中断是单片机系统重点中的重点，因为有了中断，单片机就具备了快速协调多模块工作的能力，可以完成复杂的任务。本章将首先带领大家学习一些必要的C语言基础知识，然后讲解数码管动态显示的原理，并最终借助于中断系统来完成实用的数码管显示程序。大家对本章节内容要多多研究，要完全掌握并能熟练运用。 本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/201611/318571.htm1.1C语言的数组1.1.1数组的基本概念 第四章已经学过变量的基本类型，比如char、int等等。这种类型描述的都是单个具有特定意义的数据，当我们要处理拥有同类意义但是却包含很多个数据的时候，就可以用到数组了，比如我们上节课那个数码管的真值表，就是用一个数组来表达的。 从概念上讲，数组是具有相同数据类型的有序数据的组合，一般来讲，数组定义后满足以下三个条件。 1、具有相同的数据类型； 2、具有相同的名字； 3、在存储器中是被连续存放的。 比如我们上节课定义的那个数码管真值表，如果我们把关键字code去掉，数组元素将被保存在RAM中，在程序中可读可写，同时我们也可以在中括号里边标明这个数组所包含的元素个数，比如： unsignedcharLedChar[16]={ 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8, 0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E }; 在这个数组中的每个值都称之为数组的一个元素，这些元素都具备相同的数据类型就是unsignedchar型，他们有一个共同的名字LedChar，不管放到RAM中还是FLASH中，他们都是存放在一块连续的存储空间里的。 有一点要特别注意，这个数组一共有16（中括号里面的数值）个元素，但是数组的单个元素的表达方式——下标是从0开始，因此实际上上边这个数组的首个元素LedChar[0]的值是0xC0，而LedChar[15]的值是0x8E，下标从0到15一共是16个元素。 LedChar这个数组只有一个下标，我们称之为一维数组，还有两个下标和多个下标的，我们称之为二维数组和多维数组。比如unsignedchara[2][3];表示这是一个2行3列的二维数组。在大多数情况下我们使用的是一维数组，对于初学来说，我们先来研究一维数组，多维数组等遇到了再来了解。 1.1.2数组的声明 一维数组的声明格式如下： 数据类型数组名[数组长度]; 1、数组的数据类型声明的是该数组的每个元素的类型，即一个数组中的元素具有相同的数据类型。 2、数组名的声明要符合C语言固定的标识符的声明要求，只能由字母、数字、下划线这三种符号组成，且第一个字符只能是字母或者下划线。 3、方括号中的数组长度是一个常量或常量表达式，并且必须是正整数。 1.1.3数组的初始化数组在进行声明的同时可以进行初始化操作，格式如下： 数据类型数组名[数组长度]={初值列表}; 还是以上节课我们用的数码管的真值表为例来讲解注意事项。 unsignedcharLedChar[16]={ 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8, 0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E }; 1、初值列表里的数据之间要用逗号隔开； 2、初值列表里的初值的数量必须等于或小于数组长度，当小于数组长度时，数组的后边没有赋初值的元素由系统自动赋值为0。 3、若给数组的所有元素都赋初值，那么可以省略数组的长度，上节课的例子中我们实际上已经省略了数组的长度。 4、系统为数组分配连续的存储单元的时候，数组元素的相对次序由下标来决定，就是说LedChar[0]、LedChar[1]……LedChar[15]是按照顺序紧挨着依次排下来的。 1.1.4数组的使用和赋值 在C语言程序中，是不能一次使用整个数组的，只能使用数组的单个元素。一个数组元素相当于一个变量，使用数组元素的时候与使用相同数据类型的变量的方法是一样的。比如LedChar这个数组，如果没加code关键字，那么它可读可写，我们可以写成a=LedChar[0]这样来把数组的一个元素的值送个a这个变量，也可以写成LedChar[0]=a这样把a这个变量的值送给数组中的一个元素，以下三点要注意： 1、引用数组的时候，那个方括号里的数字代表的是数组元素的下标，而数组初始化的时候方括号里的数字代表的是这个数组中元素的总数。 2、数组元素的方括号里的下标可以是整型常数，整型变量或者表达式，而数组初始化的时候方括号里的数字必须是常数不能是变量。 3、数组整体赋值只能在初始化的时候进行，程序执行代码中只能对单个元素赋值。 1.2if语句 到目前为止，我们对if语句应该已经不陌生了，前边程序已用过多次了，这里我们系统的介绍一下，方便后边的深入学习。if语句有两个关键字：if和else，把这两个关键字翻译一下就是：“如果”和“否则”。if语句一共有三种格式，我们分别来看。 1、if语句的默认形式： if(条件表达式) { 语句1; } 其执行过程是，if（即如果）条件表达式的值为“真”，则执行语句1；如果条件表达式的值为“假”，则不执行语句1。真和假的概念不再赘述，参考第五章。 这里要提醒大家一点，C语言一个分号表示一条语句的结束，因此如果if后边只有一条执行语句的时候，可以省略大括号，但是如果有多条执行语句的话，必须加上大括号。 那么现在，我们上节课的语句就很好理解了： if(sec>=16) { sec=0; } 当sec的值大于或等于16的时候，括号里的值才是“真”，那么就执行sec=0这一句，当sec的值小于16时，那么括号里就为“假”，就不执行这一句。 2、if...else语句 有些情况下，我们除了要在括号里条件满足时执行相应的语句外，在不满足该条件的时候，也要执行一些另外的语句，这时候就用到了if...else语句，它的基本语法形式是： if(条件表达式) { 语句1; } else { 语句2; } 比如上节课的最后一段程序我们也可以写成： P0=LedChar[sec]; if(sec>=15) { sec=0; } else { Sec++; } 这个程序大家可以修改下载到单片机里验证一下，程序逻辑大家自己动脑筋分析，注意条件表达式内16到15的变化，想一下为什么，我就不多解释了。 3、if....elseif语句 if...esle语句是一个二选一的语句，或者执行if分支后的语句，或者执行else分支后的语句。还有一种多选一的用法就是if...elseif语句。他的基本语法格式是： if(条件表达式1){语句1;} elseif(条件表达式2){语句2;} elseif(条件表达式3){语句3;} ...... else{语句n;} 他的执行过程是：依次判断条件表达式的值，当出现某个值为“真”时，则执行相对应的语句，然后跳出整个if的语句块，执行“语句n”后面的程序；如果所有的表达式都为“假”，则执行else分支的“语句n”后，再执行“语句n”后边的程序。 if语句在C语言编程中使用频率很高，用法也不复杂，所以必须要熟练掌握。 1.3switch语句 用if....else语句在处理多分支的时候，分支太多就会显得不方便，且容易出现if和else配对出现错误的情况，在C语言中提供了另外一种多分支选择的语句——switch语句，它的基本语法格式如下： switch(表达式) { case常量表达式1:语句1; case常量表达式2:语句2; ...... case常量表达式n:语句n; default:语句n+1; } 它的执行过程是：首先计算“表达式”的值，然后从第一个case开始，与“常量表达式x”进行比较，如果与当前常量表达式的值不相等，那么就不执行冒号后边的语句x，一旦发现和某个常量表达式的值相等了，那么它会执行之后所有的语句，如果直到最后一个“常量表达式n”都没有找到相等的值，那么就执行default后的“语句n+1”。请特别注意一点，当找到一个相等的case分支后，会执行该分支以及之后所有分支的语句，很明显这不是我们想要的结果。 在C语言中，有一条break语句，作用是跳出当前的循环语句，包括for循环和while循环，同时，它还能用来结束switch语句块。switch的分支语句一共有n+1种，而我们通常希望的都是选择其中的一个分支来执行，执行完后就结束整个switch语句，而继续执行switch后面的语句，此时就可以通过在每个分支后加上break语句来实现了。如下： switch(表达式) { case常量表达式1:语句1;break; case常量表达式2:语句2;break; ...... case常量表达式n:语句n;break; default:语句n+1;break; } 加了这个break语句后，一旦“常量表达式x”与“表达式”的值相等了，那么就执行“语句x”，执行完毕后，由于有了break则直接跳出switch语句，继续执行switch语句后面的程序了，这样就可以避免执行不必要的语句。了解了这个switch语句后，我们马上会在本章程序中使用巩固它。 1.4数码管的动态显示1.4.1动态显示的基本原理 我们在上一章学习数码管静态显示的时候说到，74HC138只能在同一时刻导通一个三极管，而我们的数码管是靠了6个三极管来控制，那我们如何来让数码管同时显示呢？这就用到了动态显示的概念。 多个数码管显示数字的时候，我们实际上是轮流点亮数码管（一个时刻内只有一个数码管是亮的），利用人眼的视觉暂留现象（也叫余辉效应），就可以做到看起来是所有数码管都同时亮了，这就是动态显示，也叫做动态扫描。 例如：有2个数码管，我们要显示“12”这个数字，先让高位的位选三极管导通，然后控制段选让其显示“1”，延时一定时间后再让低位的位选三极管导通，然后控制段选让其显示“2”。把这个流程以一定的速度循环运行就可以让数码管显示出“12”，由于交替速度非常快，人眼识别到的就是“12”这两位数字同时亮了。 那么一个数码管需要点亮多长时间呢？也就是说要多长时间完成一次全部数码管的扫描呢（很明显：整体扫描时间=单个数码管点亮时间*数码管个数）？答案是：10ms以内。当电视机和显示器还处在CRT（电子显像管）时代的时候，有一句很流行的广告语——“100Hz无闪烁”，没错，只要刷新率大于100Hz，即刷新时间小于10ms，就可以做到无闪烁，这也就是我们的动态扫描的硬性指标。那么你也许会问，有最小值的限制吗？理论上没有，但实际上做到更快的刷新却没有任何进步的意义了，因为已经无闪烁了，再快也还是无闪烁，只是徒然增加CPU的负荷而已（因为1秒内要执行更多次的扫描程序）。所以，通常我们设计程序的时候，都是取一个接近10ms，又比较规整的值就行了。我们开发板上有6个数码管，那么我们现在就来着手写一个数码管动态扫描的程序，实现兼验证上面讲的动态显示原理。 我们的目标还是实现秒表功能，只不过这次有6个位了，最大可以计到999999秒。那么现在要实现的这个程序相对于前几章的例程来说就要复杂的多了，既要处理秒表计数，又要处理动态扫描。在编写这类稍复杂的程序时，建议初学者们先用程序流程图来把程序的整个流程理清，在动手写程序之前先把整个程序的结构框架搭好，把每一个环节要实现的功能先细化出来，然后再用程序代码一步一步的去实现出来。这样就可以避免无处下笔的迷茫感了。如图6-1就是本例的程序流程图，大家先根据流程图把程序的执行经过在大脑里走一遍，然后再看接下来的程序代码，体会一下流程图的作用，看是不是能帮助你更顺畅的理清程序流程。 
图6-1数码管动态显示秒表程序流程图 #include sbitADDR0=P1^0; sbitADDR1=P1^1; sbitADDR2=P1^2; sbitADDR3=P1^3; sbitENLED=P1^4; unsignedcharcodeLedChar[]={//数码管显示字符转换表 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8, 0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E }; unsignedcharLedBuff[6]={//数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF }; voidmain() { unsignedchari=0;//动态扫描的索引 unsignedintcnt=0;//记录T0中断次数 unsignedlongsec=0;//记录经过的秒数 ENLED=0;//使能U3，选择控制数码管 ADDR3=1;//因为需要动态改变ADDR0-2的值，所以不需要再初始化了 TMOD=0x01;//设置T0为模式1 TH0=0xFC;//为T0赋初值0xFC67，定时1ms TL0=0x67; TR0=1;//启动T0 while(1) { if(TF0==1)//判断T0是否溢出 { TF0=0;//T0溢出后，清零中断标志 TH0=0xFC;//并重新赋初值 TL0=0x67; cnt++;//计数值自加1 if(cnt>=1000)//判断T0溢出是否达到1000次 { cnt=0;//达到1000次后计数值清零 sec++;//秒计数自加1 //以下代码将sec按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符 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]; } //以下代码完成数码管动态扫描刷新 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];} } } } 这段程序，大家自己抄到Keil中，然后边抄边结合程序流程图来理解，最终下载到实验板上看一下运行结果。其中下边的if...else语句就是每1ms快速的刷新一个数码管，这样6个数码管整体刷新一遍的时间就是6ms，视觉感官上就是6个数码管同时亮起来了。 在C语言中，“/”等同于数学里的除法运算，而“%”等同于我们小学学的求余数运算，这个前边已有介绍。如果是123456这个数字，我们要正常显示在数码管上，个位显示，就是直接对10取余数，这个“6”就出来了，十位数字就是先除以10，然后再对10取余数，以此类推，就把6个数字全部显示出来了。 对于多选一的动态刷新数码管的方式，我们如果用switch会有更好的效果，大家来看一下我们用switch语句完成的情况。 #include sbitADDR0=P1^0; sbitADDR1=P1^1; sbitADDR2=P1^2; sbitADDR3=P1^3; sbitENLED=P1^4; unsignedcharcodeLedChar[]={//数码管显示字符转换表 0xC0,0xF9,0xA4,0xB0,0x99,0x92,0x82,0xF8, 0x80,0x90,0x88,0x83,0xC6,0xA1,0x86,0x8E }; unsignedcharLedBuff[6]={//数码管显示缓冲区，初值0xFF确保启动时都不亮 0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF,0xFF }; voidmain() { unsignedchari=0;//动态扫描的索引 unsignedintcnt=0;//记录T0中断次数 unsignedlongsec=0;//记录经过的秒数 ENLED=0;//使能U3，选择控制数码管 ADDR3=1;//因为需要动态改变ADDR0-2的值，所以不需要再初始化了 TMOD=0x01;//设置T0为模式1 TH0=0xFC;//为T0赋初值0xFC67，定时1ms TL0=0x67; TR0=1;//启动T0 while(1) { if(TF0==1)//判断T0是否溢出 { TF0=0;//T0溢出后，清零中断标志 TH0=0xFC;//并重新赋初值 TL0=0x67; cnt++;//计数值自加1 if(cnt>=1000)//判断T0溢出是否达到1000次 { cnt=0;//达到1000次后计数值清零 sec++;//秒计数自加1 //以下代码将sec按十进制位从低到高依次提取并转为数码管显示字符 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]; } //以下代码完成数码管动态扫描刷新 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样的，但大家看一下，switch语句是不是比if...else语句显得要整齐清爽呢。 1.4.2数码管显示消隐 不知道同学们是否发现了，我们的这两个数码管动态显示程序的运行效果似乎并不是那么完美，第一个小问题，大家仔细看，数码管的不应该亮的段，似乎有微微的发亮，这种现象叫做“鬼影”，这个“鬼影”严重影响了我们的视觉效果，我们该如何解决呢？ 同学们在今后可能会遇到各种各样的实际问题，可能很多都是我们没有讲过的，遇到问题怎么办呢？大家要相信，你作为初学者，遇到的问题肯定不是第一个遇到的，肯定有前辈已经遇到过相同的或类似的问题，他们一般都会在网上发表各种帖子，各种讨论，所以大家遇到问题，首先就应该形成一个到网上搜索的条件反射，这个问题大家可以到网上搜：“数码管消隐”或者“数码管鬼影解决”，多找相关关键词搜索试试，会搜索也是一种能力。 大家在网上搜了一下会发现，解决这类问题的方法有两个，其中之一是延时，延时之后我们肉眼就可能看不到这个“鬼影”了。但是延时是一个非常拙劣的手段，且不说延时多久能让我们看不到“鬼影”，延时后，我们的数码管亮度会普遍降低。我们解决问题呢，不能只知其然，还要知其所以然，那么我们首先就来弄明白为什么会出现“鬼影”。 “鬼影”的出现，主要是在数码管位选和段选产生的瞬态造成的。举个简单例子，我们在数码管动态显示的那部分程序中，实际上每一个数码管点亮的持续时间是1ms的时间，1ms后进行下个数码管的切换。在进行数码管切换的时候，比如我们从case5要切换到case0的时候，case5的位选用的是ADDR0=1;ADDR1=0;ADDR2=1;假如此刻case5也就是最高位数码管对应的值是0，我们要切换成的case0的数码管位选是ADDR0=0;ADDR1=0;ADDR2=0;而对应的数码管的值假如是1。又因为C语言程序是一句一句顺序往下执行的，每一条语句的执行都会占用一定的时间，即使这个时间非常非常短暂。但是当我们把“ADDR0=1”改变成“ADDR0=0”的时候，这个瞬间存在了一个中间状态ADDR0=0;ADDR1=0;ADDR2=1;在这个瞬间上，我们就给case4对应的数码管DS5瞬间赋值了0。当我们全部写完了ADDR0=0;ADDR1=0;ADDR2=0;后，这个时候，我们的P0还没有正式赋值，而P0此刻却保持了前一次的值，也就是在这个瞬间，我们又给case0对应的数码管DS1赋值了一个0。直到我们把case0后边的语句全部完成后，我们的刷新才正式完成。而在这个刷新过程中，有2个瞬间我们给错误的数码管赋了值，虽然很弱（因为亮的时间很短），但是我们还是能够发现。 那么搞明白了原理后，解决起来就不是困难的事情了，我们只要避开这个瞬间错误就可以了。不产生瞬间错误的方法是，在进行位选切换期间，避免一切数码管的赋值即可。方法有两个，一个方法是刷新之前关闭所有的段，改变好了位选后，再打开段即可；第二个方法是关闭数码管的位，赋值过程都做好后，再重新打开即可。这个不是很难，答案我都公布一下。 关闭段：在switch(i)这句程序之前，加一句P0=0xFF;这样就把数码管所有的段都关闭了，当把“ADDR”的值全部搞定后，再给P0赋对应的值即可。 关闭位：在switch(i)这句程序之前，加上一句ENLED=1；等到把ADDR2=0;ADDR1=0;ADDR0=0;i++;P0=LedBuff[0];这几条刷新程序全部写完后，再加上一句ENLED=0；然后再进行break操作即可。 这个地方逻辑思路上稍微有点复杂，大家一定要理解深刻，深刻理解，彻底弄明白，把这个瞬间的问题弄明白了，后边很多牵扯到此类情况的问题，我们都可以一并搞定。 上边的数码管程序还有第二个问题，大家仔细看，我们的数码管上的数字每一秒变化一次，变化的时候，不参加变化的数码管可能出现一次抖动，这个抖动没有什么专业的名字，我们就称之为数码管抖动吧。这种数码管抖动是什么原因造成的呢？为何在数据改变的时候才抖动呢？ 来分析一下我们的程序，程序在定时到1秒的时候，执行了“秒数+1并转换为数码管显示字符”这个操作，一个32位整型数的除法运算，实际上是比较耗费时间的，至于这一段程序究竟耗费了多少时间，大家可以通过第四章讲的调试方法来看看这段程序运行用了多少时间。由于每次定时到1秒的时候，程序都多运行了这么一段，导致了某个数码管的点亮时间比其他情况下要长一些，总时间就变成了1ms+本段程序运行时间，于此同时，其它的数码管就熄灭了5ms+本段程序运行时间，如果这段程序运行时间非常短，那么可以忽略不计，但很明显，现在这段程序运行时间已经比较长了，以致于严重影响到视觉效果了，所以我们要采取另外一种思路去解决这个问题。 1.5单片机中断系统1.5.1中断的产生背景 请设想这样一个场景：此刻我正在厨房用煤气烧一壶水，而烧开一壶水刚好需要10分钟，我是一个主体，烧水是一个目的，而且我只能时时刻刻在这里烧水，因为一旦水开了，溢出来浇灭煤气的话，有可能引发一场灾难。但就在这个时候呢，我又听到了电视里传来《天龙八部》的主题歌，马上就要开演了，我真想夺门而出，去看我最喜欢的电视剧。然而，听到这个水壶发出的“咕嘟”的声音，我清楚：除非等水烧开了，否则我是无法享受我喜欢的电视剧的。 这里边主体只有一个我，而我要做的有两件事情，一个是看电视，一个是烧水，而电视和烧水是两个独立的客体，它们是同时进行的。其中烧水需要10分钟，但不需要了解烧水的过程，只需要得到水烧开的这样一个结果就行了，提下水壶和关闭煤气只需要几秒的时间而已。所以我们采取的办法就是：烧水的时候，定上一个闹钟，定时10分钟，然后我就可以安心看电视了。当10分钟时间到了，闹钟响了，此刻水也烧开了，我就过去把煤气灭掉，然后继续回来看电视就可以了。 这个场景和单片机有什么关系呢？ 在单片机的程序处理过程中也有很多类似的场景，当单片机正在专心致志的做一件事情（看电视）的时候，总会有一件或者多件紧迫或者不紧迫的事情发生，需要我们去关注，有一些需要我们停下手头的工作去马上去处理（比如水开了），只有处理完了，才能回头继续完成刚才的工作（看电视）。这种情况下单片机的中断系统就该发挥它的强大作用了，合理巧妙的利用中断，不仅可以使我们获得处理突发状况的能力，而且可以使单片机能够“同时”完成多项任务。 1.5.2定时器中断的应用 在第五章我们学过了定时器，而实际上定时器一般用法都是采取中断方式来做的，我是故意在第五章用查询法，就是使用if(TF0==1)这样的语句先用定时器，目的是明确告诉同学们，定时器和中断不是一回事，定时器是单片机模块的一个资源，确确实实存在的一个模块，而中断，是单片机的一种运行机制。尤其是初学者们，很多人会误以为定时器和中断是一个东西，只有定时器才会触发中断，但实际上很多事件都会触发中断的，除了“烧水”，还有“有人按门铃”，“来电话了”等等。 标准51单片机中控制中断的寄存器有两个，一个是中断使能寄存器，另一个是中断优先级寄存器，这里先介绍中断使能寄存器，如表6-1和表6-2所示。随着一些增强型51单片机的问世，可能会有增加的寄存器，大家理解了我们这里所讲的，其它的通过自己研读数据手册就可以理解明白并且用起来了。 | 
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