蓝桥杯单片机学习笔记02

1.51单片机的中断系统

        在接下来的学习中，将会介绍定时器、串口通信等外设的基本使用，而这些外设的使用都要涉及中断，而且中断是单片机开发中一个相当重要的概念。不能掌握中断系统，就无法灵活应用这些外设。

1.什么是中断

        你正在追电视剧，正看得入迷的时候，电话响了，你暂停电视剧，去接电话，在接电话的过程中，门铃又响了，你暂时放下电话，去把门打开。如果追电视剧是在执行主程序，那么电话就是中断源，电话铃响了就是中断请求，暂停电视就是现场保护，接电话就是中断响应，门铃响了是更高一级的中断请求，去把门打开，那就是中断嵌套。开完门回来接着聊电话，那是中断返回，接完电话把电视剧暂停打开是现场恢复。

        内核与外设之间的主要交互方式有两种：轮询和中断。轮询的方式看似公平，但实际的工作效率很低，且不能及时响应紧急事件；而中断系统使得内核具备了应对突发事件的能力。

        中断有个特点，就是你不知道什么时候中断发生。因此，每个中断都需要有一个中断入口地址，也称为中断向量。这样，不管中断在什么时候发生，它都有一个确定的程序执行起始点。中断响应之后，执行的那段程序，我们称作中断服务函数，也就是这个函数专门是为该中断服务的。

2.关于51单片机的中断系统

        一般来说，51单片机有5个中断源（忽略定时/计数器2），分两个优先级，这5个中断源按照自然优先级从高到低依次为：

        外部中断0：INT0

        定时/计数器0：TF0

        外部中断1：INT1

        定时/计数器1：TF1

        串口中断：RI/TI

        下面一图将充分说明51单片机的中断系统结构：

        每个中断源都对应着一个固定的入口地址，也就是中断向量，它们依次是：

        0        0x0003：        INT0

        1        0x000B：        TF0

        2        0x0013：        INT1

        3        0x001B：        TF1

        4        0x0023：        RI/TI

        也就是说，不管主程序执行到什么地方，只要外部中断1产生请求，内核要响应该中断，就会到0x0013这个地址去执行代码。如果你是使用汇编语言进行程序开发，需要记住每个中断源对应的地址；如果使用的是c语言，只需要记住中断源的顺序就可以了，也就是最左边的中断号。

3.中断相关的寄存器

        中断相关的寄存器有4个，每个寄存器都是可以位寻址的，这给编程带来了方便。其中2个为控制寄存器，IE寄存器与IP寄存器：

        另外2个为中断请求标志：TCON寄存器与SCON寄存器：

4.关于中断服务函数程序的编写

        一般情况下。中断的处理函数有两个，其一为中断初始化函数，其二为中断服务函数。初始化函数就是一个普通的函数，而中断服务函数却有特殊的格式要求：

        1.中断函数没有返回值，也不能带参数。

        2.函数名之后要跟一个关键字interrupt，说明这是一个中断服务函数。

        3.在关键字interrupt后面要跟上中断号，说明这个中断服务函数是为哪个中断服务的。

        中断服务函数的格式为：
        void        函数名()        interrupt        中断号

        {        函数体        }

        如果我们要利用定时器0进行间隔定时，中断程序架构我们可以这样写：

2.定时器的基本原理和应用

1.什么是定时/计数器

        定时/计数器，是一种能够对内部时钟信号或外部输入信号进行计数，当计数值达到设定要求时，向CPU提出中断处理请求，从而实现定时或者计数功能的外设。定时/计数器的最基本工作原理是进行计数。作为定时器时，计数信号的来源选择周期性的内部时钟脉冲；用作计数器时，计数信号的来源选择非周期性的外部输入信号。

        不管是定时器还是计数器，本质上都是计数器。

2.51单片机的定时/计数器

        51单片机有两个定时/计数器T0和T1，为16位加法计数器，由低8位TLx和高8位THx两个寄存器组成，最大计数值为65535个计数脉冲。

        该加1计数器的计数脉冲来源有两个：

       <1> 系统时钟振荡器输出的12分频。
       <2> T0或T1引脚输入的外部脉冲信号。
        每接收到一个计数脉冲，计数器就会加1，当计数值累计至全为1时（8位255，13位8191，16位65535），再输入一个计数脉冲，计数器便会溢出回零，并且计数器的溢出是TCON寄存器的TF0或TF1位置1，同时向内核提出中断请求。如果定时/计数器工作于定时模式，则表示间隔定时时间到，如果工作与计数模式，则表示计数值已满。
        假设单片机的外部晶振为12MHz，那么，经过12分频后输入计数器的计数脉冲为1MHz，即每个脉冲的周期为1us。因此定时器T0的16位工作模式最大的定时时间为65535us，65.5ms。如果要定时10ms的话，计数器就不能够从0开始计数了，必须给它一个计数初值。怎么计算这个初值呢？
        要定时10ms，则相当于计数10000个脉冲后计数器的值就到达65535了，那么开始计数的这个地方就是计数初值。

         65535 - 10000 = 55535 = 0xd8ef
         把这个计算得到的初值写入TH0和TL0寄存器即可：
         TH0 = 0xd8；或者 TH0 = (65535 - 10000) / 256;
         TL0 = 0xef; 或者  TL0 = (65535 - 10000) % 256;

3.定时/计数器相关的寄存器

        与定时/计数器相关的寄存器除了计数初值寄存器THx和TLx之外，就是TMOD寄存器和TCON寄存器。

        1.TMOD模式控制寄存器，不能进行位寻址，只能字节操作。

        2.TCON中断标志寄存器

4.定时/计数器的编程思路

        在定时/计数器的程序设计中，通常有两个函数：初始化函数和中断服务函数。

        在初始化函数中，一般需要进行以下几个配置：
            <1> 配置工作模式，即对TMOD寄存器编程。
            <2> 计算技术初值，即对THx和TLx寄存器进行赋值。
            <3> 使能定时/计数器中断，即ET0或ET1置1。
            <4> 打开总中断，即EA =1。
            <5> 启动定时器，即TR0或TR1置1。
        在中断服务函数中，一般需要进行以下的编程：
            <1> 如果不是自动重装模式，需要对THx和TLx重新赋值。
            <2> 进行间隔定时到达的逻辑处理（越少越好）。

        其程序框架和代码编写基本上差不多：

3.串行接口的基本原理与应用

1.串口重要概念概述

    <1> 串行通信是指数据一位接一位地顺序发送或接收。
    <2> 串行通信有SPI、IIC、UART等多种，最常见最通用的是指UART。
    <3> 串行通信的制式有：单工、半双工、全双工三种。
    <4> 计算机的串行通信接口是RS-232的标准接口，而单片机的UART接口则是TTL电平，两者的电气规范不一致，所以要完成两者之间的数据通信，就需要借助接口芯片在两者之间进行电平转换，常用的有MAX232芯片。
    <5> 波特率：每秒钟传输的位数，9600波特率就是指每秒钟传输9600位。
           注意：在51单片机中需要使用定时器1来产生波特率，因此，如果使用串口通信，则定时器1就不能做其他用途，在初始化串行接口模块的时候，除了要配置SCON寄存器之外，还有根据波特率参数设置定时器1的技术初值。

2.51单片机的串口相关寄存器

对于传统的51单片机，与串口相关的寄存器有：
    TH1和TL1：设置波特率参数。
    TMOD：设置定时器1的工作模式。
    SBUF：串行通信数据的发送和接收缓冲器。
    SCON：串行接口控制寄存器。
    在这里主要是掌握SCON，跟串口有关的各种属性都在这个寄存器里进行配置：

3.串口通信的编程思路

在串口通信的程序设计中，主要有串口初始化和数据收发两个部分。
    在初始化函数中，基本步骤如下：
    <1> 设置定时器1的工作模式，也就是对TMOD寄存器赋值。
    <2> 计算波特率参数，并赋值给TH1和TL1寄存器。
    <3> 打开定时器1。
    <4> 设置SCON寄存器。
    <5> 使能串口中断ES。
    <6> 使能总中断EA。
    数据的发送通常采用查询的方式，而数据的接收则采用中断。

        一般情况下，上位机的命令可能不是一个字节，而是多个字节组成的命令帧，有的长度固定，有的长度变化；而且要求返回的数据可能也不是一个字节，可能是一个数组，也有可能是一个字符串等。因此，在串口这一个单元中，必须多加一个强化环境，掌握多字节的数据帧收发应用。