報警器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)素質(zhì)目標(biāo)1.培養(yǎng)自信自立、科技創(chuàng)新能力、問題導(dǎo)向思維及安全意識。2.幫助學(xué)生樹立辯證唯物主義思想，培養(yǎng)學(xué)生效率感。3.通過項目任務(wù)實(shí)踐環(huán)節(jié)，強(qiáng)化學(xué)生工程實(shí)踐能力和創(chuàng)新能力。知識目標(biāo)1.理解中斷、中斷源、中斷響應(yīng)、中斷處理、中斷返回等概念；2.理解C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)；3.能應(yīng)用中斷處理過程。能力目標(biāo)1.能分析電路原理圖，能使用常用元器件設(shè)計報警電路模塊。2.能夠運(yùn)用單片機(jī)中斷技術(shù)，會編寫中斷處理程序。3.能夠編寫OLED液晶顯示模塊的驅(qū)動程序。4.能夠理解模塊化程序設(shè)計思路和理念，對程序進(jìn)行模塊化封裝。設(shè)計要求：

以MCS-51單片機(jī)為主控芯片，外接傳感器及聲光、顯示電路，通過編程實(shí)現(xiàn)自動監(jiān)測、實(shí)時報警和狀態(tài)信息顯示等功能，完成智能聲光報警器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)。項目7聲光報警器設(shè)計與實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計方案本系統(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；軟件主要完成信號的處理及控制功能等。本系統(tǒng)的硬件采用模塊化設(shè)計，以AT89S52單片機(jī)為核心，與按鍵接口電路、音頻報警電路組成控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件主要包括以下幾個模塊：AT89S52主控模塊、按鍵模塊、音頻報警模塊等。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；音頻報警模塊主要完成報警音頻信號的輸出。系統(tǒng)組成方框圖如圖8.1所示。

單片機(jī)復(fù)位電路時鐘電路電源電路按鍵電路音頻報警電路

圖8.1報警產(chǎn)生器系統(tǒng)組成方框圖軟件系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用軟件采用模塊化設(shè)計方法。系統(tǒng)軟件主要由主程序、外部中斷1子程序、延時子程序等模塊組成，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)子程序主程序延時子程序

圖8.2系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)框圖中斷定義中斷是指計算機(jī)在執(zhí)行某一程序的過程中，由于計算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因，而必須中止原來程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理結(jié)束之后，再回來繼續(xù)執(zhí)行被中止的原程序的過程。中斷過程計算機(jī)在執(zhí)行主程序過程中，若有符合響應(yīng)條件的中斷請求，則CPU將停止主程序的執(zhí)行，響應(yīng)中斷去執(zhí)行中斷服務(wù)程序，執(zhí)行完后再返回原來主程序停止的地方（斷點(diǎn)）繼續(xù)執(zhí)行主程序。一主程序斷點(diǎn)繼續(xù)執(zhí)行主程序中斷服務(wù)程序響應(yīng)中斷請求返回主程序

圖8.3中斷響應(yīng)過程流程圖中斷相關(guān)概念主程序：原來正常運(yùn)行的程序稱為主程序，項目程序中的main()函數(shù)就是主程序。中斷源：引起中斷的原因，或能發(fā)出中斷申請的來源，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)時控制系統(tǒng)中的隨機(jī)參數(shù)和信息故障源等。中斷請求：中斷源發(fā)出的信號稱為中斷請求（或中斷申請）。斷點(diǎn)：主程序被斷開的位置（或地址）稱為斷點(diǎn)。中斷服務(wù)程序：當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)到執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，該處理程序通常稱為中斷服務(wù)程序。。中斷相關(guān)概念主程序運(yùn)行中斷源中斷處理紅外傳感器聲光報警器中斷事件響應(yīng)和處理中斷事件返回主程序中斷返回中斷相關(guān)概念紅外傳感器聲光報警器主程序運(yùn)行中斷源中斷處理中斷返回二、中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

圖8.4MCS-51中斷系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖MCS-51單片機(jī)的5個中斷源（1）

：外部中斷0，中斷請求信號由P3.2腳輸入。（2）

：外部中斷1，中斷請求信號由P3.3腳輸入。（3）TF0：定時器T0溢出中斷。（4）TF1：定時器1溢出中斷。（5）RI或TI：串行中斷。三、中斷系統(tǒng)相關(guān)的4個特殊寄存器在MCS-51型單片機(jī)中斷控制中，具有以下4個特殊功能寄存器：定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON：定時器和外部中斷的控制定時器/計數(shù)器控制寄存器TCON：定時器和外部中斷的控制中斷優(yōu)先級控制寄存器IP：設(shè)置各中斷的優(yōu)先級串行口控制寄存器SCON：串行中斷的控制

1.定時和外中斷控制?TCONTCON(1)TCON.7（TF1）：定時器1的溢出中斷標(biāo)志。(2)TCON.5（TF0）：定時器0溢出中斷標(biāo)志。(3)TCON.3（IE1）：外部中斷1的中斷請求標(biāo)志。IE1=1，外部中斷1向CPU申請中斷，硬件自動清0。(4)TCON.2（IT1）：外部中斷1的中斷觸發(fā)方式控制位。當(dāng)IT1=0時，外部中斷1被控制為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT1=1時，外部中斷1被控制為邊沿觸發(fā)方式。(5)TCON.1（IE0）：外部中斷0的中斷請求標(biāo)志。(6)TCON.0（IT0）：外部中斷0的中斷觸發(fā)方式控制位。TF1TF0IE1IT1IE0IT0串行中斷控制?SCON寄存器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。SCON(1)SCON.1（TI）：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志。CPU將一個數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF時，就啟動發(fā)送，每發(fā)送完一個串行幀數(shù)據(jù)后，硬件將使TI置位。但CPU響應(yīng)中斷時并不清除TI，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件清除。(2)SCON.0（RI）：串行接收中斷標(biāo)志。在串行口允許接收時，每接收完一個串行幀數(shù)據(jù)，硬件將使RI置位。同樣，CPU在響應(yīng)中斷時不會清除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)用時要注意各位的初始狀態(tài)。TIRI（二）中斷允許控制IE寄存器計算機(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，CPU必須予以響應(yīng)。對可屏蔽中斷，用戶可以通過軟件方法來控制是否允許某個中斷源的中斷，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個中斷源都是可屏蔽中斷，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一個專用寄存器IE，用于控制CPU對各中斷源的開放或屏蔽。IE寄存器各位定義如下：

IEEAESET1EX1ET0EX0（二）中斷允許控制IE寄存器(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/計數(shù)器T1中斷允許位。ET1=1，允許定時器T1中斷；ET1=0，禁止定時器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1中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。(5)IE.1（ET0）：定時/計數(shù)器T0中斷允許位。ET0=1，允許定時器0中斷；ET0=0，禁止定時器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。（三）中斷優(yōu)先級控制寄存器IP在MCS-51系列單片機(jī)有兩個中斷優(yōu)先級，每個中斷源都可以通過編程確定為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，從而實(shí)現(xiàn)二級嵌套。專用寄存器IP為中斷優(yōu)先級寄存器，鎖存各中斷源優(yōu)先級控制位。IP中的每一位均可由軟件來置1或清0，置1表示高優(yōu)先級，清0表示低優(yōu)先級。其格式如下：IP(1）IP.4（PS）：串行口中斷優(yōu)先級控制位。（2）IP.3（PT1）：定時器T1中斷優(yōu)先級控制位。（3）IP.2（PX1）：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位。（4）IP.1（PT0）：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位。（5）IP.0（PX0）：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位。---PSPT1PX1PT0PX0（四）串行中斷控制?SCON寄存器SCON是串行口控制寄存器，其低兩位TI和RI是鎖存串行口的發(fā)送中斷標(biāo)志和接收中斷標(biāo)志。其格式如下：

——————TIRISCON.1（TI）：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志。SCON.0（RI）：串行接收中斷標(biāo)志。中斷源自然優(yōu)先級順序當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，IP低5位全部清0，所有中斷源均設(shè)定為低優(yōu)先級中斷。如果幾個同一優(yōu)先級的中斷源同時向CPU申請中斷，CPU通過內(nèi)部硬件查詢邏輯，按自然優(yōu)先級順序確定先響應(yīng)哪個中斷請求。自然優(yōu)先級由硬件形成，見下表8.1。中斷源同級自然優(yōu)先級外部中斷0先定時器T0中斷外部中斷1定時器T1中斷串行口中斷后三、中斷處理過程中斷處理過程可分為：中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。1．中斷請求與響應(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)有中斷請求（相應(yīng)中斷請求標(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控制：（1）中斷總允許位EA=1。（2）申請中斷的中斷源允許。滿足以上基本條件，CPU一般會響應(yīng)中斷。2．中斷響應(yīng)若中斷請求符合響應(yīng)條件，則CPU將響應(yīng)中斷請求。中斷響應(yīng)過程就是自動調(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()interruptn

其中n為中斷類型號，C51編譯器允許0～31個中斷，n的取值范圍為0～31。5個中斷源所對應(yīng)的中斷類型號和中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷源中斷類型號n入口地址外部中斷000003H定時器T0中斷1000BH外部中斷120013H定時器T1中斷3001BH串行口中斷40023H硬件電路設(shè)計聲光報警電路

聲光報警電路由發(fā)光二極管、三極管和蜂鳴器組成；蜂鳴器按驅(qū)動方式可分為有源蜂鳴器（內(nèi)含驅(qū)動線路）和無源蜂鳴器（外部驅(qū)動）。這里的“源”指的是振蕩源。無源蜂鳴器內(nèi)部沒有振蕩源，只有給它一定頻率的方波信號，才能讓蜂鳴器的振動裝置起振，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)聲；同時，輸入的方波頻率不同，發(fā)出的聲音也不同。有源蜂鳴器則不需要外部的振蕩源，只需要接入直流電源，即可自動發(fā)出聲音（聲音頻率相對固定）。在Proteus仿真工具中，SOUNDER模型為無源蜂鳴器，BUZZER為有源蜂鳴器。軟件設(shè)計主程序主要完成對外部中斷1進(jìn)行初始化，對相關(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)信號類型：邊緣觸發(fā)方式允許外部中斷1中斷等待外部中斷1主程序設(shè)計流程圖中斷服務(wù)程序CPU響應(yīng)了外部中斷1的中斷請求后轉(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，再輸出低電平、再延時；從而實(shí)現(xiàn)P3.5口線輸出音頻信號驅(qū)動蜂鳴器報警。中斷是通過硬件來改變CPU的運(yùn)行方向。計算機(jī)在執(zhí)行程序的過程中,外部設(shè)備向CPU發(fā)出中斷請求信號,要求CPU暫時中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序,待處理程序執(zhí)行完畢后,再繼續(xù)執(zhí)