51单片机按键控制数码管0~9_51单片机外部中断

       前面为大家介绍的点亮LED灯、数码管、按键只用到了51单片机的IO资源,我们要是仅仅用单片机点灯、操作数码管,那可真是大才小用了。这些都只是51单片机资源的冰山一角,51单片机还有好多的功能,我后面将为大家一一介绍。今天为大家介绍单片机一个重要的外设——中断。

中断


      没接触过单片机的朋友听到这个词肯定很陌生,大家对打断这个词应该不陌生吧,中断字面意思可以理解为中途被打断。大家可以思考一下,什么的中途被什么给打断了呢?想明白了这个问题就说明理解中断了。下面看看百度的解释:

      中断是指计算机运行过程中,出现某些意外情况需主机干预时,机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情 况的程序,处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

       百度的这个解释还是比较权威的,我们再通俗点理解就是计算机(单片机)在运行中途被某些意外打断了,处理完意外后又回到被打断的地方继续运行。


STC89C52RC单片机外部中断

    STC89C52RC单片机总共有6个中断,分别是:外部中断0(INT0)、定时器0中断、外部中断1(INT1)、定时器1中断、串口中断、定时器2中断、。

    今天我们主要介绍和使用外部中断。什么是外部中断呢?外部中断就是外部条件触发单片机的中断,单片机的只有IO和外部联系,所以单片机引脚的电平变化便会触发外部中断。我们看看51单片机可以触发外部中断的引脚:

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    可以看到外部中断的引脚是P3.2和P3.3, 当这两个引脚检测到电平变化(高电平变为低电平)时,便会触发中断。也许有人会问这不跟前面讲的按键实现人机互动一样吗,通过单片机检测IO引脚的电平状态来判断按键是否被按下。注意!中断和单片机扫描检测是有本质区别的,大家应该注意到我们前面写的程序全部在一个while里面,如下面这段代码。

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    这种代码结构在单片机里很常见,mian函数里面一个while,就是让单片机一直做while里面的事情,从while第一个大括号到最后一个大括号,反反复复,只要不停电便一直运行。看这段代码,如果代码执行到第6行时候按键按下了,单片机会立即检测到吗?肯定是检测不到的,只有当程序执行完第7、8、9行重新回到第4行运行到第5行时单片机才去判断KEY是否等于0,这时候要是没有松手肯定会检测到。但要是在执行第7、8、9、4行特别耗时松手了呢?是不是这次按键就无效了。假如这个按键外部是一个消防安全的紧急按钮,按下了单片机没有反应,闹着玩呢!火灾那么严重了消防警报没有响起来,消防人员也不知道,可能会造成严重的后果。这个例子可能有点夸张,但有助于大家理解按键扫描的不足,也就是按键的实时性不好。设计人员的想法肯定是按键按下就做出响应,但是仅仅靠一个while是肯定实现不了很高的实时性。这个问题肯定设计单片机的工程师也注意到了,于是给单片机增加了中断的功能。不光单片机有中断,电脑也有,鼠标、键盘其实也是电脑的一种中断。说了一大篇,再总结一下,中断发生后必须立即做出响应。接下来我们看看51单片机的中断怎么用,51单片机可不是P3.2和P3.3给个低电平就能跑到中断里面去的。

    我们再来看下51单片的外部中断结构:

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    图中的INT0和INT1连接引脚P3.2和P3.3,进去之后有一个开关可以推上去也可以拉下来,先不管上去下来是什么意思,反正要选一个。再过来是IE0,IE1,先不管是干啥的,要想外部中断反正得经过这个关卡。接着是EX0、EX1这个开关肯定需要打开。EA好像是一个多刀单掷的开关,它控制着所有中断的总开关,使用外部中断必须打开这个开关。后面的开关路线主要控制优先级的,优先级就是多个中断同时触发,优先执行优先级高的中断。只有把上面的这条中断线路给导通了,外部中断就可以触发了。单片机里面可没有看得见开关我们应该怎么去配置这些开关呢?为了控制这些开关工程师们设计出了一个叫寄存器的东西。感兴趣的同学可以上网查下,我们这里把寄存器先理解成为开关,寄存器里面写1就是打开开关,写0就是关闭开关,当然单片机也可以告诉我们哪个开关是打开的哪个开关是关闭的。



51单片机中断控制寄存器

中断允许寄存器IE

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    我们来认识一下51单片机的第一个寄存器断允许寄存器IE,51单片机所有的内部资源都要通过配置寄存器来实现,所以大家一定要掌握如何通过单片机的数据手册去配置寄存器。上图表格中标红的是不是在上面的中断结构中看到过,哪个开关什么作用我们可以查看下方的寄存器位说明,再联系中断结构图大家可以很轻松的理解51单片机的外部中断控制逻辑。我们今天要用外部中断0,那么我们只需让EA=1,EX0=1即可。EA是51单片机的中断总开关,打开EA之后51单片机才具备中断功能。EX0只管外部中断0的开关,打开EX0外部中断功能才能使用。接下来我们讲讲另一个寄存器TCON,这个寄存器不是今天的主角,但外部中断需要用到它的四个位。

定时器/计数器中断控制寄存器TCON

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这4个位给大家详细介绍下,因为IE0IE1IT0IT1功能是一样的,只不过一个是外部中断0一个是外部中断1,我们只看外部中断0。IE0是外部中断0的标志位,标志位意味着单片机要告诉我们这个位是打开还是关闭的,如果IE0这个位是1(打开的)说明外部中断已经触发,触发完成之后单片机会自己把IE0这个位给清0。说白了,这个位我们暂时可以不用操心,单片机就自动处理了。IT0 是外部中断0中断源类型选择位,就是选择外部中断0的触发方式,为0时是低电平触发,为1时是下降沿触发。我们今天给这个位写0,用低电平触发。低电平触发大家可能容易理解,下降沿可能有点难理解。下降沿就是从高电平变为低电平的一瞬间,如下图所示。

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这里简单给大家介绍下这两种触发方式有什么不同,前面我们了解到51单片机上电后引脚都是高电平,P3.2连接的是外部中断0,这时给P3.2一个低电平并保持一段时间,如果外部中断0配置的是低电平触发(IT0=0),那么中断便会一直触发,只有当P3.2为高电平时中断触发才会停止;当外部中断0配置为下降沿触发(IT0=1)时,中断则会触发一次,因为在这期间只出现了一个下降沿。后面有机会用到再举例说明。使用外部中断只需掌握这两个寄存器就足够了。

    前面说了这么多有些人可能就纳闷了,中断触发了该去哪执行呢?这里告诉大家,中断触发后去中断服务函数里面执行相应的代码。

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    STC的官方手册已经提供中断服务函数和中断号了,我们今天用外部中断0,中断服务函数为Int0_Routine(void)这个函数名可以随便起,中断号为0,单片机找中断服务函数主要就是依据中断号找的,所以中断号一定不能写错。51单片机默认外部中断0的优先级最高,所以当外部中断0触发后单片机会无条件放下手中所有的事去执行外部中断0的服务函数。


51单片机外部中断实战

实战内容:模拟一个报警器,电路原理图如下所示,当按键S1和按键S2按下时蜂鸣器发出响声,当按键S3按下时蜂鸣器停止响声(必须使用外部中断)。

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    分析:由电路图可知,S1连接的是外部中断0,所以我们可以用触发外部中断0实现报警,S2和S3就用普通的按键扫描实现报警和停止报警。蜂鸣器前面我们没有提到过,大家可以把它当作一个LED,给低电平就发出响声,高电平停止响声。通过电路图可以知道蜂鸣器连接的是P2.3,我们让P2.3=0蜂鸣器便会发出响声,P2.3=1,蜂鸣器便停止响声。

开始写代码

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    虽然代码有点长,我们逐步分析其实并不复杂。头文件不用说了,前面介绍过。接着是位声明,我们用到四个引脚。然后是四个子函数,第一个函数delay我们之前用过,是一个毫秒级的延时函数;第二个是外部中断0初始化函数,主要是作用是初始化控制中断的寄存器,也就是把控制中断相关的开关打开或者关闭。第三个函数是按键扫描函数,函数的原理我们前面讲过,两个按键分别控制蜂鸣器的打开和关闭。第四个函数模拟其他比较耗时的应用,主要为了体现按键扫描和外部中断的区别。接着就是主函数了,主函数和前面讲的结构查不多,都是mian里面一个while循环,让单片机反复在执行while里面的代码。说到这里,大家能不能联想到使用中断的另一个好处。这里先不告诉大家,后面给大家详细说明。这里要注意一点,初始化函数在运行过程中只需执行一次。所以我们把ExternalInt0Init函数放在了while外面。

    最后一个函数便是今天的主角了——外部中断0服务函数。当外部中断0触发后,单片机便会跳转到这个函数中去打开蜂鸣器,执行完成后则跳回主函数。这里要注意下,中断服务函数和其他函数是有区别的,中断服务函数后面的interrupt 0一定要加上,因为加上之后相当于是告诉单片机,我就是外部中断0的中断服务函数。如果不加当外部中断0触发后,单片机就不知道去哪执行中断服务函数。interrupt是51单片机的关键字,后面的数字是中断号,外部中断0的中断号就是0外部中断1的中断号为2。想知道其他中断号可以查看51单片机的数据手册。代码分析完了,有问题大家可以进群讨论551867309,当然本节代码我也会上传至群文件。

    编译……下载……观察现象

    首先我按下的是S2,大家可以看到,短按蜂鸣器没有打开,只有长按蜂鸣器才能打开,按下S3关闭蜂鸣器也一样。这是因为单片机在处理比较耗时的事情,等处理完成后才去检查按键有没有按下。按下S1蜂鸣器立即会打开,因为S1按下触发了外部中断0,单片机会在第一时间去处理外部中断,这就是使用中断和不使用中断的区别。


总结

    通过这篇文章给大家介绍了什么是中断,单片机的高级玩法都离不开中断,所以中断必须掌握。同时也介绍了51单片机的外部中断0的应用以及如何通过查看数据手册去操作51单片机的寄存器。后面涉及到51单片机的外设我们都需要和寄存器打交道,寄存器就是我们和单片机对话的枢纽,我们可以把数据通过寄存器发送给单片机,同时单片机也可以将内部数据通过寄存器告诉我们,这样我们就可以用单片机做好多事情了。后面还有好多好玩的实验,坚持下去就能成功。

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