簡易蘋果機的設計(軟件部分)

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1、簡易蘋果 機的設計（軟件部分） 摘 要 IT行業(yè)飛速發(fā)展的今天,單片機在測控和低速信號處理等方面的應用越來越廣泛。由于單片機采用大規(guī)模集成電路器件,集成度極高,因而具有結構緊湊、功能強、體積小、可靠性高、面向控制和價格低廉等一系列優(yōu)點,特別適合于控制型應用領域。基于PIC的單片機系統(tǒng)具有體積小、成本低、易維護、性能穩(wěn)定等特點,得到了越來越多的應用。本文重點闡述了基于PIC16F877單片機的蘋果機系統(tǒng)的軟件設計，首先對系統(tǒng)要求進行了分析，設計了系統(tǒng)的總體框架。以匯編語言為工具，進行了詳細設計和編碼。采用了HD7279 為驅動的44 鍵盤和LED數碼顯示管以及揚聲器

2、組成良好的“人機對話”模塊，實現了音樂播放功能。 關鍵詞： PIC 音樂播放 HD7279 II 簡易蘋果機的設計（軟件部分） Abstract Because of its small size, functionality, low price, Single-Chip Microcomputer has been widely applied. In addition, the single-chip control System is more flexible than analog control; Second, it has high re

3、liability due to fewer components, digital signal processing; Third, it can set the parameter simply, and makes the system testing convenient. Therefore, the single-chip control system is very suitable for control systems of application areas. In this paper the software design of apple_ game play

4、er ，which was design Based on the design with the PIC16F877 MCU is mainly explained. Requirement of the system have been analyzed firstly. The general aim of the soft ware system is to realize reliability stability safety and economization. Then have designed the whole frame work of the system. At l

5、ast the author makes full use of assemble language to implement the detailed design and coding. Moreover it adopts the HD7279 as the driver of 44keyboards and the LG5641AH LED and the loud speaker which holds the excellent part of man-machine conversation and carries out the function of music play

6、ing. Key words： PIC ，music playing，HD7279 目 錄 IV 第一章 前 言 1 第二章 系統(tǒng)設計方案分析 2 2.1 課題待解決的問題 2 2.2 總體設計方案 2 2.3 工作流程分析 2 2.4 設計具體方案 3 第三章 PIC 單片機基礎 4 3.1 I/O 口介紹 4 3.2 關于 BANK 和 PAGE 的概念 5 3.3 定時器/計數器 6 3.3.1 定時器的 3 大用途 7 3.3.2 相關寄存器介紹 7 3.4 中斷系統(tǒng)： 8 3.4.1 中斷活動的 9 個階段 9 3.4.2 PI

7、C16F877 的中斷邏輯 9 3.4.3 中斷處理 10 3.4.4 中斷的優(yōu)先級控制 10 3.5.5 中斷的現場保護 11 3.5.6 幾種常用的中斷 11 3.5.7 使用中斷時需要注意的一些問題 14 3.5 軟件延時程序的設計 15 3.5.1 三類指令的執(zhí)行時間 15 3.5 .2 延時軟件的設計方案實例 16 3.6 查表程序設計 16 第四章 各子模塊的實現及其說明 21 4.1 鍵盤顯示處理 HD7279 21 4.2 顯示譯碼芯片 MAX7219 29 4.2.1 管腳描述 29 4.2.2 典型應用 30 4.3 音樂播放子程序 33 4

8、.3.1 音樂播放發(fā)聲的原理 33 4.3.2 音樂播放的實現過程 34 4.4 E2PROM 擴展及 I2C 總線協(xié)議 41 第五章 結束語 42 參 考 文 獻 43 致 謝 44 第一章 前 言 單片機自問世以來,以其極高的性能價格比,受到人們的重視和關注,應用很廣,發(fā)展很快。單片機體積小,重量輕,抗干擾能力強,環(huán)境要求不高,價格低廉, 可靠性高,靈活性好,開發(fā)較為容易。由于具有上述優(yōu)點,在我國,單片機已廣泛地應用在工業(yè)自動化控制、自動檢測、智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機電一體化設備等各個方面。它可以應用于產品的內部取代部分老式機械，電子零件或元器件，可使

9、產品縮小體積，增強功能，實現不同程度的智能化。單片機的應用從根本上改變著傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法，已成為現代機械電子工程，制動控制等相關專業(yè)知識結構中必不可少的一部分。 單片機應用的意義不僅僅在限于它的廣闊范圍以及所帶來的經濟效益，更重要的還在于它從根本上改變了傳統(tǒng)的控制系統(tǒng)設計思想和設計方法。從前必須由模擬電路或數字電路實現的大部分控制功能，現在已能使用單片機通過軟件方法來實現了。這種以軟件取代硬件并能提高系統(tǒng)性能的控制技術稱為微控制技術。微控制技術標志著一種全新的概念，隨著單片機應用的推廣普及，微控制技術將不斷發(fā)展和日趨完善，而單片機的應用則將更加深入，更加廣泛。換而言之，單片機

10、的應用是對傳統(tǒng)控制技術的一場革命。因此學習單片機的原理，掌握好單片機的應用技術是現代工科類學生必備的基本素質。 單片機在近30年發(fā)展中已有70多個系列的進500多個機種相繼誕生，國際比較知名，影響比較大的公司的單片機有：MOTOROLA公司的MOTOROLA單片機，INTEL 公司的51系列單片機，MICROCHIP公司的PIC系列單片機，ZILOG公司的Z8系列單片機，以及NEC,富士通，EPSON等其它品牌。其中美國Microchip公司推出的PIC8 位單片機系列是業(yè)內首先采用RISC結構的高性價比嵌入式控制器，其高速度、低電壓工作、低功耗、強大驅動能力、低價OTP技術、體積小巧等都體

11、現了單片機工業(yè)的新趨勢。 PIC系列單片機是一種采用精簡指令集RSIC結構的易學易用，輸入/輸出靈活多樣，功能強大的單片機。PIC中檔產品，是近年來重點發(fā)展的系列產品，品種最為豐富，性能優(yōu)于初級產品，增加了中斷功能，帶A/D轉換器，內部EEPROM數據存儲器，與程序存儲器FLASH，有比較/捕獲/脈寬調制CCP模塊，IIC和SPI接口， 通用同步異步接收發(fā)送器USART,模擬電壓比較器，及LCD驅動等，性能價格比高， 可廣泛用于高，中檔各類電子產品設計中，是很值得學習和掌握的一種單片機。 43 第二章 系統(tǒng)設計方案分析 2.1 課題待解決的問題： 整體實現簡易蘋果

12、機的軟件設計，熟悉 PIC 單片機的硬件資源，熟悉基本的控制接口電路，掌握單片機的串并行通信方式，以及端口拓展的方法。能夠通過認真的分析設計要求，選擇最簡單，經濟，穩(wěn)定的方案實現該設計。從整體上提高控制電路的設計水平。 2.2 總體設計方案： 簡易蘋果機的整體系統(tǒng)大致可以分為以下幾個模塊：游戲的鍵盤輸入部分， 輸入幣值，及獲獎分值等的顯示部分，音樂播放部分，存儲空間的擴展部分，以及對數據進行一系列預算處理的中央處理單元。如圖 2.2 所示： 圖 2.1 總體設計框圖 2.3 工作流程分析： 1） 電源開啟，播放開啟音樂，三個分值顯示數碼官狀態(tài)為 EEE，三個中獎顯示數

13、碼管狀態(tài)也為 EEE，其他 8 個投注顯示數碼管狀態(tài)也均為E。 2） 游戲未開始前，顯示燈呈現跑馬燈狀態(tài)，并能播放等候操作音樂。 3） 玩家投幣，等候音樂停止，顯示燈全部熄滅，同時，分值顯示數碼管顯示出相應分數，投幣一次，揚聲器發(fā)聲一次。（或由莊家開啟注入分值按鍵）。投注顯 示和中獎顯示清 0。 4） 游戲開始，玩家通過投注按鍵進行投注，短按投注顯示加 1，長按則迅速增加（每秒加 3）。投注完畢，可按下啟動按鈕，開始游戲，顯示燈循環(huán)點亮，經過 5 秒，老虎機顯示停留在相應位置，顯示中獎分數。同時投注顯示數碼管未壓中的數碼管全部熄滅。 5） 玩家可通過按鍵（TURN）將分數直接

14、轉至投幣分值顯示，也可按 EXIT 鍵將分值轉成硬幣通過退幣口退出（不足已退幣分值自動加到投幣顯示區(qū)顯示）。 6） 此時，若分值顯示區(qū)顯示值高于上輪投注分值，可直接按開始鍵（play），重復剛才下注，開始新一輪游戲。也可以重新下注，開始新游戲。 7） 玩家結束游戲，可按 Exit 鍵將分值折合成硬幣后退出。播放待機音樂。 2.4 設計具體方案： 1 中央處理單元：通過對系統(tǒng)的性能和成本各方面進行整體分析，使用單片機來做處理器是最合理的方案。在總類繁多的單片機中，PIC16F877 單片機有以下優(yōu)越之處，是最適合本設計。采用哈佛體系結構和哈佛總線結構，指令單字節(jié)化， 精簡指令集(

15、RISC)技術，尋址方式簡單，運行速度高，功耗低，驅動能力強，I2C 和 SPI 串行總線端口，尋址空間設計簡潔，外接電路簡潔，開發(fā)方便。 2 鍵盤部分：使用 HD7279 芯片對鍵盤輸入進行譯碼處理，并且該芯片可以直接驅動 LED 數碼管顯示。 3 顯示部分：使用 MAX7219 芯片，LED 數碼顯示管,八個發(fā)光二極管。 4 音樂播放部分：只需通過一個音頻放大器再外接一個揚聲器。 圖 2.2 具體設計框圖 第三章 PIC 單片機基礎 3.1 I/O 口介紹： 輸入輸出端口（也簡稱為 I/O 口）是單片機內部電路與外部世界交換信息的通道。輸入端口負責

16、從外界接收檢測信號，鍵盤信號等各種開關量信號。輸出端口負責向外界輸送由內部電路產生的處理結果，顯示信息，控制命令，驅動信號等。 在 PIC16F87X 系列單片機中 28 腳封裝的型號具有 3 個輸入輸出端口，40 腳封裝的PIC16F87X 系列都有 5 個輸入 / 輸出端口。由于 PIC16F87X 屬于 8 位單片機，因此每個端口都由數量不超過 8 條的端口引腳（或稱口線）構成。每個端口中的每條引腳都可以用軟件的方式，由用戶按需要單獨編程，設定為輸出引腳或者輸入引腳。 28 腳 PIC16F87X 的 3 個端口，分別是 RA,RB,和 RC；40 腳 PIC16F87X 的 5

17、個端口，分別是RA,RB,RC,RD 和 RE。RA 包含 6 根引腳，RE 包含 3 根引腳， RB,RC,RD 都包含 8 根引腳。其中有些 I/O 口引腳和單片機內部的某些功能部件或（I/O 模塊之外）其他外圍模塊的外接引腳信號線進行了復用。也就是說，既可以作為普通的I/O 引腳，又可以作為某些功能部件或外圍模塊的外接引腳，并由用戶以軟件的方式定義。 圖 3.1 PIC16877 管腳分部圖 在 PIC 單片機中，每個端口都至少對應著兩個在 RAM 數據存儲器中統(tǒng)一編址的寄存器，分別是數據寄存器和方向控制寄存器。也就是 PIC 單片機把端口都當作寄存器來訪問（即讀出或

18、寫入），這樣有利于減少指令集的指令類型和數量，為用戶的記憶和編程也帶來了方便。 例：初始化，使C 口為輸出，B 口為輸入 BSF STATUS , RP0 ；設置文件寄存器的體一 MOVLW 00H MOVWF TRISC ；設置端口 C 為輸出 MOVLW 0FFH MOVWF TRISB ；設置端口 B 為輸入 BCF STATUS , RP0 ；恢復到文件寄存器的體 0 3.2 關于 BANK 和 PAGE 的概念： 在指令編碼中，只有最低的 7 位數據代表了尋址操作數的地址，位操作也不例外。7 位地址只能描述

19、的空間范圍為 128 字節(jié)，因此，通過指令能直接尋址的范圍只有 0X00~0X7F 的 128 字節(jié)空間，PIC 中檔單片機結構能支持的數據空間尋址范圍為 512 字節(jié)，這需要 9 位的地址描述。所以要能尋址這 512 字節(jié)全地址空 間，就必須找一個方法提供額外的兩個地址位，用完整的 9 位地址來尋址。PIC 中檔系列的單片機就利用了 STATUS 狀態(tài)寄存器的 RP1 和 RP0 這兩個位 來實現這“額外”的尋址地址位。按照 7 位地址所描述的 128 字節(jié)為一個 BANK 的劃分，PIC16F877 被分為4 個BANK，分別冠以BANK0~3。下表為STATUS 中RP0:RP1和各

20、 BANK 之間的對應關系。 表 3.1 BNAK 和 STATUS 的對應關系 RP1：RP0 BANK 的編號 0 0 BANK 0 0 1 BANK 1 1 0 BANK 2 1 1 BANK 3 例：寄存器直接尋址的 BANK 設定 BSF STATUS , RP0 ；RP0=1 BCF DATUS , RP1 ；RP1=0 ,當前 BANK 設定于 BANK1 CLRF TRISB BCF STATUS , RP0 ；RP0=0,回到 BANK0 MOVLW 0XFF MOVWF PORTB 如果 PIC 單片機內只有兩個

21、BANK 空間的數據寄存器，那么直接尋址時 RP1 位將被視為無效位，不參與尋址時的地址合成，編程時只需簡單的設定 RP0 即可。 同理，在 PIC 單片機的 35 條指令當中，只有 CALL 和 GOTO 兩條為直接跳轉指令。這兩條指令有一個共同點，即在指令中有 11 個數據位描述了跳轉的目的 地址。這 11 位長的地址所能描述的空間范圍是 2048 字。PIC 中檔系列單片機結構能支持的程序空間最大有 8K 字代碼長度，要尋址 8K 字的范圍必須有 13 位的地址。如果這 13 位地址數據全部在指令中描述的話，那么只有 1 一位代表操作碼，這樣的編碼方式是行不通的。為此 PIC 單片機

22、采取了與數據寄存器類似的方法：對程序空間分頁，每頁長度位 2K 指令字，最多 4 個頁面。跳轉指令自身提供 11 位地址，高兩位地址來自特殊寄存器 PCLATH 的位 4：3.當執(zhí)行 CALL 和 GOTO指令時單片機的指令執(zhí)行機構會自動把二者合在一起，構成 13 位的完整地址一次送入程序計數器 PC 中，程序隨之跳轉到新的指令位置繼續(xù)執(zhí)行。PCLATH[4：3 ] 兩位的組合構成了單片機程序頁面的編號，如表 3.3 所示： 表 3.2 PAGE 與 PCLATH 的關系 PCLATH[4：3] 頁編號 起止地址 0 0 第 0 頁 0X0000~0X07FF 0 1

23、 第 1 頁 0X0800~0X0FFF 1 0 第 2 頁 0X1000~0X17FF 1 1 第 3 頁 0X1800~0X1FFF 3.3 定時器/計數器 在許多世界著名的半導體制造公司開發(fā)的型號繁多的單片機內部，定時器/ 計數器模塊是一種基本上普遍配置的常用外圍設備模塊，只是配備的數量和規(guī)格不同而已。其中，規(guī)格的不同指的是：寬度不同。是否附帶預分頻器，是否附帶后分頻器，是否同時附帶預分頻器和后分頻器，以及預分頻器或后分頻器的分頻比不同，等等。 3.3.1 經過歸納和比較定時器一般有一下 3 大用途： （1） 在一些單片機應用項目中，有時要求單片

24、機在其端口引腳，向外部電路送出一系列符合一定時序規(guī)范的方波信號。在本設計中的音樂功能部分就是利用此功能向揚聲器送出特定頻率的方波信號，使揚聲器播放出不同的音符。 （2） 在另外一些應用項目中，經常要求單片機在其引腳上，檢測外部電路送來的一系列的方波信號的脈寬，周期或頻率，以便單片機接收外部電路的輸入信號或通信信號。例如：遙控電視機中的紅外遙控信號的接收，速度里程表中的轉速檢測，等等。這類應用程序的編寫，會用定時器來對“事先未知”的時間間隔進行精確計時。 （3） 還有一些單片機應用項目中，須要單片機對其端口引腳上輸入的由外部事件產生的觸發(fā)信號進行準確的計數，依據計數結果來控制完成相應的動作。

25、 由于單片機的型號不同，定時器的數量是不同的。例如：PIC116F84 只有兩個定時器，而16F877 有三個定時器。而且16F877 的三個定時TMR0 ,TMR1,TMR2 這三個定時/計數模塊的電路結構上均不相同。 TMR0：為 8 位寬，有一個可選的預分頻器，用于通用的目的； TMR1：為 16 位寬，附帶一個可編程的預分頻器，還附帶一個可選的低頻時基振蕩器，適合 CCP(捕捉\比較\脈寬調制)模塊配合使用來實現輸入捕捉或輸出比較功能； TMR2：為 8 位寬，同時附帶一個可編程的預分頻器和一個可編程的后分頻器， 還附帶一個周期寄存器和比較器，適合與 CCP 模塊配合使用來實現

26、PWM 脈沖寬度調制信號的產生。 但是它們之間也有相同點，它們的核心部分都是一個由時鐘信號觸發(fā)的按遞增規(guī)律(即累加工作方式)工作的循環(huán)計數器；都是從預先設定的某一初始值（或0）開始記起，在累積超過最大值（或預先設定的某一終了值）時產生溢出，并且同時會建立一個相應的溢出標志（即中斷標志位）；對于它們的編程方法也大同小異。 3.3.2 幾個起到控制作用的相關寄存器介紹： 1．選項寄存器 OPTION_REG BIT7 BIT6 BIT5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 RBPU INTEDG T0CS T0SE PSA PS2 P

27、S1 PS0 PS2~PS0:分頻器分頻比選擇位 PSA：分頻器分配位。 1=分配給 WDT 0=分配給 TMR0 TOSE：TMR0 的時鐘源觸發(fā)邊沿選擇位。1=外部時鐘 T0CKI 下降沿 TMR0 遞增0=外部時鐘 T0CKI 上升沿 TMR0 遞增 TOCS：TMR0 的時鐘選擇位。 1=外部引腳輸入的脈沖信號作為計數器的時鐘源 BIT7 BIT6 BIT5 BIT 4 BIT 3 BIT 2 BIT 1 BIT 0 GIE PEIE TOIE INTE RBIE TOIF INTF RBIF 0=由內部提供的指令周

28、期信號作為時中源。中斷控制寄存器：INTCON 有關的各位的含義如下： T0IF：TMR0 溢出標志位 1=TMR0 發(fā)生溢出 0= TMR0 未發(fā)生溢出 T0IE：TMR0 溢出中斷使能位 1= 允許 TMR0 發(fā)生溢出后產生中斷 0= 屏蔽 TMR0 發(fā)生溢出后產生中斷 GIE：全局中斷總使能位 1=允許 CPU 響應所有的外圍設備模塊產生的中斷請求 0= 禁止 CPU 響應所有的外圍設備模塊產生的中斷請求 3.4 中斷系統(tǒng)： 中斷，是計算機理論和計算機技術中很重要的一個概念，是提高計算機工作效率的一項重要功能，以至于中斷功能是所有的微

29、處理器（CPU 和 MPU） 和微控制器（MCU，μ C 或單片機）幾乎都會配置的一項基本功能。中斷功能的強弱已經構成了衡量一種微處理器和微控制器的功能是否強大的重要指標之一。 當計算機系統(tǒng)正在執(zhí)行程序時，出現了某種特殊情況，例如定時時間到，有鍵盤信號輸入等，此時 CPU 需要暫時停止當前的程序，轉去執(zhí)行處理定時時間到或鍵盤信號輸入等情況的某特定程序，待這段特定的程序執(zhí)行完畢以后，再回 到原先的程序去執(zhí)行，這就形成了一次中斷過程。 3.4.1 中斷活動的全過程大致可以歸納成一下 9 個階段： （1） 中斷請求 （2） 中斷屏蔽 （3） 中斷響應 （4） 保護現場

30、 （5） 調查中斷源 （6） 中斷處理 （7） 清除標志 （8） 恢復現場 （9） 中斷返回 上述的九個階段中，第 1，2，3 和 9 階段是由硬件自動實現的，而第 4，5， 6，7，8 階段則是用戶軟件完成的。 PIC 系列單片機是當今世界上很有影響力的精簡指令微控制器，具有豐富的中斷功能，其中功能強大的中，高檔型號的中斷源有 18 種之多。（但是具體型號不同中斷源的個數也存在著差異）。不過它們也存在著一定的局限性，例如：中斷矢量只有一個，并且各個中斷源之間也沒有優(yōu)先級別之分，不具備非屏蔽中斷。 3.4.2 PIC16F877 的中斷邏輯： 圖 3.2 PIC 16F88

31、7 的中斷邏輯圖 所有的中斷源都受全局中斷屏蔽位（也可稱為總屏蔽位）GIE 的控制；第一隊的中斷源不僅受全局中斷屏蔽位的控制，還要受各自中斷屏蔽位的控制；第二 隊的中斷源不僅受到全局中斷屏蔽位和各自中斷屏蔽位的控制，還要額外多收到一個外設中斷的屏蔽位PEIE 的控制。按照圖中描繪的邏輯電路，可以得到以下邏輯表達式： GIE*(T0IF*T0IE+INTF*INTE+RBIF*RBI E+PEIE*(EEIF*EEIE+PSPIF*PSPIE+ADIF*ADIF+ RCIF*RCIE+TXIF*TXIE+SSPIF*SSPIE+CCP1IF*CCP1IE+CCP2IF*CCP2

32、IE+TMR1IF*TMR1 IE+TMR2IF*TME2IE+BCLIF*BCLIE)=1 當該邏輯表達式計算結果為“1”時表明至少有一個中斷源向 CPU 發(fā)出了中 斷請求信號，并且請求信號傳遞途徑中各關卡全部都放行，使該中斷請求信號一路暢通無阻地被傳遞到CPU,于是該中斷請求就得到了CPU 的響應。如果該邏輯表達式的計算結果為“0”時，則表示所有的中斷源設備都沒有請求中斷信號發(fā)出，或者是各個中斷源對應的中斷屏蔽位都被關掉，或者是被開放的部分中斷源又沒有發(fā)出中斷請求，或者是全局中斷屏蔽位GIE 被關掉。 3.4.3 中斷處理： 單片機復位后，由硬件自動對全局中斷屏蔽位進行設置 G

33、IE=0,將屏蔽所有的中斷源；中斷返回指令“RETFIE”執(zhí)行后，也由硬件自動對總屏蔽位進行設置GIE=1，重新開放所有的中斷源。不論各種中斷屏蔽位和全局中斷屏蔽位 GIE 處于何種狀態(tài)（是開放還是禁止），某一中斷源的中斷條件滿足時，都會發(fā)出中斷請求，相應的中斷標志位都會被置位（=1）。但是是否能夠得到 CPU 的響應，則要根據該中斷源的中斷屏蔽位的狀態(tài)來決定。 3.4.4 中斷的優(yōu)先級控制： PIC 單片機的入口地址只有一個，故對中斷優(yōu)先級的控制也由編程人員通過軟件來實現。當某一時刻有兩個中斷同時發(fā)生時，單片機會進入 0X0004 處的中斷服務子程序開始判別中斷源類型，判別一個就做一

34、個中斷服務。這樣的軟件處理流程決定了先被判別的中斷其優(yōu)先級為高，后判別的優(yōu)先級為低，這就是用軟件優(yōu)先級的概念。 例如： ；中斷服務代碼，開始判別中斷源 BTFSC INTCON , T0IF ；判別是否為 TMRO 產生的中斷GOTO TMRO_INTF ；是轉去做 TMR0 的中斷服務 BTFSC INTCON , INTF ；不是 TMR0 中斷，繼續(xù)判別是否為 RB0/INT 中斷GOTO RB0_INT ；繼續(xù)判別是否為其它中斷源 在上例中，TMR0 的中斷優(yōu)先級就比 INT/RB0 中斷的優(yōu)先級要高。如果 TMR0 和INT/RB0 同時發(fā)生中斷請求，TMR

35、0 的中斷將優(yōu)先于 INT/RB0 得到服務。 PIC 單片機的如此中斷優(yōu)先級的控制還有個關鍵的地方，就是高低優(yōu)先級一般不考慮嵌套。如果現在正在處理低優(yōu)先級的中斷，就算有高優(yōu)先級的中斷發(fā)生， 也必須等到低優(yōu)先級的中斷處理完畢后才能響應，這是由 PIC 單片機的中斷機制決定的。在響應任何中斷請求時，PIC 單片機會自動把全局中斷使能位（INTCON 的第七位 GIE）清除。這樣其他中斷請求就暫時不被響應。以上例代碼來分析， 假定現在 INT/BB0 發(fā)生了中斷，TMR0 沒有中斷請求，則程序進入中斷服務，并轉到 RB0-INT 處，開始執(zhí)行外部引腳中斷服務；而當程序正忙于執(zhí)行 RB0-INT

36、的程序，即中斷沒有退出前，TMR0 發(fā)生了中斷請求，盡管在軟件優(yōu)先級 TMR0 的中斷要比 RB0_INT 的優(yōu)先級高，但這時 TMR0 中斷將不會得到響應。TMR0 的中斷請求將一直被掛起直到現行的中斷服務結束且退出中斷。一旦中斷退出，單片機將馬上響應被掛起的 TMR0 中斷。 3.5.5 中斷的現場保護： 一般單片機中斷現場保護都是把關鍵的寄存器放到堆棧中，中斷退出前再從堆棧中恢復其原先的內容。PIC 單片機無法實現這種現場保護，因為 PIC 單片機內沒有可供用戶使用的數據堆棧。PIC 單片機內的堆棧區(qū)是硬件堆棧，其唯一用途是保存程序計數器 PC 的值。所以，進入中斷時保護普通寄存

37、器的唯一辦法是將其內容復制到其它數據寄存器（RAM 變量）作備份，在中斷結束前再把這些備份寄存器中斷的內容復制回原先對應的寄存器。 哪些寄存器需要在進入中斷時保護呢？這完全取決于自己的設計。最基本的當然是工作寄存器W 和狀態(tài)寄存器 STATUS,因為這兩個寄存器在中斷服務子程序中是必然用到的。有一個基本的原則必須遵循：如果要在中斷服務子程序中改變一個寄存器的值，那么在中斷服務開始之初就要把它的內容復制到備份寄存器中保護；待中斷結束時再恢復其原有內容。除了 W 和 STATUS 寄存器，PCLATH 和 FSR 這兩個重要的寄存器也經常需要保護。 3.5.6 幾種常用的中斷： （1）

38、RB0/INT 引腳的中斷： 所有中檔以上的PIC 單片機，其 PORTB 的 RB0 口引腳可以作為一個外部中斷信號輸入，可以對輸入信號上升沿或下降沿跳變產生一個中斷響應。要能實現RB0/INT 中斷源，軟件初始化的設定步驟如下： ① 設定 RB0/INT 引腳為輸入模式，TRISB<0>=1 ② 配置 OPTION-REG<6>即 INTEDG 位：INTEDG=1，RB0/INT 引腳輸入 信號上升沿產生中斷；INTEDG=0，下降沿中斷。 ③ 清除 INTCON<1>INTF=0，確保在有效中斷發(fā)生前中斷標志位為 0。 ④ 設定 INTCON<4>INTF=1，允許

39、 RB0/INT 中斷響應。 ⑤ 設定 INTCON<7>GIE=1,打開全局中斷允許使能位。 ⑥ 中斷信號出現后，進入中斷服務程序，查詢INTF 中斷標志。 ⑦ 若 INTF=1，則處理 RB0/INT 中斷，處理完畢后（或處理前）軟件必須清除 INTF 中斷標志位。 例：RB0/INT 引腳中斷初始化 ；初始化 RB0/INT 引腳的中斷功能 BANKSE1 TRISB ；切換到 TRISB 所在的 BANK1 BSF TRISB , 0 ；確保 RB0 為輸入狀態(tài) BCF OPTION-REG , INTEDG ；選擇下降沿中斷， BCF OPTION-REG , RB

40、PU ；選擇使用 PROTB 內部弱上拉 BANKSE INTCON ；切換到INTCON 所在的 BANK0 CLRF INTCON ；INTCON 內全部數據位清 0 BSF INTCON , INTE ；允許 RB0/INT 中斷 BSF INTCON ,GIE ；打開全局中斷使能位 ；其它代碼 此引腳也可以讓處于睡眠狀態(tài)的單片機在有效的條邊沿出現時被喚醒。 （2） RB 口的 RB7~RB4 引腳變化中斷： PORTB 的最高 4 個引腳，即 RB7~RB4，在設為輸入模式下，當輸入電平由高到低，或由地到高發(fā)生變化時，可以讓單片機產生中斷。這就是通常所說的引腳狀態(tài)變

41、化中斷。為了實現 PORTB 引腳狀態(tài)變化中斷，一般需遵循一下的操作步驟： ① 設置 TRISB 寄存器，使 RB7~RB4 相關的引腳處于輸入狀態(tài)； ② 檢查是否需要使用 PORTB 的內部弱上拉電阻，通過 OPTION-REG<7>控制； ③ INTCON<0>RBIF=0； ④ INTCON<4>RBIE=1； ⑤ INTCON<7>GIE=1； 響應狀態(tài)變化后的中斷服務程序其執(zhí)行流程通常如下： ① 檢查 INTCON<0>RBIF=0,進入中斷服務； ② 讀一次 PORTB，更新引腳鎖存器的狀態(tài)，消除產生中斷的硬件條件； ③ INTCON<0>RBIF=0

42、，軟件清除中斷標志。 編程實例：閃爍式跑馬燈 8 只 LED 中只有一只點亮，點亮的位置與循環(huán)的方式不停地移動，移動的速度取決于在各個位置上停留的時間，即在兩步之間插入一個約 196MS 的延時， 并且在每一個位置上LED 都保持閃爍。 圖 3.3 跑馬燈流程圖 ORG 000H NOP GOTO MAIN ORG 004H ；中斷向量，中斷服務子程序入口地址 TMR0SERV MOVWF W-TEMP ；復制 W 到它的臨時備份寄存器 W-TEMP 中BCF INTCON , TOIF ；清除 TMR0 中斷標志位 INCF FLAG , F ；亮滅標志位反轉 B

43、TFSS FLAG ,0 ；標識位=1?是！跳一步，到熄滅GOTO JUMP0 ；否！跳到點亮 CLRF PORTC ；熄滅 GOTO JUMP1 ；跳過下面的程序 JUMP0 MOVF PROTC-B,W ；點亮，即將緩沖寄存器內先傳入 W MOVWF PROTC ；再由 W 轉入端口寄存器送顯 JUMP1 MOVLW TMR0-B ；TMR0 賦初值 MOVWF TMR0 ；重新啟動定時器MOVF W-TEMP ,W ；恢復現場 RETFIE ；中斷返回 ；——————————主程序—————————————— MAIN BSF STATUS ,

44、RP0 MOVLW 0 MOVWF TRISC MOVLW 07H MOVWF OPTION_REG ；分頻比設置為 256 BCF STATUS , RP0 MOVLW 0A0H MOVWF INCTION ；開放全局中斷使能位 BCF INCTION , T0IF ；清除 TMR0 溢出中斷標志位MOVLW TMR0_B ；TMR0 賦初值 MOVWF TMR0 ；啟動定時計數器MOVLW B’10000000’ ；將顯示碼送 W MOVWF PORTC_B ；將顯示碼送顯示緩沖寄存器LOOP CALL DELAY ；調用延時子程

45、序 RRF PORTC-B , F ；帶進位標志位右移緩沖區(qū)寄存器GOTO LOOP ；———————延時子程序略——————————— 3.5.7 使用中斷時需要注意的一些問題： （1） 單片機初次上電復位，電源跌落復位和其它情況之下的復位，均會導致總屏蔽位的和其他所有中斷屏蔽位都被清 0，也就是在默認狀態(tài)下，禁止CPU 響應所有中斷。 （2） 中斷標志位的狀態(tài)與該中斷源是否被屏蔽無關，也與全局中斷屏蔽位無關。也就是說不管 CPU 是否響應中斷請求，只要滿足了中斷條件，中斷標志位就會被置位。 （3） 如果在中斷被禁止的情況下，中斷標志位已經被置位，只要不被清除就會

46、 一直潛伏下來，那么一但解除禁止，就會立即產生中斷響應。 （4） 如果同時發(fā)生多個中斷請求，到底哪個中斷會優(yōu)先得到處理，完全取決于在中斷服務子程序中檢查中斷源的順序，原因是各個中斷源之間不純在優(yōu)先級之分。 （5） 如果清除中斷標志位的指令應安排在中斷服務子程序的尾部，就有可能會丟失響應在處理中斷期間該中斷源第 2 次出現中斷請求的機會。 （6） 對于中斷響應和處理時間有嚴格的應用，保護現場的指令安排也應考慮延時問題。 （7） 響應中斷時產生的延時時間，會隨著中斷源被開放的個數不同而不同。開放中斷源個數越多，延時時間越長。 3.5 軟件延時程序的設計 在編程時經常需要在程

47、序的執(zhí)行過程中插入一段延時時間，對此有 2 種方案可供選擇：一是利用片內的硬件資源——可編程定時器，二是利用軟件手段—— 插入一段延時程序。在此僅先介紹后面一種方法。如果延時時間較短，可以連續(xù)插入幾條空操作指令 NOP；如果延時時間較長可以插入一段單一循環(huán)或多重循環(huán)的循環(huán)結構延時程序。 3.5.1 三類指令的執(zhí)行時間 在編寫延時程序程序之前，必須對 PIC 單片機指令系統(tǒng)中的每一條指令的執(zhí)行時間（即指令周期）了如指掌。 在 35 條指令構成的指令系統(tǒng)中，5 條實現無條件跳轉的必然引起程序執(zhí)行順序發(fā)生變化的指令（即：GOTO,CALL,RETURN,RETLW,RETEFIE）占用 2

48、 個指令周期；還有改寫 PCL 的指令也占用兩個指令周期，（如 ADDWF PCL,1 或 MOVWF PCL或 BCF PCL,B 等）。 而有可能引起程序執(zhí) 行順序發(fā)生變化 的 4 條條件跳 轉指令（ 即DECFSZ,INCFSZ,BTFSC,BTFSS）DE 執(zhí)行時間隨著條件而定，當條件為發(fā)生真發(fā)生跳轉時需要占用 2 個指令周期，當條件為假不發(fā)生跳轉時僅占一個指令周期。 其余指令全部僅僅占用一個指令周期；其余指令全部僅僅占用一個周期。但由于采用流水作業(yè)方式，即取指和執(zhí)行重疊進行，這樣使得每一條指令占 用時間平均降為一個指令周期。可是在程序遇到跳轉指令時，流水作業(yè)方式被打破，在執(zhí)行該

49、指令的同時所抓取的下一條指令不在是下一部將要執(zhí)行的指令，必須將其丟棄，從跳轉目的地從新抓取，因此而多占用了一個指令周期。另外還應 搞清楚單片機時基振蕩器外接的頻率 fsoc，以便確定時鐘周期（Tosc=1/fosc） 和指令周期（Tc=4Tosc）以及程序執(zhí)行時間的累計。 3.5 .2 延時軟件的設計方案實例： 首先定義 2 個循環(huán)控制變量 N 和 M ，用于保存和決定延時時間長短的時間常數。為了便于計算，每條指令后面的注釋部分中的括號內都給出了指令周期數。例一： N EQU 20H ;定義寄存器 N M EQU 21H ;定義寄存器 M DELAY MOVELW X

50、;(1)循環(huán)變量初始值 X(待定)經 W 轉送 N MOVWF N ;(1) LOOP DECFSZ N,1 ;(1\2)N-1 送 N 并判斷結果=0？是！跳出循環(huán)GOTO LOOP ;(2)否！循環(huán)回去 RETURN ;返回調用程序 執(zhí)行上述延時子程序 DELAY1 所需要指令周期個數=1+1+[(1+2)*(x-1)+2]+2。式中的“1+1”對應兩條 MOV 指令；“1+2”對應 DECFZ(非跳轉)和 GOTO 指令；“X”是循環(huán)變量遞減的次數，“X-1”是循環(huán)次數，由于 DECFSZ 指令的執(zhí)行過程是先遞減后判斷再跳轉，所以循環(huán)的次數比遞減的次數??；接下來的“2”對應DEC

51、FSZ(成功跳轉)指令；最后的“2”對應 RETURN 指令。當時鐘晶振的頻率選用“4MHZ”時，每個指令周期 Tcyc 為 1μ s( Tcyc=4Tosc=4/fosc)。在上面的計算式中： 當時間常數 X=1 時，延時=（1+1+2+2）Tcyc =6Tcyc=6μ s; 當 X=99 時，延時=[1+1+(1+2)*(99-1)+2+2]Tcyc=300Tcyc=300μ s=0.3ms 3.6 查表程序設計： 在單片機的開發(fā)應用中，經常用到查表程序，來實現代碼轉換，索引，或翻譯等。下面就以LED 數碼管顯示驅動程序設計作為講解的范例。LED 數碼管內部包含8 只發(fā)光二

52、極管，其中 7 只發(fā)光二極管構成字形筆段，（A~G）,1 只發(fā)光二極管構成小數點（dp）。對于任何一只發(fā)光二極管，只要陽極為高電平，陰極為低電平，并且電位差高于其閾值電壓（約為 1.7~2.1V）就會被點亮。根據個二極管公共端連接的方式不同，又有共陰極和共陽極 LED 數碼管之分，如圖 3.6 所示。驅動 LED 點亮的筆段碼和 LED 所顯示字符之間的關系如表 3.6 所示。 圖 3.5 數碼管結構示意圖 表 3.6 LED 點亮的筆段碼和 LED 所顯示字符之間的關系 顯示字符 共陰極筆段碼 共陽極筆段碼 顯示字符 共陰極筆段碼 共陽極筆

53、段碼 0 3FH C0H A 77H 88H 1 06H F9H B 7CH 83H 2 5BH A4H C 39H C6H 3 4FH B0H D 5EH A1H 4 66H 99H E 79H 86H 5 6DH 92H F 71H 8EH 6 7DH 82H P 73H 8CH 7 07H F8H U 3EH C1H 8 7FH 80H 全熄 00H FFH 9 6FH 90H 全亮 FFH 00H PIC 單片機的查表程序，可以利用其子程序帶返回值指令RET

54、LW 來實現。思路是采用若干條攜帶著筆段碼的RETLW 指令按索引值的順序排列在一起，來構成一張數據表；然后以表頭為參照，以被顯示數字為索引值，到表中查找對應被顯數字的筆段碼。具體方法是采用帶有入口參數和出口參數的子程序結構，用數據表來構成子程序的主體部分。在子程序的開頭放一條修改程序計數器 PC 值的指令，來實現子程序內部的跳轉，以實現索引。 查表過程是，在主程序中先把被顯數字——索引值，作為筆段碼在數據表中的地址偏移量存入 W,以便向子程序傳遞參數，接著調用子程序。子程序的第 1 條指令將 W 中的地址偏移量取出并與程序計數器 PC 當前值疊加，則子程序就會跳到攜帶著所需筆段碼

55、的 RETLW 指令處。由指令將筆段碼裝入 W 中，以便向主程序傳遞參數，然后返回子程序。 例：假設用 8 位端口 RB 作為一只共陰極 LED 數碼管的驅動端口?，F在要求把寄存器單元 20H 中的低半字節(jié)作為一位十六進制數送到 LED 顯示。欲采用端口 RB 作驅動。需要將該端口的個引腳全部設置為輸出，方法是將RB 端口的方向控制寄存器 TRISB 的各位全部清零。另外從主程序到子程序傳遞參數（就是被顯示數字，也是用于查表的地址偏移量）以及從子程序到主程序返回參數（即查到的被顯數字的筆段碼）用的都是 W。下面是實現這一功能的程序流程圖和程序段。

56、 圖 3.6 主程序流程圖 圖 3.7 子程序流程圖 程序段： PCL EQU 02H ；聲明寄存器PCL 的地址為 02H STATUS EQU 03H ；聲明寄存器 STATUS 的地址為 03H RP0 EQU 06H ；聲明 RP0 的位地址為 06H RB EQU 06H TRISB EQU 86H ；————————主程序——————————————— ORG 0000H GOTO MAIN ORG 0005H MAI BSF STAT US , RP0 C

57、LRF TRISB BCF STATUS , RP0 MOVF 20H , 0 ANDLW 0FH CALL CONVERT MOVWF RB STOP GOTO STOP ；———————查表（即轉換子程序）—————————————— CONVERT ；子程序名稱 ADDWF PCL , 1 ；把W 內容疊加到 PC 的低 8 位上 TABLE RETLW 3FH ；“0”的筆段碼 RETLW 06H ；“1”的筆段碼 RETLW 5BH ；“2”的筆段碼 RETLW 4FH ；“

58、3”的筆段碼 RETLW 66H ；“4”的筆段碼 RETLW 6DH ；“5”的筆段碼 RETLW 7DH ；“6”的筆段碼 RETLW 07H ；“7”的筆段碼 RETLW 7FH ；“8”的筆段碼 RETLW 6FH ；“9”的筆段碼 RETLW 77H ；“a”的筆段碼 RETLW 7CH ；“b”的筆段碼 RETLW 39H ；“c”的筆段碼 RETLW 5EH ；“d”的筆段碼 RETLW 79H ；“e”的筆段碼 RETLW 71H ；“f”的筆段碼 ；—————————————

59、————————————————— END ；程序全部結束 數據表可以看成是由 16 條 RETLW 指令構成，表頭為 TABEL.當程序跳轉到子程序便開始執(zhí)行 ADDWF 指令，同時程序計數器的當前值已經指向表頭。在此基礎上在疊加存在W 的表內地址偏移量，假設該偏移量為 8 ,則疊加后的PC 指向 RETLW 7FH 指令（其中 7FH 即為數字 8 的顯示筆段碼）；使程序跳轉到該指令并執(zhí)行它，執(zhí)行后便返回到主程序，并同時將 7FH 裝入 W 中。 第四章 各子模塊的實現及其說明 4.1 鍵盤顯示處理 HD7279 在設計單片機系統(tǒng)時，要求選用合適的單

60、片機，在保證功能實現的情況下， 力求外圍不在擴展元件，或者少擴展，盡可能突出其“單片”的優(yōu)勢，進一步簡化系統(tǒng)，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通常單片機系統(tǒng)在許多場合需要鍵盤輸入和數碼顯示功能，在需要鍵盤和數碼管較多時，若選用并行總線的 8279 鍵盤顯示芯片配合74LS138 譯碼器來擴展單片機鍵盤顯示電路，將占用數據總線和許多個I/O 口， 硬件較為復雜。而利用串行鍵盤顯示芯片HD7279A 來擴展單片機系統(tǒng)只需要占用 4 個 I/O 口，因此這里我們選用HD7279 來擴展單片機的鍵盤顯示電路。 HD7279是一片具有串行接口的，可同時驅動8位共陰式數碼管，或64只獨立LED的智能顯示驅動芯。片該芯

61、片同時還可連接多達64鍵的鍵盤矩陣。單片即可完成LED顯示鍵盤接口的全部功能。HD7279內部含有譯碼器可直接接受BCD碼或16 進制碼并同時具有2種譯碼方式。此外還具有多種控制指令，如消隱，閃爍，左移，右移，段尋址等。HE7279具有片選信號,可方便地實現多于8位的顯示或多于64鍵的鍵盤接口。 圖 4.1 HD7279 管腳分布圖 表 4.1 HD7279 引腳說明 4.1.1 程序中應用的重要控制指令： HD7279的控制指令分為兩大類——純指令，和帶有數據的指令。1純指令： ① 復位（清除）指令A4H 當HD7279收到該指令后，將所有的顯示清除，

62、所有設置的字符消隱，閃爍等字符也被一起清除。執(zhí)行該指令后，芯片所處的狀態(tài)和上電所處的狀態(tài)一樣。 ② 測試指令BFH 該指令所有的LED全部點亮，并處于閃爍狀態(tài)，主要用于測試。 ③ .左移指令A1H 所有的顯示自右向左（從第一位向第八位）移動，包括處于消隱狀態(tài)的顯示 位。但對各位所設置的消隱及閃爍屬性不變。移動后最右邊一位為空（無顯示）。 ④ .右移指令A0H 與左移指令類似，但所作的移動為至左向右（從第8位向第一位）移動。移動后，最左邊一位為空。 ⑤ .循環(huán)左移指令A3H 與左移指令類似，不同之處在于移動后原最左邊一位（第8位）的內容顯示于最右邊（第一位） ⑥

63、.循環(huán)右移指令A2H 與循環(huán)左移指令類似，但是方向相反。 2 帶有數據的指令： ① .下載數據且按方式0譯碼 X =無影響 命令由兩個字節(jié)組成，前半部分為指令，其中a1,a2,a0為位地址，具體分配如下： d 0 ~d 3 為數據，收到此指令時，HD7279按以下規(guī)則（譯碼方式0）進行譯碼， 如表4.2。 表4.2 HD7279譯碼真值表： 小數點顯示由dp位控制，DP=1時，小數點顯示。DP=0時小數點不顯示 ② .閃爍控制88H 此命令控制各個譯碼管的顯示屬性。D1~D8分別代表數碼管1~8，0閃爍，1不閃爍。開機后缺省的狀態(tài)為各位均不閃爍。 ③

64、.消隱控制98H 此命令控制各個數碼管的消隱屬性。D0~D8分別對應數碼管1~8。1顯示，0消隱。當某位賦予了消隱屬性以后，HD7279在掃描時將跳過該位，因此在這種情況下無論對該位寫入何值，均不會被顯示，但寫入的值將被保留，在將該位重新設為顯示狀態(tài)后，最后一次寫入的數據將被顯示出來。當無需用到全部8個數碼管顯示的時候，將不用的位設為消隱屬性，可提高顯示的亮度。 注意：至少有一位要處于顯示的狀態(tài)，如果消隱控制指令中D1~D8全為0將不被接受,HD7279將保持原來的消隱狀態(tài)不變。 ④ .讀鍵盤數據指令15H 該指令從HD7279讀出當前的按鍵代碼。與其它的指令不同，此命令的前一

65、個字節(jié)00010101B為微控制器，傳送到HD7279的指令，而后面一個字節(jié)D0~D7則為HD7279返回的按鍵代碼，其范圍是0~3FH（無鍵按下時為0XFF） 當HD7279檢測到有效的按鍵時，KEY引腳從高電平變成低電平，并一直保持到按鍵結束。在此期間，如果HD7279接收到“讀鍵盤數據指令”,則輸出當前按鍵的鍵盤代碼，如果在收到：“讀鍵盤指令”時沒有有效按鍵，HD7279輸出FFH(11111111B) HD7279應連接共陰式數碼管。無需用到的數碼管和鍵盤可以不接，省去數碼管，或設置數碼管消隱屬性均不會影響鍵盤的使用。 實際應用中8只下拉電阻和八只鍵盤連接位選線，DIGO~DIG

66、7的八只電阻 （一下稱為選電阻）,應準從一定的比例關系，下拉電阻應大于位選電阻的5倍小于50倍，典型值為10倍，下拉電阻的取值范圍是10K~100K，位選電阻的取值范圍是1K~10K。在不影響顯示的前提下，下拉電阻應盡可能的取較小的值。這樣可以提高鍵盤部分的抗干擾能力。 因為采用循環(huán)掃描的工作方式，如果采用普通數碼管亮度有可能不夠，采用高亮或超量的型號，可以解決這個問題。數碼管的尺寸亦不宜選得過大，一般字符高度不應超過1英寸。 HD 7279的RESET復位端在一般應用的情況下，可以直接與正電源連接，在需要較高可靠的情況下，可以連接一外部的復位電路，或直接由單片機控制。在上電或RESET端由低電平變成高電平后HD7279大約需要18~25MS的時間才會進入正常的工作狀態(tài)。 上電后所有的顯示均為空，所有顯示位的屬性均為“顯示”及“不閃爍”。當有鍵按下時，KEY引腳輸出變?yōu)榈碗娖剑藭r如果接收到“讀鍵盤”指令， HD7279將輸出所按下的按鍵代碼。如果在沒有按下的情況下收到“讀鍵盤”指令，HD7279將輸出FFH(255) 程