51单片机之感应开盖垃圾桶
目录
定时器
晶振
时钟周期
机械周期
每经过一个机械周期经过多长时间
定时器和计数器的区别
定时器相关寄存器
定时10ms，相关寄存器的配置
单片机中断
什么是中断
中断源
中断优先级
中断函数
中断嵌套
中断相关寄存器
PWM信号
超声波（HC-SR04）测距
感应开盖垃圾桶
思路
代码实现
定时器
晶振
晶体震荡器，又称数字电路的“心脏”，是各种电子产品里面必不可少的频率元器件。数字电路的所有工作都离不开时钟，晶振的好坏、晶振电路设计的好坏，会影响到整个系统的稳定性。
时钟周期
时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单 位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟周期是一个时间的量。更小的时钟周 期就意味着更高的工作频率。
机械周期
机器周期也称为CPU周期。在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶 段（如取指、译码、执行等），每一阶段完成一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为 机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个时钟周期组成。
每经过一个机械周期经过多长时间
以晶振频率11.0592MHZ为例，时钟周期为晶振的倒数，即1/1105920000秒 
- 如果是12T模式，机械周期 = 12 X 时钟周期，即12/11059200000秒 = 1.085微秒
- 如果是6T模式，机械周期 = 6 X 时钟周期，即6/11059200000秒 = 0.5425微秒
定时器和计数器的区别
51单片机中的定时器和计数器使用同一个硬件电路，通过修改寄存器的配置来将该硬件电路变成定时器或者计数器。
- 当配置成定时器时，每经过一个机械周期，计数存储器的值加1，C51有两个定时器T0和T1。
- 当配置成计数器时，每来一个负跳变信号（高电平跳到低电平），计数存储器的值加1。
定时器相关寄存器
定时器计时（TH和TL寄存器）
- 当定时器的TH寄存器和TL寄存器都用起来，即一共有16位，那么该定时器最多数2^16 = 65536下，即大概65536*1.085微秒 = 71毫秒，也就是说定时器T0或者定时器T1最多定时71毫秒。
- 如现在需要使用定时器0定时10毫秒，怎么配置寄存器TH0和TL0，只需要配置TH0 = 0xDC , TL0 = 0x00。
定时器控制寄存器（TCON寄存器）
以定时器0和外部中断0为例
- TF标志位：当定时器0爆表后（即定时结束后），TF标志位，TF0会置1（TF0 = 1），此时会向CPU请求中断，如果中断条件允许的话就执行外部中断0，执行完中断后，TF0会硬件置0（TF = 0），当我们不想它执行中断就可以软件置0，即手动将TF0置0（TF =0）。
- TR标志位：当TR0 =1 时，定时器0才1会允许计数，即开始计时，当TR0 = 0时，不允许定时器0进行计数。
- IE标志位：当IE0 = 1时，会向CPU请求外部中断0，当CPU响应外部中断0后会将IE0硬件置零（IE0 = 0）。
- IT标志位：当IT0 = 1时，低电平触发外部中断0；当IT0 = 0时，下降沿触发外部中断0。
定时器模式寄存器（TMOD寄存器）
以定时器0为例
- GATE标志位：一般为0，GATE = 0时，当TR0 = 0时，定时器0开始计数。
- C/T标志位：一般为0，C/T为0时，让定时器0作为定时器
- M1、M0标志位：一般为0、1，16位定时器，TL0和TH0两个寄存器都使用。
通过定时器0，让蜂鸣器叫一秒，不叫一秒，定时器0爆表后，不执行中断
#include "reg52.h"
sbit buzzer = P1^2;
void main()
{
int cnt = 0;
buzzer = 1;
TMOD = 0x01; //设置定时器0为16为计时模式
//设置定时器0定时时间为10ms
TH0 = 0xDC;
TL0 = 0x00;
TR0 = 1; //定时器0开始计时
TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断
while(1){
//当定时器0爆表时
if(TF0 == 1){
TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断
cnt++;
TH0 = 0xDC;
TL0 = 0x00;
if(cnt == 100){
cnt = 0;
buzzer = !buzzer;
}
}
}
}定时10ms，相关寄存器的配置
AUXR寄存器
单片机中断
什么是中断
- 当中央处理机CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理完以后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。
- 实现这种功能的部件称为中断系统。
- 请示CPU中断的请求源称为中断源。
- CPU总是先响应优先级别最高的中断请求。
中断源
中断优先级
中断函数
中断嵌套
当CPU正在处理一个中断源请求的时候(执行相应的中断服务程序)，发生了另外一个优先级比它还高的中断源请求。如果CPU能够暂停对原来中断源的服务程序，转而去处理优先级更高的中断请求源，处理完以后，再回到原低级中断服务程序，这样的过程称为中断嵌套。
中断相关寄存器
中断允许寄存器（IE寄存器）
辅助中断控制寄存器（XICON寄存器）
中断优先级控制寄存器高（IPH寄存器）
中断优先级控制寄存器低（IP寄存器）
对于XICON寄存器、IP寄存器、IPE寄存器可配置的一些功能
- IPH寄存器的位PX3H和XICON寄存器的位PX3可控制外部中断3的优先级
- IPH寄存器的位PX2H和XICON寄存器的位PX2可控制外部中断2的优先级
- IPH寄存器的位PX1H和IP寄存器的位PX1可控制外部中断1的优先级
- IPH寄存器的位PX0H和IP寄存器的位PX0可控制外部中断0的优先级
- IPH寄存器的位PSH和IP寄存器的位PS可控制串口1的优先级
- IPH寄存器的位PTH2和IP寄存器的位PT2可控制定时器2的优先级
- IPH寄存器的位PTH1和IP寄存器的位PT1可控制定时器1的优先级
- IPH寄存器的位PTH0和IP寄存器的位PT0可控制定时器0的优先级
通过定时器0和外部中断0，让蜂鸣器叫一秒，不叫一秒，定时器0爆表后，执行外部中断0
#include "reg52.h"
#include
sbit buzzer = P1^2;
int cnt = 0;
void timer0Init()
{
TMOD = 0x01; //设置定时器0为16为计时模式
//设置定时器0定时时间为10ms
TH0 = 0xDC;
TL0 = 0x00;
TR0 = 1; //定时器0开始计时
TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断
ET0 = 1; //定时器0中断开关
EA = 1; //总中断开关
}
void Delay300ms() //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
i = 3;
j = 26;
k = 223;
do
{
do
{
while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}
void main()
{
buzzer = 1;
timer0Init()
while(1);
}
//定时器0的中断函数
void Time0Handler() interrupt 1
{
cnt++;
TH0 = 0xDC;
TL0 = 0x00;
if(cnt == 100){
buzzer = !buzzer;
cnt = 0;
}
} PWM信号
PWM，英文名Pulse Width Modulation，是脉冲宽度调制缩写，它是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形（包含形状以及幅值），对模拟信号电平进行数字编码，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化，占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的
时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比就是50%。
- PWM是脉冲宽度调制。
- 通过调节占空比来调节信号。
- 一个周期内，高电平占据的时长的百分比称为占空比。
软件模拟pwm波驱动sg90舵机转动不同角度，驱动sg90舵机时，PWM信号的频率不能太高，大概为50HZ，即0.02s（20ms）左右。
- 0.5ms--->舵机转动45°，即占空比为2.5%。、
- 1.0ms--->舵机转动90°，即占空比为5.0%。
- 1.5ms--->舵机转动135°，即占空比为7.5%。
- 2.0ms--->舵机转动45°，即占空比为10.0%。
- 2.5ms--->舵机转动180°，即占空比为12.5%。
#include "reg52.h"
#include
sbit sg90 = P1^2;
int angle;
int cnt;
void timer0Init()
{
TMOD = 0x01; //设置定时器0为16为计时模式
//设置定时器0定时时间为0.5ms
TH0 = 0xFE;
TL0 = 0x33;
TR0 = 1; //定时器0开始计时
TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断
ET0 = 1; //定时器0中断开关
EA = 1; //总中断开关
}
void Delay300ms() //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
i = 3;
j = 26;
k = 223;
do
{
do
{
while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}
void Delay1000ms() //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
i = 8;
j = 1;
k = 243;
do
{
do
{
while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}
void main()
{
Delay300ms();
timer0Init();
angle = 1; //设置舵机转动角度45°
cnt = 0;
sg90 = 1;
while(1){
angle = 3; //设置舵机转动角度135°
cnt = 0;
Delay1000ms();
angle = 1; //设置舵机转动角度45°
cnt = 0;
Delay1000ms();
}
}
//定时器0的中断函数
void Time0Handler() interrupt 1
{
TH0 = 0xFE;
TL0 = 0x33;
//控制占空比
if(cnt < angle){
sg90 = 1;
}else{
sg90 = 0;
}
cnt++;
if(cnt == 40){ //每个周期为20ms
cnt = 0;
sg90 = 1;
}
} 超声波（HC-SR04）测距
超声波时序图
- 发送超声波：当Trig引脚接收到一个10微秒以上的高电平后开始发送超声波，当开始发送超声波后，Echo引脚会从低电平跳转到高电平。
- 接收超声波：当发出去的超声波返回来并被接收后，Echo引脚会从高电平跳转到低电平。
- 超声波从发出到被接收的时间：Echo持续高电平的时间，当超声波发出去的瞬间启动定时器，超声波被接收的瞬间停止定时器，查看中间经过的时间。
- 测距：距离 = 声音速度（340m/s）* 时间 / 2，除以2是因为超声波经过了两倍距离。
超声波测距，距离少过10cm时，蜂鸣器叫，距离超过10cm时，蜂鸣器不叫
#include "reg52.h"
#include
sbit buzzer = P1^4;
sbit Trig = P1^2;
sbit Echo = P1^3;
void Delay15us() //@11.0592MHz
{
unsigned char i;
i = 4;
while (--i);
}
void timer1Init()
{
TMOD = 0x10;
TH1 = 0x00;
TL1 = 0x00;
TF1 = 0;
}
void ultrasonicStart()
{
Trig = 0;
Trig = 1;
Delay15us();
Trig = 0;
}
void main()
{
double time = 0;
double distance = 0;
timer1Init();
while(1){
ultrasonicStart();
while(Echo == 0); //当Echo引脚从低电平跳到高电平时开启定时器1
TR1 = 1;
while(Echo == 1); //当Echo引脚从高电平跳到低电平时关闭定时器1
TR1 = 0;
time = (TH1*256 + TL1) * 1.085; //微秒
/*
定时器16位全用时:
高八位TH寄存器每加次1，计数存储器的值就加256;
低八位TL寄存器每次加1，计数存储器的值就加1;
计数存储器的值每次加1时，就经过了一个机械周期(经过时间1.085微秒)
*/
distance = time * 0.017; //CM
if(distance < 10){
buzzer = 0;
}else{
buzzer = 1;
}
//定时器1清0
TH1 = 0x00;
TL1 = 0x00;
}
} 感应开盖垃圾桶
思路
当检测到有人靠近垃圾桶时，垃圾桶通过sg90舵机开盖，并让蜂鸣器叫一秒，三秒后关盖。当发生垃圾桶震动时， 垃圾桶通过sg90舵机开盖，并让蜂鸣器叫一秒，三秒后关盖。（舵机的软件PWM用定时器0实现，超声波的距离检测用定时器1实现，震动传感器用外部中断1实现）
代码实现
#include "reg52.h"
#include
sbit Trig = P1^5;
sbit Echo = P1^6;
sbit sg90 = P1^1;
sbit vibrate = P3^2;
sbit buzzer = P3^1;
int angle;
int angleBack;
int cnt = 0;
int markVibrate = 0;
void Delay100ms() //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j;
i = 180;
j = 73;
do
{
while (--j);
} while (--i);
}
void Delay500ms() //@11.0592MHz
{
unsigned char i, j, k;
_nop_();
i = 4;
j = 129;
k = 119;
do
{
do
{
while (--k);
} while (--j);
} while (--i);
}
void Delay10us() //@11.0592MHz
{
unsigned char i;
i = 2;
while (--i);
}
void interrupt0Init()
{
EX0 = 1; //外部中断0中断开关
IT0 = 0; //外部中断0为低电平触发
}
void timer0Init()
{
//设置定时器0为16为计时模式
TMOD &=0xF0;
TMOD |=0x01;
//设置定时器0定时时间为0.5ms
TH0 = 0xFE;
TL0 = 0x33;
TR0 = 1; //定时器0开始计时
TF0 = 0; //不执行定时器0爆表时导致的中断
ET0 = 1; //定时器0中断开关
EA = 1; //总中断开关
}
void timer1Init()
{
//设置定时器1为16为计时模式
TMOD &= 0x0F;
TMOD |= 0x10;
TH1 = 0x00;
TL1 = 0x00;
TF1 = 0; //定时器1中断开关
}
void ultrasonicStart()
{
Trig = 0;
Trig = 1;
Delay10us();
Trig = 0;
}
double getDistance()
{
double time = 0;
//定时器1清0
TH1 = 0x00;
TL1 = 0x00;
ultrasonicStart();
while(Echo == 0); //当Echo引脚从低电平跳到高电平时开启定时器1
TR1 = 1;
while(Echo == 1); //当Echo引脚从高电平跳到低电平时关闭定时器1
TR1 = 0;
time = (TH1*256 + TL1) * 1.085; //微秒
return (time * 0.017);
}
void sg90Init()
{
angle = 1; //设置舵机转动角度45°
cnt = 0;
sg90 = 1;
}
//开盖
void openLib()
{
angle = 4; //设置舵机转动角度135°
if(angleBack != angle){
cnt = 0;
buzzer = 0;
Delay500ms();
buzzer = 1;
}
angleBack = angle;
}
//关盖
void closeLib()
{
angle = 1; //设置舵机转动角度45°
if(angleBack != angle){
cnt = 0;
}
angleBack = angle;
Delay100ms();
}
void main()
{
double distance = 0;
timer0Init();
timer1Init();
interrupt0Init();
sg90Init();
while(1){
//超声波测距
distance = getDistance();
if(distance < 10 || markVibrate == 1){
openLib();
markVibrate = 0;
}else{
closeLib();
}
}
}
//定时器0的中断函数
void Time0Handler() interrupt 1
{
TH0 = 0xFE;
TL0 = 0x33;
//控制占空比
if(cnt < angle){
sg90 = 1;
}else{
sg90 = 0;
}
cnt++;
if(cnt == 40){ //每个周期为20ms
cnt = 0;
sg90 = 1;
}
}
void Int0_Routine() interrupt 0
{
markVibrate = 1;
}