51单片机之感应开盖垃圾桶

定时器

晶振

时钟周期

机械周期

每经过一个机械周期经过多长时间

定时器和计数器的区别

定时器相关寄存器

定时10ms，相关寄存器的配置

单片机中断

什么是中断

中断源

中断优先级

中断函数

中断嵌套

中断相关寄存器

PWM信号

超声波（HC-SR04）测距

感应开盖垃圾桶

思路

代码实现

定时器

晶振

晶体震荡器，又称数字电路的“心脏”，是各种电子产品里面必不可少的频率元器件。数字电路的所有工作都离不开时钟，晶振的好坏、晶振电路设计的好坏，会影响到整个系统的稳定性。

时钟周期

时钟周期也称为振荡周期，定义为时钟频率的倒数。时钟周期是计算机中最基本的、最小的时间单位。在一个时钟周期内，CPU仅完成一个最基本的动作。时钟周期是一个时间的量。更小的时钟周期就意味着更高的工作频率。

机械周期

机器周期也称为CPU周期。在计算机中，为了便于管理，常把一条指令的执行过程划分为若干个阶段（如取指、译码、执行等），每一阶段完成一个基本操作。完成一个基本操作所需要的时间称为机器周期。一般情况下，一个机器周期由若干个时钟周期组成。

每经过一个机械周期经过多长时间

以晶振频率11.0592MHZ为例，时钟周期为晶振的倒数，即1/1105920000秒

如果是12T模式，机械周期 = 12 X 时钟周期，即12/11059200000秒 = 1.085微秒
如果是6T模式，机械周期 = 6 X 时钟周期，即6/11059200000秒 = 0.5425微秒

定时器和计数器的区别

51单片机中的定时器和计数器使用同一个硬件电路，通过修改寄存器的配置来将该硬件电路变成定时器或者计数器。

当配置成定时器时，每经过一个机械周期，计数存储器的值加1，C51有两个定时器T0和T1。
当配置成计数器时，每来一个负跳变信号（高电平跳到低电平），计数存储器的值加1。

定时器相关寄存器

定时器计时（TH和TL寄存器）

当定时器的TH寄存器和TL寄存器都用起来，即一共有16位，那么该定时器最多数2^16 = 65536下，即大概65536*1.085微秒 = 71毫秒，也就是说定时器T0或者定时器T1最多定时71毫秒。
如现在需要使用定时器0定时10毫秒，怎么配置寄存器TH0和TL0，只需要配置TH0 = 0xDC , TL0 = 0x00。

定时器控制寄存器（TCON寄存器）

以定时器0和外部中断0为例

TF标志位：当定时器0爆表后（即定时结束后），TF标志位，TF0会置1（TF0 = 1），此时会向CPU请求中断，如果中断条件允许的话就执行外部中断0，执行完中断后，TF0会硬件置0（TF = 0），当我们不想它执行中断就可以软件置0，即手动将TF0置0（TF =0）。
TR标志位：当TR0 =1 时，定时器0才1会允许计数，即开始计时，当TR0 = 0时，不允许定时器0进行计数。
IE标志位：当IE0 = 1时，会向CPU请求外部中断0，当CPU响应外部中断0后会将IE0硬件置零（IE0 = 0）。
IT标志位：当IT0 = 1时，低电平触发外部中断0；当IT0 = 0时，下降沿触发外部中断0。

定时器模式寄存器（TMOD寄存器）

以定时器0为例

GATE标志位：一般为0，GATE = 0时，当TR0 = 0时，定时器0开始计数。
C/T标志位：一般为0，C/T为0时，让定时器0作为定时器
M1、M0标志位：一般为0、1，16位定时器，TL0和TH0两个寄存器都使用。

通过定时器0，让蜂鸣器叫一秒，不叫一秒，定时器0爆表后，不执行中断

#include "reg52.h"sbit buzzer = P1^2;void main()
{int cnt = 0;buzzer = 1;TMOD = 0x01; //设置定时器0为16为计时模式//设置定时器0定时时间为10msTH0 = 0xDC;TL0 = 0x00;TR0 = 1; //定时器0开始计时TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断while(1){//当定时器0爆表时if(TF0 == 1){ TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断cnt++;TH0 = 0xDC;TL0 = 0x00;if(cnt == 100){cnt = 0;buzzer = !buzzer;}}}
}

定时10ms，相关寄存器的配置

AUXR寄存器

单片机中断

什么是中断

当中央处理机CPU正在处理某件事的时候外界发生了紧急事件请求，要求CPU暂停当前的工作，转而去处理这个紧急事件，处理完以后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作，这样的过程称为中断。
实现这种功能的部件称为中断系统。
请示CPU中断的请求源称为中断源。
CPU总是先响应优先级别最高的中断请求。

中断源

中断优先级

中断函数

中断嵌套

当CPU正在处理一个中断源请求的时候(执行相应的中断服务程序)，发生了另外一个优先级比它还高的中断源请求。如果CPU能够暂停对原来中断源的服务程序，转而去处理优先级更高的中断请求源，处理完以后，再回到原低级中断服务程序，这样的过程称为中断嵌套。

中断相关寄存器

中断允许寄存器（IE寄存器）

辅助中断控制寄存器（XICON寄存器）

中断优先级控制寄存器高（IPH寄存器）

中断优先级控制寄存器低（IP寄存器）

对于XICON寄存器、IP寄存器、IPE寄存器可配置的一些功能

IPH寄存器的位PX3H和XICON寄存器的位PX3可控制外部中断3的优先级
IPH寄存器的位PX2H和XICON寄存器的位PX2可控制外部中断2的优先级
IPH寄存器的位PX1H和IP寄存器的位PX1可控制外部中断1的优先级
IPH寄存器的位PX0H和IP寄存器的位PX0可控制外部中断0的优先级
IPH寄存器的位PSH和IP寄存器的位PS可控制串口1的优先级
IPH寄存器的位PTH2和IP寄存器的位PT2可控制定时器2的优先级
IPH寄存器的位PTH1和IP寄存器的位PT1可控制定时器1的优先级
IPH寄存器的位PTH0和IP寄存器的位PT0可控制定时器0的优先级

通过定时器0和外部中断0，让蜂鸣器叫一秒，不叫一秒，定时器0爆表后，执行外部中断0

#include "reg52.h"
#include <intrins.h>sbit buzzer = P1^2;int cnt = 0;void timer0Init()
{TMOD = 0x01; //设置定时器0为16为计时模式//设置定时器0定时时间为10msTH0 = 0xDC;TL0 = 0x00;TR0 = 1; //定时器0开始计时TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断ET0 = 1; //定时器0中断开关EA = 1; //总中断开关
}void Delay300ms()      //@11.0592MHz
{unsigned char i, j, k;_nop_();i = 3;j = 26;k = 223;do{do{while (--k);} while (--j);} while (--i);
}void main()
{buzzer = 1;timer0Init()while(1);
}//定时器0的中断函数
void Time0Handler() interrupt 1
{cnt++;TH0 = 0xDC;TL0 = 0x00;if(cnt == 100){buzzer = !buzzer;cnt = 0;}
}

PWM信号

PWM，英文名Pulse Width Modulation，是脉冲宽度调制缩写，它是通过对一系列脉冲的宽度进行调制，等效出所需要的波形（包含形状以及幅值），对模拟信号电平进行数字编码，也就是说通过调节占空比的变化来调节信号、能量等的变化，占空比就是指在一个周期内，信号处于高电平的
时间占据整个信号周期的百分比，例如方波的占空比就是50%。

PWM是脉冲宽度调制。
通过调节占空比来调节信号。
一个周期内，高电平占据的时长的百分比称为占空比。

软件模拟pwm波驱动sg90舵机转动不同角度，驱动sg90舵机时，PWM信号的频率不能太高，大概为50HZ，即0.02s（20ms）左右。

0.5ms--->舵机转动45°，即占空比为2.5%。、
1.0ms--->舵机转动90°，即占空比为5.0%。
1.5ms--->舵机转动135°，即占空比为7.5%。
2.0ms--->舵机转动45°，即占空比为10.0%。
2.5ms--->舵机转动180°，即占空比为12.5%。

#include "reg52.h"
#include <intrins.h>sbit sg90 = P1^2;int angle;
int cnt;void timer0Init()
{TMOD = 0x01; //设置定时器0为16为计时模式//设置定时器0定时时间为0.5msTH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;TR0 = 1; //定时器0开始计时TF0 = 0; //外部中断0标志位置0，不进行定时器0产生的中断ET0 = 1; //定时器0中断开关EA = 1; //总中断开关
}void Delay300ms()      //@11.0592MHz
{unsigned char i, j, k;_nop_();i = 3;j = 26;k = 223;do{do{while (--k);} while (--j);} while (--i);
}void Delay1000ms()     //@11.0592MHz
{unsigned char i, j, k;_nop_();i = 8;j = 1;k = 243;do{do{while (--k);} while (--j);} while (--i);
}void main()
{Delay300ms();timer0Init();angle = 1; //设置舵机转动角度45° cnt = 0;sg90 = 1;while(1){angle = 3; //设置舵机转动角度135°cnt = 0;Delay1000ms();angle = 1; //设置舵机转动角度45°cnt = 0;Delay1000ms();}
}//定时器0的中断函数
void Time0Handler() interrupt 1
{TH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;//控制占空比if(cnt < angle){sg90 = 1;}else{sg90 = 0;}cnt++;if(cnt == 40){  //每个周期为20mscnt = 0;sg90 = 1;}
}

超声波（HC-SR04）测距

超声波时序图

发送超声波：当Trig引脚接收到一个10微秒以上的高电平后开始发送超声波，当开始发送超声波后，Echo引脚会从低电平跳转到高电平。
接收超声波：当发出去的超声波返回来并被接收后，Echo引脚会从高电平跳转到低电平。
超声波从发出到被接收的时间：Echo持续高电平的时间，当超声波发出去的瞬间启动定时器，超声波被接收的瞬间停止定时器，查看中间经过的时间。
测距：距离 = 声音速度（340m/s）* 时间 / 2，除以2是因为超声波经过了两倍距离。

超声波测距，距离少过10cm时，蜂鸣器叫，距离超过10cm时，蜂鸣器不叫

#include "reg52.h"
#include <intrins.h>sbit buzzer = P1^4;
sbit Trig = P1^2;
sbit Echo = P1^3;void Delay15us()      //@11.0592MHz
{unsigned char i;i = 4;while (--i);
}void timer1Init()
{   TMOD = 0x10;TH1 = 0x00;TL1 = 0x00;TF1 = 0;
}void ultrasonicStart()
{Trig = 0;Trig = 1;Delay15us();Trig = 0;
}void main()
{double time = 0;double distance = 0;timer1Init();while(1){ultrasonicStart();while(Echo == 0);  //当Echo引脚从低电平跳到高电平时开启定时器1TR1 = 1;while(Echo == 1);  //当Echo引脚从高电平跳到低电平时关闭定时器1TR1 = 0;time = (TH1*256 + TL1) * 1.085;  //微秒/*定时器16位全用时:高八位TH寄存器每加次1，计数存储器的值就加256;低八位TL寄存器每次加1，计数存储器的值就加1;计数存储器的值每次加1时，就经过了一个机械周期(经过时间1.085微秒)*/distance = time * 0.017;  //CMif(distance < 10){buzzer = 0;}else{buzzer = 1;}//定时器1清0TH1 = 0x00;TL1 = 0x00;}}

感应开盖垃圾桶

思路

当检测到有人靠近垃圾桶时，垃圾桶通过sg90舵机开盖，并让蜂鸣器叫一秒，三秒后关盖。当发生垃圾桶震动时，垃圾桶通过sg90舵机开盖，并让蜂鸣器叫一秒，三秒后关盖。（舵机的软件PWM用定时器0实现，超声波的距离检测用定时器1实现，震动传感器用外部中断1实现）

代码实现

#include "reg52.h"
#include <intrins.h>sbit Trig = P1^5;
sbit Echo = P1^6;
sbit sg90 = P1^1;
sbit vibrate = P3^2;
sbit buzzer = P3^1;int angle;
int angleBack;
int cnt = 0;
int markVibrate = 0;void Delay100ms()      //@11.0592MHz
{unsigned char i, j;i = 180;j = 73;do{while (--j);} while (--i);
}void Delay500ms()      //@11.0592MHz
{unsigned char i, j, k;_nop_();i = 4;j = 129;k = 119;do{do{while (--k);} while (--j);} while (--i);
}void Delay10us()       //@11.0592MHz
{unsigned char i;i = 2;while (--i);
}void interrupt0Init()
{EX0 = 1;  //外部中断0中断开关IT0 = 0;  //外部中断0为低电平触发
}void timer0Init()
{//设置定时器0为16为计时模式TMOD &=0xF0; TMOD |=0x01; //设置定时器0定时时间为0.5msTH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;TR0 = 1;  //定时器0开始计时TF0 = 0;  //不执行定时器0爆表时导致的中断ET0 = 1;  //定时器0中断开关EA = 1;  //总中断开关
}void timer1Init()
{   //设置定时器1为16为计时模式TMOD &= 0x0F;TMOD |= 0x10;  TH1 = 0x00;TL1 = 0x00;TF1 = 0;  //定时器1中断开关
}void ultrasonicStart()
{Trig = 0;Trig = 1;Delay10us();Trig = 0;
}double getDistance()
{double time = 0;//定时器1清0TH1 = 0x00;TL1 = 0x00;ultrasonicStart();while(Echo == 0);  //当Echo引脚从低电平跳到高电平时开启定时器1TR1 = 1;while(Echo == 1);  //当Echo引脚从高电平跳到低电平时关闭定时器1TR1 = 0;time = (TH1*256 + TL1) * 1.085;  //微秒return (time * 0.017);
}void sg90Init()
{angle = 1; //设置舵机转动角度45° cnt = 0;sg90 = 1;
}
//开盖
void openLib()
{angle = 4; //设置舵机转动角度135°if(angleBack != angle){  cnt = 0;buzzer = 0;Delay500ms();buzzer = 1;}angleBack = angle;
}
//关盖
void closeLib()
{angle = 1; //设置舵机转动角度45°if(angleBack != angle){cnt = 0;}angleBack = angle;Delay100ms();
}void main()
{double distance = 0;timer0Init();timer1Init();interrupt0Init();sg90Init();while(1){//超声波测距distance = getDistance();if(distance < 10 || markVibrate == 1){openLib();markVibrate = 0;}else{closeLib();}}
}//定时器0的中断函数
void Time0Handler() interrupt 1
{TH0 = 0xFE;TL0 = 0x33;//控制占空比if(cnt < angle){sg90 = 1;}else{sg90 = 0;}cnt++;if(cnt == 40){  //每个周期为20mscnt = 0;sg90 = 1;}
}void Int0_Routine() interrupt 0
{markVibrate = 1;
}