单片机开发：外部中断仿真与开发板实验

实验目标

了解51单片机的外部中断机制，包括中断触发方式、中断优先级等概念。学习并掌握51单片机外部中断的编程方法，通过实验，掌握从程序设计、硬件设计到软件编程的完整过程，提升系统设计与开发能力。

中断机制

中断机制是指单片机在执行主程序时，发生外部事件A，请求单片机迅速处理（中断请求），单片机暂停当前的主程序（中断响应），保存当前断点数据，然后调用事件A的处理程序进行事件响应，事件A处理完成后，主程序恢复断点处的数据，并继续执行主程序。

引起单片机中断的来源称为中断源，中断源向单片机发出中断请求，单片机暂停主程序的执行，转去处理中断事件，对事件处理完毕，再回到原来被中断的地方（断点）继续执行主程序。中断源可以是传感器、串口、键盘等外部设备，这些外部设备如何向51单片机发送中断请求呢？51单片机通过P3.2端口、P3.3端口引入外部中断，该端口为低电平或下降沿时会引发中断，P3.2端口的中断名称为INT0，P3.3端口的中断名称为INT1，外部设备可以连接这两个端口向单片机发送中断请求。

上图给出了一个单片机中断场景，按钮接P3.2端口，即单片机外部中断INT0，按钮的另一端接地，P3.2端口与地接通，输入低电平，触发INT0中断请求，单片机主程序调用INT0中断函数，给P1.0端口送入低电平，发光二极管点亮，当按钮再次被按下时，再次触发INT0中断请求，单片机主程序调用INT0中断函数，给P1.0端口送入高电平，发光二极管熄灭，……，以此类推每次按下按钮都会触发INT0中断请求，发光二极管状态取反（点亮或熄灭）。

51单片机提供了5个中断源，如果同时有两个中断源发出中断请求信号，CPU会根据优先级决定接受哪一个中断请求，先接受高优先级的中断请求，再接受低优先级的中断请求。

单片机可以配置中断功能的启用和关闭，它通过中断允许寄存器IE来设定各个中断源的打开和关闭，IE是特殊功能寄存器，寄存器地址是A8H，该寄存器允许位操作，位地址由低位到高位分别是A8H~AFH，单片机复位是IE寄存器的全部位都清零，即关闭所有中断功能，若要开启中断功能，需要在程序中开启。中断允许寄存器IE位定义见下表。

EA是全局中断允许位，要开启某个中断源，先要设置EA为1，然后再设置该中断源的中断允许位。

外部中断仿真实验

实验目的

通过中断仿真实验，了解简单中断电路的设计和中断程序设计。

实验步骤

实验步骤如下：① 设计电路图；② 编写中断程序；③ 仿真运行中断程序。

设计电路图

创建一个新工程

启动Proteus 8，新建一个工程，选择“DEFAULT”模板，选择“不创建PCB布版设计”，选择“创建固件项目”，固件选择8051系列的AT89C52芯片，C编译器选择Keil for 8051，单击“下一步”，在弹出的对话框中单击“完成”按钮，即可完成工程的创建。

设计电路图

在“原理图绘制窗口”进行电路图的设计。AT89C52元件已放置到原理图绘制窗口，另外添加一个按钮、一个发光二极管、一个电阻，一个接地端、一个电源到原理图绘制窗口。
各电子元件接线方式如下图所示：

按钮一端接P3.2端口，即单片机外部中断INT0，另一端接地。当按钮按下时，P3.2端口与地接通，该端口输入低电平，触发INT0中断请求。
电路图的D1为发光二极管，负极接单片机P1.0，正极接200欧姆的电阻，电阻的一端接5V电源，该电阻对电路进行限流，因为发光二级管允许流过的电流较小，所以需要串联一个约几百欧姆的电阻。

编写中断程序

中断程序主要由初始化中断和中断处理函数构成。初始化中断完成中断寄存器、中断类型、中断触发方式的配置。中断处理函数用于响应中断事件。

（1）初始化中断
‌开启总中断‌：设置EA（全局中断允许位）为1，以允许中断发生。
‌开启特定中断‌：根据需要开启的中断类型（如外部中断、定时器中断等），设置相应的中断允许位。例如，对于外部中断0，需要设置EX0为1。
‌配置中断触发方式‌（对于外部中断）：根据需求配置为低电平触发（IT0/IT1=0）或下降沿触发（IT0/IT1=1）。
（2）中断函数
51单片机中断处理函数格式如下：
void 函数名() interrupt 中断号 using 工作组
{
中断处理代码
}
中断处理函数不返回任何值，因此函数的返回类型为void，函数名命名规则和C函数相同，中断函数不能带任何参数，interrupt是定义中断处理函数关键字，中断号是中断源的序号，该序号是编译器识别不同中断的唯一符号，在写中断处理函数时必须要对应正确的中断号，“using 工作组”是设置该中断处理函数使用单片机内存4组工作寄存器的那一组，编译器在编译时会自动分配寄存器工作组，因此该语句可以省略。

单片机内运行的完整C程序如下：

#include<reg51.h>
sbit led0 = P1^0;
sbit button=P3^2; //定义按键
void main()
{
EA = 1; // 全局中断允许位，启用所有中断
EX0 = 1; // 外部中断0允许位
led0 = 1; // 初始化LED状态
while(1); // 主循环，等待中断发生
}

// 中断处理函数
void t1() interrupt 0
{
if( button == 0 ) {
led0 = ~led0;
}

}

在Proteus 8内打开源代码窗口，编辑main.c文件，输入上面的代码，然后构建工程，若代码存在问题，修改代码后再次构建工程。

仿真运行中断程序

工程构建成功后，将窗口切换到“原理图绘制”，选择“调试”菜单下的“运行仿真”命令。程序运行后，按下按钮，D1发光二极管点亮。

外部中断开发板实验

实验目的

使用开发板上的独立按键K3控制LED亮灭。

硬件设计

本实验实验的硬件资源如下：
（1）独立按键模块K3
（2）LED模块D1
如果要想使用外部中断 0 控制 LED，就必须通过单片机外部中断管脚与按键 K3 连接。由于开发板上部分模块电路是集成的，因此无需手动连接直接使用单片机 P3^2 和 P2^0 管脚即可。

软件设计

本实验使用独立按键K3控制LED模块的D1亮灭。从电路原理图可以看出，按键K3与单片机P3^2管脚连接，而P3^2端口正是单片机引入外部中断的端口，K3按键被按下后，P3^2端口接地，触发外部INT0中断请求。D1通过限流电阻与P2^0管脚连接，P2^0管脚引入低电平D1点亮，引入高电平D1熄灭。
定义外部中断初始化函数，启用所有中断，配置外部中断0允许位，初始化LED模块D1状态。
定义中断服务函数，在中断服务函数内部修改LED模块D1状态。

编写程序

启动Keil软件后，创建一个新项目，选择单片机型号STC89C52RC。在项目中添加C语言源文件main.c。
在main.c文件内输入下面的源代码：

#include "reg52.h"
typedef unsigned int u16;
typedef unsigned char u8;
sbit k3=P3^2; //定义按键 K3
sbit led=P2^0; //定义 P20 口是 led

// 延迟函数
void delay(u16 i)
{
while(i--);
}

// 初始化函数
void Int0Init()
{
//设置 INT0
IT0=1;//跳变沿出发方式（下降沿）
EX0=1;//打开 INT0 的中断允许。
EA=1;//打开总中断
}

void main()
{
Int0Init(); // 设置外部中断 0
while(1);
}

//外部中断 0 的中断函数
void Int0() interrupt 0
{
delay(1000); //延时消抖
if(k3==0)
{
led=~led;
}

3.8.4.5.实验现象

使用 USB 线将开发板和电脑连接成功后，把编写好的程序编译后将编译产生的.hex 文件烧入到芯片内，开发板会自动运行下载的程序，按下K3按键，LED模块的D1会反转其状态。