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《手把手教你學(xué)51單片機-C語言》之六 中斷與數(shù)碼管動態(tài)顯示

作者: 時間:2016-11-19 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

中斷單片機系統(tǒng)重點中的重點,因為有了中斷,單片機就具備了快速協(xié)調(diào)多模塊工作的能力,可以完成復(fù)雜的任務(wù)。本章將首先帶領(lǐng)大家學(xué)習(xí)一些必要的C語言基礎(chǔ)知識,然后講解數(shù)碼管動態(tài)顯示的原理,并最終借助于中斷系統(tǒng)來完成實用的數(shù)碼管顯示程序。大家對本章節(jié)內(nèi)容要多多研究,要完全掌握并能熟練運用。

本文引用地址:http://butianyuan.cn/article/201611/318571.htm

1.1C語言的數(shù)組

1.1.1數(shù)組的基本概念

第四章已經(jīng)學(xué)過變量的基本類型,比如char、int等等。這種類型描述的都是單個具有特定意義的數(shù)據(jù),當(dāng)我們要處理擁有同類意義但是卻包含很多個數(shù)據(jù)的時候,就可以用到數(shù)組了,比如我們上節(jié)課那個數(shù)碼管的真值表,就是用一個數(shù)組來表達(dá)的。

從概念上講,數(shù)組是具有相同數(shù)據(jù)類型的有序數(shù)據(jù)的組合,一般來講,數(shù)組定義后滿足以下三個條件。

1、具有相同的數(shù)據(jù)類型;

2、具有相同的名字;

3、在存儲器中是被連續(xù)存放的。

比如我們上節(jié)課定義的那個數(shù)碼管真值表,如果我們把關(guān)鍵字code去掉,數(shù)組元素將被保存在RAM中,在程序中可讀可寫,同時我們也可以在中括號里邊標(biāo)明這個數(shù)組所包含的元素個數(shù),比如:

unsignedcharLedChar[16]={

0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,

0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E

};

在這個數(shù)組中的每個值都稱之為數(shù)組的一個元素,這些元素都具備相同的數(shù)據(jù)類型就是unsignedchar型,他們有一個共同的名字LedChar,不管放到RAM中還是FLASH中,他們都是存放在一塊連續(xù)的存儲空間里的。

有一點要特別注意,這個數(shù)組一共有16(中括號里面的數(shù)值)個元素,但是數(shù)組的單個元素的表達(dá)方式——下標(biāo)是從0開始,因此實際上上邊這個數(shù)組的首個元素LedChar[0]的值是0xC0,而LedChar[15]的值是0x8E,下標(biāo)從0到15一共是16個元素。

LedChar這個數(shù)組只有一個下標(biāo),我們稱之為一維數(shù)組,還有兩個下標(biāo)和多個下標(biāo)的,我們稱之為二維數(shù)組和多維數(shù)組。比如unsignedchara[2][3];表示這是一個2行3列的二維數(shù)組。在大多數(shù)情況下我們使用的是一維數(shù)組,對于初學(xué)來說,我們先來研究一維數(shù)組,多維數(shù)組等遇到了再來了解。

1.1.2數(shù)組的聲明

一維數(shù)組的聲明格式如下:

數(shù)據(jù)類型數(shù)組名[數(shù)組長度];

1、數(shù)組的數(shù)據(jù)類型聲明的是該數(shù)組的每個元素的類型,即一個數(shù)組中的元素具有相同的數(shù)據(jù)類型。

2、數(shù)組名的聲明要符合C語言固定的標(biāo)識符的聲明要求,只能由字母、數(shù)字、下劃線這三種符號組成,且第一個字符只能是字母或者下劃線。

3、方括號中的數(shù)組長度是一個常量或常量表達(dá)式,并且必須是正整數(shù)。

1.1.3數(shù)組的初始化

數(shù)組在進(jìn)行聲明的同時可以進(jìn)行初始化操作,格式如下:

數(shù)據(jù)類型數(shù)組名[數(shù)組長度]={初值列表};

還是以上節(jié)課我們用的數(shù)碼管的真值表為例來講解注意事項。

unsignedcharLedChar[16]={

0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,

0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E

};

1、初值列表里的數(shù)據(jù)之間要用逗號隔開;

2、初值列表里的初值的數(shù)量必須等于或小于數(shù)組長度,當(dāng)小于數(shù)組長度時,數(shù)組的后邊沒有賦初值的元素由系統(tǒng)自動賦值為0。

3、若給數(shù)組的所有元素都賦初值,那么可以省略數(shù)組的長度,上節(jié)課的例子中我們實際上已經(jīng)省略了數(shù)組的長度。

4、系統(tǒng)為數(shù)組分配連續(xù)的存儲單元的時候,數(shù)組元素的相對次序由下標(biāo)來決定,就是說LedChar[0]、LedChar[1]……LedChar[15]是按照順序緊挨著依次排下來的。

1.1.4數(shù)組的使用和賦值

在C語言程序中,是不能一次使用整個數(shù)組的,只能使用數(shù)組的單個元素。一個數(shù)組元素相當(dāng)于一個變量,使用數(shù)組元素的時候與使用相同數(shù)據(jù)類型的變量的方法是一樣的。比如LedChar這個數(shù)組,如果沒加code關(guān)鍵字,那么它可讀可寫,我們可以寫成a=LedChar[0]這樣來把數(shù)組的一個元素的值送個a這個變量,也可以寫成LedChar[0]=a這樣把a這個變量的值送給數(shù)組中的一個元素,以下三點要注意:

1、引用數(shù)組的時候,那個方括號里的數(shù)字代表的是數(shù)組元素的下標(biāo),而數(shù)組初始化的時候方括號里的數(shù)字代表的是這個數(shù)組中元素的總數(shù)。

2、數(shù)組元素的方括號里的下標(biāo)可以是整型常數(shù),整型變量或者表達(dá)式,而數(shù)組初始化的時候方括號里的數(shù)字必須是常數(shù)不能是變量。

3、數(shù)組整體賦值只能在初始化的時候進(jìn)行,程序執(zhí)行代碼中只能對單個元素賦值。

1.2if語句

到目前為止,我們對if語句應(yīng)該已經(jīng)不陌生了,前邊程序已用過多次了,這里我們系統(tǒng)的介紹一下,方便后邊的深入學(xué)習(xí)。if語句有兩個關(guān)鍵字:if和else,把這兩個關(guān)鍵字翻譯一下就是:“如果”和“否則”。if語句一共有三種格式,我們分別來看。

1、if語句的默認(rèn)形式:

if(條件表達(dá)式)

{

語句1;

}

其執(zhí)行過程是,if(即如果)條件表達(dá)式的值為“真”,則執(zhí)行語句1;如果條件表達(dá)式的值為“假”,則不執(zhí)行語句1。真和假的概念不再贅述,參考第五章。

這里要提醒大家一點,C語言一個分號表示一條語句的結(jié)束,因此如果if后邊只有一條執(zhí)行語句的時候,可以省略大括號,但是如果有多條執(zhí)行語句的話,必須加上大括號。

那么現(xiàn)在,我們上節(jié)課的語句就很好理解了:

if(sec>=16)

{

sec=0;

}

當(dāng)sec的值大于或等于16的時候,括號里的值才是“真”,那么就執(zhí)行sec=0這一句,當(dāng)sec的值小于16時,那么括號里就為“假”,就不執(zhí)行這一句。

2、if...else語句

有些情況下,我們除了要在括號里條件滿足時執(zhí)行相應(yīng)的語句外,在不滿足該條件的時候,也要執(zhí)行一些另外的語句,這時候就用到了if...else語句,它的基本語法形式是:

if(條件表達(dá)式)

{

語句1;

}

else

{

語句2;

}

比如上節(jié)課的最后一段程序我們也可以寫成:

P0=LedChar[sec];

if(sec>=15)

{

sec=0;

}

else

{

Sec++;

}

這個程序大家可以修改下載到單片機里驗證一下,程序邏輯大家自己動腦筋分析,注意條件表達(dá)式內(nèi)16到15的變化,想一下為什么,我就不多解釋了。

3、if....elseif語句

if...esle語句是一個二選一的語句,或者執(zhí)行if分支后的語句,或者執(zhí)行else分支后的語句。還有一種多選一的用法就是if...elseif語句。他的基本語法格式是:

if(條件表達(dá)式1){語句1;}

elseif(條件表達(dá)式2){語句2;}

elseif(條件表達(dá)式3){語句3;}

......

else{語句n;}

他的執(zhí)行過程是:依次判斷條件表達(dá)式的值,當(dāng)出現(xiàn)某個值為“真”時,則執(zhí)行相對應(yīng)的語句,然后跳出整個if的語句塊,執(zhí)行“語句n”后面的程序;如果所有的表達(dá)式都為“假”,則執(zhí)行else分支的“語句n”后,再執(zhí)行“語句n”后邊的程序。

if語句在C語言編程中使用頻率很高,用法也不復(fù)雜,所以必須要熟練掌握。

1.3switch語句

用if....else語句在處理多分支的時候,分支太多就會顯得不方便,且容易出現(xiàn)if和else配對出現(xiàn)錯誤的情況,在C語言中提供了另外一種多分支選擇的語句——switch語句,它的基本語法格式如下:

switch(表達(dá)式)

{

case常量表達(dá)式1:語句1;

case常量表達(dá)式2:語句2;

......

case常量表達(dá)式n:語句n;

default:語句n+1;

}

它的執(zhí)行過程是:首先計算“表達(dá)式”的值,然后從第一個case開始,與“常量表達(dá)式x”進(jìn)行比較,如果與當(dāng)前常量表達(dá)式的值不相等,那么就不執(zhí)行冒號后邊的語句x,一旦發(fā)現(xiàn)和某個常量表達(dá)式的值相等了,那么它會執(zhí)行之后所有的語句,如果直到最后一個“常量表達(dá)式n”都沒有找到相等的值,那么就執(zhí)行default后的“語句n+1”。請?zhí)貏e注意一點,當(dāng)找到一個相等的case分支后,會執(zhí)行該分支以及之后所有分支的語句,很明顯這不是我們想要的結(jié)果。

在C語言中,有一條break語句,作用是跳出當(dāng)前的循環(huán)語句,包括for循環(huán)和while循環(huán),同時,它還能用來結(jié)束switch語句塊。switch的分支語句一共有n+1種,而我們通常希望的都是選擇其中的一個分支來執(zhí)行,執(zhí)行完后就結(jié)束整個switch語句,而繼續(xù)執(zhí)行switch后面的語句,此時就可以通過在每個分支后加上break語句來實現(xiàn)了。如下:

switch(表達(dá)式)

{

case常量表達(dá)式1:語句1;break;

case常量表達(dá)式2:語句2;break;

......

case常量表達(dá)式n:語句n;break;

default:語句n+1;break;

}

加了這個break語句后,一旦“常量表達(dá)式x”與“表達(dá)式”的值相等了,那么就執(zhí)行“語句x”,執(zhí)行完畢后,由于有了break則直接跳出switch語句,繼續(xù)執(zhí)行switch語句后面的程序了,這樣就可以避免執(zhí)行不必要的語句。了解了這個switch語句后,我們馬上會在本章程序中使用鞏固它。

1.4數(shù)碼管的動態(tài)顯示

1.4.1動態(tài)顯示的基本原理

我們在上一章學(xué)習(xí)數(shù)碼管靜態(tài)顯示的時候說到,74HC138只能在同一時刻導(dǎo)通一個三極管,而我們的數(shù)碼管是靠了6個三極管來控制,那我們?nèi)绾蝸碜寯?shù)碼管同時顯示呢?這就用到了動態(tài)顯示的概念。

多個數(shù)碼管顯示數(shù)字的時候,我們實際上是輪流點亮數(shù)碼管(一個時刻內(nèi)只有一個數(shù)碼管是亮的),利用人眼的視覺暫留現(xiàn)象(也叫余輝效應(yīng)),就可以做到看起來是所有數(shù)碼管都同時亮了,這就是動態(tài)顯示,也叫做動態(tài)掃描。

例如:有2個數(shù)碼管,我們要顯示“12”這個數(shù)字,先讓高位的位選三極管導(dǎo)通,然后控制段選讓其顯示“1”,延時一定時間后再讓低位的位選三極管導(dǎo)通,然后控制段選讓其顯示“2”。把這個流程以一定的速度循環(huán)運行就可以讓數(shù)碼管顯示出“12”,由于交替速度非??欤搜圩R別到的就是“12”這兩位數(shù)字同時亮了。

那么一個數(shù)碼管需要點亮多長時間呢?也就是說要多長時間完成一次全部數(shù)碼管的掃描呢(很明顯:整體掃描時間=單個數(shù)碼管點亮?xí)r間*數(shù)碼管個數(shù))?答案是:10ms以內(nèi)。當(dāng)電視機和顯示器還處在CRT(電子顯像管)時代的時候,有一句很流行的廣告語——“100Hz無閃爍”,沒錯,只要刷新率大于100Hz,即刷新時間小于10ms,就可以做到無閃爍,這也就是我們的動態(tài)掃描的硬性指標(biāo)。那么你也許會問,有最小值的限制嗎?理論上沒有,但實際上做到更快的刷新卻沒有任何進(jìn)步的意義了,因為已經(jīng)無閃爍了,再快也還是無閃爍,只是徒然增加CPU的負(fù)荷而已(因為1秒內(nèi)要執(zhí)行更多次的掃描程序)。所以,通常我們設(shè)計程序的時候,都是取一個接近10ms,又比較規(guī)整的值就行了。我們開發(fā)板上有6個數(shù)碼管,那么我們現(xiàn)在就來著手寫一個數(shù)碼管動態(tài)掃描的程序,實現(xiàn)兼驗證上面講的動態(tài)顯示原理。

我們的目標(biāo)還是實現(xiàn)秒表功能,只不過這次有6個位了,最大可以計到999999秒。那么現(xiàn)在要實現(xiàn)的這個程序相對于前幾章的例程來說就要復(fù)雜的多了,既要處理秒表計數(shù),又要處理動態(tài)掃描。在編寫這類稍復(fù)雜的程序時,建議初學(xué)者們先用程序流程圖來把程序的整個流程理清,在動手寫程序之前先把整個程序的結(jié)構(gòu)框架搭好,把每一個環(huán)節(jié)要實現(xiàn)的功能先細(xì)化出來,然后再用程序代碼一步一步的去實現(xiàn)出來。這樣就可以避免無處下筆的迷茫感了。如圖6-1就是本例的程序流程圖,大家先根據(jù)流程圖把程序的執(zhí)行經(jīng)過在大腦里走一遍,然后再看接下來的程序代碼,體會一下流程圖的作用,看是不是能幫助你更順暢的理清程序流程。

圖6-1數(shù)碼管動態(tài)顯示秒表程序流程圖

#include

sbitADDR0=P1^0;

sbitADDR1=P1^1;

sbitADDR2=P1^2;

sbitADDR3=P1^3;

sbitENLED=P1^4;

unsignedcharcodeLedChar[]={//數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表

0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,

0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E

};

unsignedcharLedBuff[6]={//數(shù)碼管顯示緩沖區(qū),初值0xFF確保啟動時都不亮

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF

};

voidmain()

{

unsignedchari=0;//動態(tài)掃描的索引

unsignedintcnt=0;//記錄T0中斷次數(shù)

unsignedlongsec=0;//記錄經(jīng)過的秒數(shù)

ENLED=0;//使能U3,選擇控制數(shù)碼管

ADDR3=1;//因為需要動態(tài)改變ADDR0-2的值,所以不需要再初始化了

TMOD=0x01;//設(shè)置T0為模式1

TH0=0xFC;//為T0賦初值0xFC67,定時1ms

TL0=0x67;

TR0=1;//啟動T0

while(1)

{

if(TF0==1)//判斷T0是否溢出

{

TF0=0;//T0溢出后,清零中斷標(biāo)志

TH0=0xFC;//并重新賦初值

TL0=0x67;

cnt++;//計數(shù)值自加1

if(cnt>=1000)//判斷T0溢出是否達(dá)到1000次

{

cnt=0;//達(dá)到1000次后計數(shù)值清零

sec++;//秒計數(shù)自加1

//以下代碼將sec按十進(jìn)制位從低到高依次提取并轉(zhuǎn)為數(shù)碼管顯示字符

LedBuff[0]=LedChar[sec%10];

LedBuff[1]=LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2]=LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3]=LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4]=LedChar[sec/10000%10];

LedBuff[5]=LedChar[sec/100000%10];

}

//以下代碼完成數(shù)碼管動態(tài)掃描刷新

if(i==0)

{ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[0];}

elseif(i==1)

{ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=1;i++;P0=LedBuff[1];}

elseif(i==2)

{ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[2];}

elseif(i==3)

{ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=1;i++;P0=LedBuff[3];}

elseif(i==4)

{ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[4];}

elseif(i==5)

{ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=1;i=0;P0=LedBuff[5];}

}

}

}

這段程序,大家自己抄到Keil中,然后邊抄邊結(jié)合程序流程圖來理解,最終下載到實驗板上看一下運行結(jié)果。其中下邊的if...else語句就是每1ms快速的刷新一個數(shù)碼管,這樣6個數(shù)碼管整體刷新一遍的時間就是6ms,視覺感官上就是6個數(shù)碼管同時亮起來了。

在C語言中,“/”等同于數(shù)學(xué)里的除法運算,而“%”等同于我們小學(xué)學(xué)的求余數(shù)運算,這個前邊已有介紹。如果是123456這個數(shù)字,我們要正常顯示在數(shù)碼管上,個位顯示,就是直接對10取余數(shù),這個“6”就出來了,十位數(shù)字就是先除以10,然后再對10取余數(shù),以此類推,就把6個數(shù)字全部顯示出來了。

對于多選一的動態(tài)刷新數(shù)碼管的方式,我們?nèi)绻胹witch會有更好的效果,大家來看一下我們用switch語句完成的情況。

#include

sbitADDR0=P1^0;

sbitADDR1=P1^1;

sbitADDR2=P1^2;

sbitADDR3=P1^3;

sbitENLED=P1^4;

unsignedcharcodeLedChar[]={//數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表

0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,

0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E

};

unsignedcharLedBuff[6]={//數(shù)碼管顯示緩沖區(qū),初值0xFF確保啟動時都不亮

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF

};

voidmain()

{

unsignedchari=0;//動態(tài)掃描的索引

unsignedintcnt=0;//記錄T0中斷次數(shù)

unsignedlongsec=0;//記錄經(jīng)過的秒數(shù)

ENLED=0;//使能U3,選擇控制數(shù)碼管

ADDR3=1;//因為需要動態(tài)改變ADDR0-2的值,所以不需要再初始化了

TMOD=0x01;//設(shè)置T0為模式1

TH0=0xFC;//為T0賦初值0xFC67,定時1ms

TL0=0x67;

TR0=1;//啟動T0

while(1)

{

if(TF0==1)//判斷T0是否溢出

{

TF0=0;//T0溢出后,清零中斷標(biāo)志

TH0=0xFC;//并重新賦初值

TL0=0x67;

cnt++;//計數(shù)值自加1

if(cnt>=1000)//判斷T0溢出是否達(dá)到1000次

{

cnt=0;//達(dá)到1000次后計數(shù)值清零

sec++;//秒計數(shù)自加1

//以下代碼將sec按十進(jìn)制位從低到高依次提取并轉(zhuǎn)為數(shù)碼管顯示字符

LedBuff[0]=LedChar[sec%10];

LedBuff[1]=LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2]=LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3]=LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4]=LedChar[sec/10000%10];

LedBuff[5]=LedChar[sec/100000%10];

}

//以下代碼完成數(shù)碼管動態(tài)掃描刷新

switch(i)

{

case0:ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[0];break;

case1:ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=1;i++;P0=LedBuff[1];break;

case2:ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[2];break;

case3:ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=1;i++;P0=LedBuff[3];break;

case4:ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[4];break;

case5:ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=1;i=0;P0=LedBuff[5];break;

default:break;

}

}

}

}

程序完成的功能是一模一樣的,但大家看一下,switch語句是不是比if...else語句顯得要整齊清爽呢。

1.4.2數(shù)碼管顯示消隱

不知道同學(xué)們是否發(fā)現(xiàn)了,我們的這兩個數(shù)碼管動態(tài)顯示程序的運行效果似乎并不是那么完美,第一個小問題,大家仔細(xì)看,數(shù)碼管的不應(yīng)該亮的段,似乎有微微的發(fā)亮,這種現(xiàn)象叫做“鬼影”,這個“鬼影”嚴(yán)重影響了我們的視覺效果,我們該如何解決呢?

同學(xué)們在今后可能會遇到各種各樣的實際問題,可能很多都是我們沒有講過的,遇到問題怎么辦呢?大家要相信,你作為初學(xué)者,遇到的問題肯定不是第一個遇到的,肯定有前輩已經(jīng)遇到過相同的或類似的問題,他們一般都會在網(wǎng)上發(fā)表各種帖子,各種討論,所以大家遇到問題,首先就應(yīng)該形成一個到網(wǎng)上搜索的條件反射,這個問題大家可以到網(wǎng)上搜:“數(shù)碼管消隱”或者“數(shù)碼管鬼影解決”,多找相關(guān)關(guān)鍵詞搜索試試,會搜索也是一種能力。

大家在網(wǎng)上搜了一下會發(fā)現(xiàn),解決這類問題的方法有兩個,其中之一是延時,延時之后我們?nèi)庋劬涂赡芸床坏竭@個“鬼影”了。但是延時是一個非常拙劣的手段,且不說延時多久能讓我們看不到“鬼影”,延時后,我們的數(shù)碼管亮度會普遍降低。我們解決問題呢,不能只知其然,還要知其所以然,那么我們首先就來弄明白為什么會出現(xiàn)“鬼影”。

“鬼影”的出現(xiàn),主要是在數(shù)碼管位選和段選產(chǎn)生的瞬態(tài)造成的。舉個簡單例子,我們在數(shù)碼管動態(tài)顯示的那部分程序中,實際上每一個數(shù)碼管點亮的持續(xù)時間是1ms的時間,1ms后進(jìn)行下個數(shù)碼管的切換。在進(jìn)行數(shù)碼管切換的時候,比如我們從case5要切換到case0的時候,case5的位選用的是ADDR0=1;ADDR1=0;ADDR2=1;假如此刻case5也就是最高位數(shù)碼管對應(yīng)的值是0,我們要切換成的case0的數(shù)碼管位選是ADDR0=0;ADDR1=0;ADDR2=0;而對應(yīng)的數(shù)碼管的值假如是1。又因為C語言程序是一句一句順序往下執(zhí)行的,每一條語句的執(zhí)行都會占用一定的時間,即使這個時間非常非常短暫。但是當(dāng)我們把“ADDR0=1”改變成“ADDR0=0”的時候,這個瞬間存在了一個中間狀態(tài)ADDR0=0;ADDR1=0;ADDR2=1;在這個瞬間上,我們就給case4對應(yīng)的數(shù)碼管DS5瞬間賦值了0。當(dāng)我們?nèi)繉懲炅薃DDR0=0;ADDR1=0;ADDR2=0;后,這個時候,我們的P0還沒有正式賦值,而P0此刻卻保持了前一次的值,也就是在這個瞬間,我們又給case0對應(yīng)的數(shù)碼管DS1賦值了一個0。直到我們把case0后邊的語句全部完成后,我們的刷新才正式完成。而在這個刷新過程中,有2個瞬間我們給錯誤的數(shù)碼管賦了值,雖然很弱(因為亮的時間很短),但是我們還是能夠發(fā)現(xiàn)。

那么搞明白了原理后,解決起來就不是困難的事情了,我們只要避開這個瞬間錯誤就可以了。不產(chǎn)生瞬間錯誤的方法是,在進(jìn)行位選切換期間,避免一切數(shù)碼管的賦值即可。方法有兩個,一個方法是刷新之前關(guān)閉所有的段,改變好了位選后,再打開段即可;第二個方法是關(guān)閉數(shù)碼管的位,賦值過程都做好后,再重新打開即可。這個不是很難,答案我都公布一下。

關(guān)閉段:在switch(i)這句程序之前,加一句P0=0xFF;這樣就把數(shù)碼管所有的段都關(guān)閉了,當(dāng)把“ADDR”的值全部搞定后,再給P0賦對應(yīng)的值即可。

關(guān)閉位:在switch(i)這句程序之前,加上一句ENLED=1;等到把ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[0];這幾條刷新程序全部寫完后,再加上一句ENLED=0;然后再進(jìn)行break操作即可。

這個地方邏輯思路上稍微有點復(fù)雜,大家一定要理解深刻,深刻理解,徹底弄明白,把這個瞬間的問題弄明白了,后邊很多牽扯到此類情況的問題,我們都可以一并搞定。

上邊的數(shù)碼管程序還有第二個問題,大家仔細(xì)看,我們的數(shù)碼管上的數(shù)字每一秒變化一次,變化的時候,不參加變化的數(shù)碼管可能出現(xiàn)一次抖動,這個抖動沒有什么專業(yè)的名字,我們就稱之為數(shù)碼管抖動吧。這種數(shù)碼管抖動是什么原因造成的呢?為何在數(shù)據(jù)改變的時候才抖動呢?

來分析一下我們的程序,程序在定時到1秒的時候,執(zhí)行了“秒數(shù)+1并轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管顯示字符”這個操作,一個32位整型數(shù)的除法運算,實際上是比較耗費時間的,至于這一段程序究竟耗費了多少時間,大家可以通過第四章講的調(diào)試方法來看看這段程序運行用了多少時間。由于每次定時到1秒的時候,程序都多運行了這么一段,導(dǎo)致了某個數(shù)碼管的點亮?xí)r間比其他情況下要長一些,總時間就變成了1ms+本段程序運行時間,于此同時,其它的數(shù)碼管就熄滅了5ms+本段程序運行時間,如果這段程序運行時間非常短,那么可以忽略不計,但很明顯,現(xiàn)在這段程序運行時間已經(jīng)比較長了,以致于嚴(yán)重影響到視覺效果了,所以我們要采取另外一種思路去解決這個問題。

1.5單片機中斷系統(tǒng)

1.5.1中斷的產(chǎn)生背景

請設(shè)想這樣一個場景:此刻我正在廚房用煤氣燒一壺水,而燒開一壺水剛好需要10分鐘,我是一個主體,燒水是一個目的,而且我只能時時刻刻在這里燒水,因為一旦水開了,溢出來澆滅煤氣的話,有可能引發(fā)一場災(zāi)難。但就在這個時候呢,我又聽到了電視里傳來《天龍八部》的主題歌,馬上就要開演了,我真想奪門而出,去看我最喜歡的電視劇。然而,聽到這個水壺發(fā)出的“咕嘟”的聲音,我清楚:除非等水燒開了,否則我是無法享受我喜歡的電視劇的。

這里邊主體只有一個我,而我要做的有兩件事情,一個是看電視,一個是燒水,而電視和燒水是兩個獨立的客體,它們是同時進(jìn)行的。其中燒水需要10分鐘,但不需要了解燒水的過程,只需要得到水燒開的這樣一個結(jié)果就行了,提下水壺和關(guān)閉煤氣只需要幾秒的時間而已。所以我們采取的辦法就是:燒水的時候,定上一個鬧鐘,定時10分鐘,然后我就可以安心看電視了。當(dāng)10分鐘時間到了,鬧鐘響了,此刻水也燒開了,我就過去把煤氣滅掉,然后繼續(xù)回來看電視就可以了。

這個場景和單片機有什么關(guān)系呢?

在單片機的程序處理過程中也有很多類似的場景,當(dāng)單片機正在專心致志的做一件事情(看電視)的時候,總會有一件或者多件緊迫或者不緊迫的事情發(fā)生,需要我們?nèi)リP(guān)注,有一些需要我們停下手頭的工作去馬上去處理(比如水開了),只有處理完了,才能回頭繼續(xù)完成剛才的工作(看電視)。這種情況下單片機的中斷系統(tǒng)就該發(fā)揮它的強大作用了,合理巧妙的利用中斷,不僅可以使我們獲得處理突發(fā)狀況的能力,而且可以使單片機能夠“同時”完成多項任務(wù)。

1.5.2定時器中斷的應(yīng)用

在第五章我們學(xué)過了定時器,而實際上定時器一般用法都是采取中斷方式來做的,我是故意在第五章用查詢法,就是使用if(TF0==1)這樣的語句先用定時器,目的是明確告訴同學(xué)們,定時器和中斷不是一回事,定時器是單片機模塊的一個資源,確確實實存在的一個模塊,而中斷,是單片機的一種運行機制。尤其是初學(xué)者們,很多人會誤以為定時器和中斷是一個東西,只有定時器才會觸發(fā)中斷,但實際上很多事件都會觸發(fā)中斷的,除了“燒水”,還有“有人按門鈴”,“來電話了”等等。

標(biāo)準(zhǔn)51單片機中控制中斷的寄存器有兩個,一個是中斷使能寄存器,另一個是中斷優(yōu)先級寄存器,這里先介紹中斷使能寄存器,如表6-1和表6-2所示。隨著一些增強型51單片機的問世,可能會有增加的寄存器,大家理解了我們這里所講的,其它的通過自己研讀數(shù)據(jù)手冊就可以理解明白并且用起來了。

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這個家伙好懶,什么都沒留下回復(fù)編輯
金沙灘工作室

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發(fā)表于 2014-6-9 08:47:22
2#

表6-1IE——中斷使能寄存器的位分配(地址0xA8、可位尋址)

7

6

5

4

3

2

1

0

符號

EA

--

ET2

ES

ET1

EX1

ET0

EX0

復(fù)位值

0

--

0

0

0

0

0

0

表6-2IE——中斷使能寄存器的位描述

符號

描述

7

EA

總中斷使能位,相當(dāng)于總開關(guān)

6

--

--

5

ET2

定時器2中斷使能

4

ES

串口中斷使能

3

ET1

定時器1中斷使能

2

EX1

外部中斷1使能

1

ET0

定時器0中斷使能

0

EX0

外部中斷0使能

中斷使能寄存器IE的位0~5控制了6個中斷使能,而第6位沒有用到,第7位是總開關(guān)??傞_關(guān)就相當(dāng)于我們家里或者學(xué)生宿舍里的那個電源總閘門,而0~5位這6個位相當(dāng)于每個分開關(guān)。那么也就是說,我們只要用到中斷,就要寫EA=1這一句,打開中斷總開關(guān),然后用到哪個分中斷,再打開相對應(yīng)的控制位就可以了。

我們現(xiàn)在就把前面的數(shù)碼管動態(tài)顯示的程序改用中斷再實現(xiàn)出來,同時數(shù)碼管顯示抖動和“鬼影”也一并處理掉了。程序運行的流程跟圖6-1所示的流程圖是基本一致的,但因為加入了中斷,所以整個流程被分成了兩部分,秒計數(shù)和轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管顯示字符的部分還留在主循環(huán)內(nèi),而動態(tài)掃描部分則移到了中斷函數(shù)內(nèi),并加入了消隱的處理。下面來看程序:

#include

sbitADDR0=P1^0;

sbitADDR1=P1^1;

sbitADDR2=P1^2;

sbitADDR3=P1^3;

sbitENLED=P1^4;

unsignedcharcodeLedChar[]={//數(shù)碼管顯示字符轉(zhuǎn)換表

0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8,

0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E

};

unsignedcharLedBuff[6]={//數(shù)碼管顯示緩沖區(qū),初值0xFF確保啟動時都不亮

0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF

};

unsignedchari=0;//動態(tài)掃描的索引

unsignedintcnt=0;//記錄T0中斷次數(shù)

voidmain()

{

unsignedlongsec=0;//記錄經(jīng)過的秒數(shù)

EA=1;//使能總中斷

ENLED=0;//使能U3,選擇控制數(shù)碼管

ADDR3=1;//因為需要動態(tài)改變ADDR0-2的值,所以不需要再初始化了

TMOD=0x01;//設(shè)置T0為模式1

TH0=0xFC;//為T0賦初值0xFC67,定時1ms

TL0=0x67;

ET0=1;//使能T0中斷

TR0=1;//啟動T0

while(1)

{

if(cnt>=1000)//判斷T0溢出是否達(dá)到1000次

{

cnt=0;//達(dá)到1000次后計數(shù)值清零

sec++;//秒計數(shù)自加1

//以下代碼將sec按十進(jìn)制位從低到高依次提取并轉(zhuǎn)為數(shù)碼管顯示字符

LedBuff[0]=LedChar[sec%10];

LedBuff[1]=LedChar[sec/10%10];

LedBuff[2]=LedChar[sec/100%10];

LedBuff[3]=LedChar[sec/1000%10];

LedBuff[4]=LedChar[sec/10000%10];

LedBuff[5]=LedChar[sec/100000%10];

}

}

}

/*定時器0中斷服務(wù)函數(shù)*/

voidInterruptTimer0()interrupt1

{

TH0=0xFC;//重新加載初值

TL0=0x67;

cnt++;//中斷次數(shù)計數(shù)值加1

//以下代碼完成數(shù)碼管動態(tài)掃描刷新

P0=0xFF;//顯示消隱

switch(i)

{

case0:ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[0];break;

case1:ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=1;i++;P0=LedBuff[1];break;

case2:ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[2];break;

case3:ADDR2=0;ADDR1=1;ADDR0=1;i++;P0=LedBuff[3];break;

case4:ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[4];break;

case5:ADDR2=1;ADDR1=0;ADDR0=1;i=0;P0=LedBuff[5];break;

default:break;

}

}

大家可以先把程序抄下來,編譯下載到單片機里運行,看看實際效果。是否可以看到,近乎完美的顯示效果經(jīng)過我們的努力終于做成功了。下面我們還要再來解析一下這個程序。

在這個程序中,有兩個函數(shù),一個是主函數(shù),一個是中斷服務(wù)函數(shù)。主函數(shù)main()我們就不用說了,重點強調(diào)一下中斷服務(wù)函數(shù),它的書寫格式是固定的,首先中斷函數(shù)前邊void表示函數(shù)返回空,即中斷函數(shù)不返回任何值,函數(shù)名是InterruptTimer0(),這個函數(shù)名在符合函數(shù)命名規(guī)則的前提下可以隨便取,我們?nèi)∵@個名字是為了方便區(qū)分和記憶,而后是interrupt這個關(guān)鍵字,一定不能錯,這是中斷特有的關(guān)鍵字,另外后邊還有個數(shù)字1,這個數(shù)字1怎么來的呢?我們先來看表6-3。

表6-3中斷查詢序列

中斷

函數(shù)編號

中斷名稱

中斷

標(biāo)志位

中斷

使能位

中斷

向量地址

默認(rèn)

優(yōu)先級

0

外部中斷0

IE0

EX0

0x0003

1(最高)

1

T0中斷

TF0

ET0

0x000B

2

2

外部中斷1

IE1

EX1

0x0013

3

3

T1中斷

TF1

ET1

0x001B

4

4

UART中斷

TI/RI

ES

0x0023

5

5

T2中斷

TF2/EXF2

ET2

0x002B

6

這個表格同樣不需要大家記住,需要的時候過來查就可以了。我們現(xiàn)在看第二行的T0中斷,要使能這個中斷那么就要把它的中斷使能位ET0置1,當(dāng)它的中斷標(biāo)志位TF0變?yōu)?時,就會觸發(fā)T0中斷了,那么這時就應(yīng)該來執(zhí)行中斷函數(shù)了,單片機又怎樣找到這個中斷函數(shù)呢?靠的就是中斷向量地址,所以interrupt后面中斷函數(shù)編號的數(shù)字x就是根據(jù)中斷向量得出的,它的計算方法是x*8+3=向量地址。當(dāng)然表中都已經(jīng)給算好放在第一欄了,我們可以直接查出來用就行了。到此為止,中斷函數(shù)的命名規(guī)則我們就都搞清楚了。

中斷函數(shù)寫好后,每當(dāng)滿足中斷條件而觸發(fā)中斷后,系統(tǒng)就會自動來調(diào)用中斷函數(shù)。比如我們上面這個程序,平時一直在主程序while(1)的循環(huán)中執(zhí)行,假如程序有100行,當(dāng)執(zhí)行到50行時,定時器溢出了,那么單片機就會立刻跑到中斷函數(shù)中執(zhí)行中斷程序,中斷程序執(zhí)行完畢后再自動返回到剛才的第50行處繼續(xù)執(zhí)行下面的程序,這樣就保證了動態(tài)顯示間隔是固定的1ms,不會因為程序執(zhí)行時間不一致的原因?qū)е聰?shù)碼管顯示的抖動了。

1.1.1中斷的優(yōu)先級

中斷優(yōu)先級的內(nèi)容,大家先通過我的介紹大概了解一下即可,后邊實際應(yīng)用的時候我們再詳細(xì)理解。

在講中斷產(chǎn)生背景的時候,我們僅僅講了看電視和燒水的例子,但是實際生活當(dāng)中還有更復(fù)雜的,比如我正在看電視,這個時候來電話了,我要進(jìn)入接電話的“中斷”程序當(dāng)中去,就在接電話的同時,聽到了水開的聲音,水開的“中斷”也發(fā)生了,我們就必須要放下手上的電話,先把煤氣關(guān)掉,然后再回來聽電話,最后聽完了電話再看電視,這里就產(chǎn)生了一個優(yōu)先級的問題。

還有一種情況,我們在看電視的時候,這個時候聽到水開的聲音,水開的“中斷”發(fā)生了,我們要進(jìn)入關(guān)煤氣的“中斷”程序當(dāng)中,而在關(guān)煤氣的同時,電話聲音響了,而這個時候,我們的處理方式是先把煤氣關(guān)閉,再去接聽電話,最后再看電視。

從這兩個過程中,我們可以得到一個結(jié)論,就是最最緊急的事情,一旦發(fā)生后,我們不管當(dāng)時處在哪個“程序”當(dāng)中,我們必須先去處理最最緊急的事情,處理完畢后再去解決其它事情。在我們的單片機程序當(dāng)中有時候也是這樣的,有一般緊急的中斷,有特別緊急的中斷,這取決于具體的系統(tǒng)設(shè)計,這就涉及到中斷優(yōu)先級和中斷嵌套的概念,在本章節(jié)我們先簡單介紹一下相關(guān)寄存器,不做例程說明。

中斷優(yōu)先級有兩種,一種是搶占優(yōu)先級,一種是固有優(yōu)先級,先介紹搶占優(yōu)先級。來看表6-4和表6-5。

表6-4IP——中斷優(yōu)先級寄存器的位分配(地址0xB8、可位尋址)

7

6

5

4

3

2

1

0

符號

--

--

PT2

PS

PT1

PX1

PT0

PX0

復(fù)位值

--

--

0

0

0

0

0

0

表6-5IP——中斷優(yōu)先級寄存器的位描述

符號

描述

7

--

保留

6

--

保留

5

PT2

定時器2中斷優(yōu)先級控制位

4

PS

串口中斷優(yōu)先級控制位

3

PT1

定時器1中斷優(yōu)先級控制位

2

PX1

外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位

1

PT0

定時器0中斷優(yōu)先級控制位

0

PX0

外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位

IP這個寄存器的每一位,表示對應(yīng)中斷的搶占優(yōu)先級,每一位的復(fù)位值都是0,當(dāng)我們把某一位設(shè)置為1的時候,這一位的優(yōu)先級就比其它位的優(yōu)先級高了。比如我們設(shè)置了PT0位為1后,當(dāng)單片機在主循環(huán)或者任何其它中斷程序中執(zhí)行時,一旦定時器T0發(fā)生中斷,作為更高的優(yōu)先級,程序馬上就會跑到T0的中斷程序中來執(zhí)行。反過來,當(dāng)單片機正在T0中斷程序中執(zhí)行時,如果有其它中斷發(fā)生了,還是會繼續(xù)執(zhí)行T0中斷程序,直到把T0中的中斷程序執(zhí)行完畢以后,才會去執(zhí)行其它中斷程序。

當(dāng)進(jìn)入低優(yōu)先級中斷中執(zhí)行時,如又發(fā)生了高優(yōu)先級的中斷,則立刻進(jìn)入高優(yōu)先級中斷執(zhí)行,處理完高優(yōu)先級級中斷后,再返回處理低優(yōu)先級中斷,這個過程就叫做中斷嵌套,也稱為搶占。所以搶占優(yōu)先級的概念就是,優(yōu)先級高的中斷可以打斷優(yōu)先級低的中斷的執(zhí)行,從而形成嵌套。當(dāng)然反過來,優(yōu)先級低的中斷是不能打斷優(yōu)先級高的中斷的。

那么既然有搶占優(yōu)先級,自然就也有非搶占優(yōu)先級了,也稱為固有優(yōu)先級。在表6-3中的最后一列給出的就是固有優(yōu)先級,請注意,在中斷優(yōu)先級的編號中,一般都是數(shù)字越小優(yōu)先級越高。從表中可以看到一共有1~6共6級的優(yōu)先級,這里的優(yōu)先級與搶占優(yōu)先級的一個不同點就是,它不具有搶占的特性,也就是說即使在低優(yōu)先級中斷執(zhí)行過程中又發(fā)生了高優(yōu)先級的中斷,那么這個高優(yōu)先級的中斷也只能等到低優(yōu)先級中斷執(zhí)行完后才能得到響應(yīng)。既然不能搶占,那么這個優(yōu)先級有什么用呢?

答案是多個中斷同時存在時的仲裁。比如說有多個中斷同時發(fā)生了,當(dāng)然實際上發(fā)生這種情況的概率很低,但另外一種情況就常見的多了,那就是出于某種原因我們暫時關(guān)閉了總中斷,即EA=0,執(zhí)行完一段代碼后又重新使能了總中斷,即EA=1,那么在這段時間里就很可能有多個中斷都發(fā)生了,但因為總中斷是關(guān)閉的,所以它們當(dāng)時都得不到響應(yīng),而當(dāng)總中斷再次使能后,它們就會在同時請求響應(yīng)了,很明顯,這時也必需有個先后順序才行,這就是非搶占優(yōu)先級的作用了——如表6-3中,誰優(yōu)先級最高先響應(yīng)誰,然后按編號排隊,依次得到響應(yīng)。

搶占優(yōu)先級和非搶占優(yōu)先級的協(xié)同,可以使單片機中斷系統(tǒng)有條不紊的工作,既不會無休止的嵌套,又可以保證必要時緊急任務(wù)得到優(yōu)先處理。在后續(xù)的學(xué)習(xí)過程中,中斷系統(tǒng)會與我們?nèi)缬半S形,處處都有它的身影,隨著學(xué)習(xí)的深入,相信你對它的理解也會更加的深入。

1.1練習(xí)題

1、掌握C語言數(shù)組的概念、定義和應(yīng)用。

2、掌握if語句和switch語句的用法及區(qū)別,編程的時候能夠正確選擇使用哪個語句。

3、徹底理解中斷的原理和應(yīng)用方法,關(guān)閉教程自己獨立把本章節(jié)程序編寫完畢并且下載到實驗板上實踐。

4、嘗試修改程序,讓我們的數(shù)碼管只顯示有效位,也就是高位的0不顯示。

5、嘗試寫一個從999999開始倒計時的程序,并且改用定時器T1的中斷來完成,通過寫這個程序,熟練掌握定時器和中斷的應(yīng)用。




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