05_中断与数码管动态显示

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。

1 C语言的数组

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：

unsigned char LedChar[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unsigned char 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 unsigned char a[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。

1.2 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。

1.3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。

unsigned char LedChar[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。

1.4 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给 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。

2 if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，参考第四章。

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....else if 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...else if 语句。他的基本语法格式是：

if (条件表达式 1) {语句 1;}

else if (条件表达式 2) {语句 2;}

else if (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。

3 switch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。

4 数码管的动态显示

4.1 数码管显示的基本原理

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。

#include<reg52.h>

sbit ADDR0 = P1 ^ 0;
sbit ADDR1 = P1 ^ 1;
sbit ADDR2 = P1 ^ 2;
sbit ADDR3 = P1 ^ 3;
sbit ENLED = P1 ^ 4;

unsigned char code LedChar[] = { //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
};
unsigned char LedBuff[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
};

void main()
{
    unsigned char i = 0;    //动态扫描的索引
    unsigned int cnt = 0;   //记录T0中断次数
    unsigned long sec = 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赋初值为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化为数码管显示字符
                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];
            }
            else if(i==1)
            {
                ADDR2 = 0;
                ADDR1 = 0;
                ADDR0 = 1;
                i++;
                P0 = LedBuff[1];
            }
            else if(i == 2)
            {
                ADDR2 = 0;
                ADDR1 = 1;
                ADDR0 = 0;
                i++;
                P0 = LedBuff[2];
            }
            else if(i == 3)
            {
                ADDR2 = 0;
                ADDR1 = 1;
                ADDR0 = 1;
                i++;
                P0 = LedBuff[3];
            }
            else if(i == 4)
            {
                ADDR2 = 1;
                ADDR1 = 0;
                ADDR0 = 0;
                i++;
                P0 = LedBuff[4];
            }
            else if(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 <reg52.h>
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;
unsigned char code LedChar[] = { //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
};
unsigned char LedBuff[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
};
void main()
{
    unsigned char i = 0; //动态扫描的索引
    unsigned int cnt = 0; //记录 T0 中断次数
    unsigned long sec = 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)
            {
                case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
                case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;
                case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;
                case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;
                case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;
                case 5: 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。

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 case 5 要切换到 case 0 的时候，case 5 的位选用的是 ADDR0=1; ADDR1=0; ADDR2=1;假如此刻 case 5 也就是最高位数码管对应的值是 0，我们要切换成的 case 0 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 case 4 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 case 0 对应的数码管 DS1 赋值了一个 0。直到我们把case 0 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。

5 单片机中断系统

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。

5.2 定时器中断的应用

在第四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，我是故意在第四章用查询法，就是使用 if(TF0==1)这样的语句先用定时器，目的是明确，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。

表 6-1 IE——中断使能寄存器的位分配（地址 0xA8、可位寻址）

表 6-2 IE——中断使能寄存器的位描述

中断使能寄存器 IE 的位 0～5 控制了 6 个中断使能，而第 6 位没有用到，第 7 位是总开关。总开关就相当于我们家里或者学生宿舍里的那个电源总闸门，而 0～5 位这 6 个位相当于每个分开关。那么也就是说，我们只要用到中断，就要写 EA = 1 这一句，打开中断总开关，然后用到哪个分中断，再打开相对应的控制位就可以了。

我们现在就把前面的数码管动态显示的程序改用中断再实现出来，同时数码管显示抖动和“鬼影”也一并处理掉了。程序运行的流程跟图 6-1 所示的流程图是基本一致的，但因为加入了中断，所以整个流程被分成了两部分，转换为数码管显示字符的部分还留在主循环内，而实现 1 秒定时和动态扫描部分则移到了中断函数内，并加入了消隐的处理。下面来看程序：

#include <reg52.h>
sbit ADDR0 = P1^0;
sbit ADDR1 = P1^1;
sbit ADDR2 = P1^2;
sbit ADDR3 = P1^3;
sbit ENLED = P1^4;

unsigned char code LedChar[] = { //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
};

unsigned char LedBuff[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
};

unsigned char i = 0; //动态扫描的索引
unsigned int cnt = 0; //记录 T0 中断次数
unsigned char flag1s = 0; //1 秒定时标志

void main()
{
    unsigned long sec = 0; //记录经过的秒数
    EA = 1; //使能总中断
    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;
    ET0 = 1; //使能 T0 中断
    TR0 = 1; //启动 T0
 
    while (1)
    {
        if (flag1s == 1) //判断 1 秒定时标志
        {
            flag1s = 0; //1 秒定时标志清零
            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];
        }
    }
}

/* 定时器 0 中断服务函数 */
void InterruptTimer0() interrupt 1
{
    TH0 = 0xFC; //重新加载初值
    TL0 = 0x67;
    cnt++; //中断次数计数值加 1
    if (cnt >= 1000) //中断 1000 次即 1 秒
    {
        cnt = 0; //清零计数值以重新开始下 1 秒计时
        flag1s = 1; //设置 1 秒定时标志为 1
    }
    //以下代码完成数码管动态扫描刷新
    P0 = 0xFF; //显示消隐
    switch (i)
    {
        case 0: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[0]; break;
        case 1: ADDR2=0; ADDR1=0; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[1]; break;
        case 2: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[2]; break;
        case 3: ADDR2=0; ADDR1=1; ADDR0=1; i++; P0=LedBuff[3]; break;
        case 4: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=0; i++; P0=LedBuff[4]; break;
        case 5: ADDR2=1; ADDR1=0; ADDR0=1; i=0; P0=LedBuff[5]; break;
        default: break;
    }
}

大家可以先把程序抄下来，编译下载到单片机里运行，看看实际效果。是否可以看到，近乎完美的显示效果经过我们的努力终于做成功了。下面我们还要再来解析一下这个程序。

在这个程序中，有两个函数，一个是主函数，一个是中断服务函数。主函数 main()我们就不用说了，重点强调一下中断服务函数，它的书写格式是固定的，首先中断函数前边 void表示函数返回空，即中断函数不返回任何值，函数名是 InterruptTimer0()，这个函数名在符合函数命名规则的前提下可以随便取，我们取这个名字是为了方便区分和记忆，而后是 interrupt这个关键字，一定不能错，这是中断特有的关键字，另外后边还有个数字 1，这个数字 1 怎么来的呢？我们先来看表 6-3。

表 6-3 中断查询序列

这个表格同样不需要大家记住，需要的时候过来查就可以了。我们现在看第二行的 T0中断，要使能这个中断那么就要把它的中断使能位 ET0 置 1，当它的中断标志位 TF0 变为 1时，就会触发 T0 中断了，那么这时就应该来执行中断函数了，单片机又怎样找到这个中断函数呢？靠的就是中断向量地址，所以 interrupt 后面中断函数编号的数字 x 就是根据中断向量得出的，它的计算方法是 x*8+3=向量地址。当然表中都已经给算好放在第一栏了，我们可以直接查出来用就行了。到此为止，中断函数的命名规则我们就都搞清楚了。

中断函数写好后，每当满足中断条件而触发中断后，系统就会自动来调用中断函数。比如我们上面这个程序，平时一直在主程序 while(1)的循环中执行，假如程序有 100 行，当执行到 50 行时，定时器溢出了，那么单片机就会立刻跑到中断函数中执行中断程序，中断程序执行完毕后再自动返回到刚才的第 50 行处继续执行下面的程序，这样就保证了动态显示间隔是固定的 1ms，不会因为程序执行时间不一致的原因导致数码管显示的抖动了。

5.3 中断的优先级

中断优先级的内容，大家先通过我的介绍大概了解一下即可，后边实际应用的时候我们再详细理解。

在讲中断产生背景的时候，我们仅仅讲了看电视和烧水的例子，但是实际生活当中还有更复杂的，比如我正在看电视，这个时候来电话了，我要进入接电话的“中断”程序当中去，就在接电话的同时，听到了水开的声音，水开的“中断”也发生了，我们就必须要放下手上的电话，先把煤气关掉，然后再回来听电话，最后听完了电话再看电视，这里就产生了一个优先级的问题。

还有一种情况，我们在看电视的时候，这个时候听到水开的声音，水开的“中断”发生了，我们要进入关煤气的“中断”程序当中，而在关煤气的同时，电话声音响了，而这个时候，我们的处理方式是先把煤气关闭，再去接听电话，最后再看电视。

从这两个过程中，我们可以得到一个结论，就是最最紧急的事情，一旦发生后，我们不管当时处在哪个“程序”当中，我们必须先去处理最最紧急的事情，处理完毕后再去解决其它事情。在我们的单片机程序当中有时候也是这样的，有一般紧急的中断，有特别紧急的中断，这取决于具体的系统设计，这就涉及到中断优先级和中断嵌套的概念，在本章节我们先简单介绍一下相关寄存器，不做例程说明。

中断优先级有两种，一种是抢占优先级，一种是固有优先级，先介绍抢占优先级。来看表 6-4 和表 6-5。

表 6-4 IP——中断优先级寄存器的位分配（地址 0xB8、可位寻址）

表 6-5 IP——中断优先级寄存器的位描述

IP 这个寄存器的每一位，表示对应中断的抢占优先级，每一位的复位值都是 0，当我们把某一位设置为 1 的时候，这一位的优先级就比其它位的优先级高了。比如我们设置了 PT0位为 1 后，当单片机在主循环或者任何其它中断程序中执行时，一旦定时器 T0 发生中断，作为更高的优先级，程序马上就会跑到 T0 的中断程序中来执行。反过来，当单片机正在 T0中断程序中执行时，如果有其它中断发生了，还是会继续执行 T0 中断程序，直到把 T0 中的中断程序执行完毕以后，才会去执行其它中断程序。

当进入低优先级中断中执行时，如又发生了高优先级的中断，则立刻进入高优先级中断执行，处理完高优先级级中断后，再返回处理低优先级中断，这个过程就叫做中断嵌套，也称为抢占。所以抢占优先级的概念就是，优先级高的中断可以打断优先级低的中断的执行，从而形成嵌套。当然反过来，优先级低的中断是不能打断优先级高的中断的。

那么既然有抢占优先级，自然就也有非抢占优先级了，也称为固有优先级。在表 6-3 中的最后一列给出的就是固有优先级，请注意，在中断优先级的编号中，一般都是数字越小优先级越高。从表中可以看到一共有 1～6 共 6 级的优先级，这里的优先级与抢占优先级的一个不同点就是，它不具有抢占的特性，也就是说即使在低优先级中断执行过程中又发生了高优先级的中断，那么这个高优先级的中断也只能等到低优先级中断执行完后才能得到响应。既然不能抢占，那么这个优先级有什么用呢？

答案是多个中断同时存在时的仲裁。比如说有多个中断同时发生了，当然实际上发生这种情况的概率很低，但另外一种情况就常见的多了，那就是出于某种原因我们暂时关闭了总中断，即 EA=0，执行完一段代码后又重新使能了总中断，即 EA=1，那么在这段时间里就很可能有多个中断都发生了，但因为总中断是关闭的，所以它们当时都得不到响应，而当总中断再次使能后，它们就会在同时请求响应了，很明显，这时也必需有个先后顺序才行，这就是非抢占优先级的作用了——如表 6-3 中，谁优先级最高先响应谁，然后按编号排队，依次得到响应。

抢占优先级和非抢占优先级的协同，可以使单片机中断系统有条不紊的工作，既不会无休止的嵌套，又可以保证必要时紧急任务得到优先处理。在后续的学习过程中，中断系统会与我们如影随形，处处都有它的身影，随着学习的深入，相信你对它的理解也会更加的深入。