李文婷：基于超声波的液位测量系统
在方式1下的定时时间的计算公式为：
（216-计数初值）×晶振周期×12 （3）方式2
初始化时，8位计数初值同时装入TL0和TH0中。当TL0计数溢出时，置位TF0，同时把保存在预置寄存器TH0中的计数初值自动加载TL0，然后TL0重新计数。 当为定时工作方式时，定时时间的计算公式为：
（255-计数初值）×晶振周期×12 （4）方式3
①工作方式3下的定时器／计数器0
在工作方式3下，定时器／计数器0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以计数使用，又可以定时使用，定时器／计数器0的各控制位和引脚信号全归它使用。TH0则只能作为简单的定时器使用。
②工作方式3下的定时器／计数器1
如果定时器／计数器0已工作在工作方式3，则定时器／计数器1只能工作在方式0、方式1或方式2下，因为它的运行控制位TR1及计数溢出标志位TF1已被定时器／计数器0借用，如图所示。在这种情况下，定时器／计数器1通常是作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。
3.3 8051单片机的中断
3.3.1 中断的定义
所谓的中断就是，当 CPU 正在处理某项事务的时候，如果外界或者内部发生了紧急事件，要求 CPU 暂停正在处理工作而去处理这个紧急事件，待处理完后，再回到原来中断的地方，继续执行原来被中断的程序，这个过程称作中断。
从中断的定义我们可以看到中断应具备中断源、中断响应、中断返回这样三个要素。中断源发出中断请求，单片机对中断请求进行响应，当中断响应完成后应进行中断返回，返回被中断的地方继续执行原来被中断的程序。 3.3.2 8051单片机的中断源
8051单片机的中断源共有两类，它们分别是：外部中断和内部中断。 （1）外部中断源
外部中断0：来自 P3.2 引脚，采集到低电平或者下降沿时，产生中断请求。 外部中断1：来自 P3.3 引脚，采集到低电平或者下降沿时，产生中断请求。 （2）内部中断源
定时器∕计数器0（ T0 ）：定时功能时，计数脉冲来自片内；计数功能时，计数脉冲来自片外 P3.4 引脚。发生溢出时，产生中断请求。
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山东交通学院毕业设计（论文）
定时器∕计数器1（ T1 ）：定时功能时，计数脉冲来自片内；计数功能时，计数脉冲来自片外 P3.5 引脚。发生溢出时，产生中断请求。
串行口：为完成串行数据传送而设置。单片机完成接受或发送一组数据时，产生中断请求。
3.3.3 中断控制的专用寄存器
MCS-51单片机为用户提供了四个专用寄存器，来控制单片机的中断系统。 （1）定时器控制寄存器（TCON）
该寄存器用于保存外部中断请求以及定时器的计数溢出。进行字节操作时，寄存器地址为88H。按位操作时，各位的地址为88H～8FH。寄存器的内容及位地址表示如下：
表3.3 寄存器TCON Table 3.3 registers TCON
位地址 位符号 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0
IT0 和IT1——外部中断请求触发方式控制位 IT0 （IT1）＝1 脉冲触发方式，下降沿有效 IT0 （IT1）＝0 电平触发方式，低电平有效 IE0和IE1——外中断请求标志位
当CPU采样到INT0（或INT1）端出现有效中断请求时，IE0（IE1）位由硬件置“1”。 当中断响应完成转向中断服务程序时，由硬件把IE0（或IE1）清零。 TR0 和TR1——定时器运行控制位
TR0 （TR1 ）＝0 定时器/计数器不工作 TR0 （TR1 ）＝1 定时器/计数器开始工作 ? TF0和TF1——计数溢出标志位
当计数器产生计数溢出时，相应的溢出标志位由硬件置“1”。当转向中断服务时，再由硬件自动清“0”。计数溢出标志位的使用有两种情况：采用中断方式时，作中断请求标志位来使用；采用查询方式时，作查询状态位来使用。
（2）串行口控制寄存器（SCON）
进行字节操作时，寄存器地址为98H。按位操作时，各位的地址为98H～9FH。寄存器的内容及位地址表示如下：
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表3.4 串行口控制寄存器SCON Table 3.4 serial port control registers SCON
位地址 9FH 9EH 9DH 9CH 位符号 SM0 SM1 SM2 R EN 9BH 9AH 99H TB8 RB8 TI 98H RI
其中与中断有关的控制位共2位： TI——串行口发送中断请求标志位
当发送完一帧串行数据后，由硬件置“1”；在转向中断服务程序后，用软件清“0”。 RI——串行口接收中断请求标志位
当接收完一帧串行数据后，由硬件置“1”；在转向中断服务程序后，用软件清“0”。串行中断请求由TI和RI的逻辑或得到。就是说，无论是发送标志还是接收标志，都会产生串行中断请求。
（3）中断允许控制寄存器（IE）
进行字节操作时，寄存器地址为0A8H。按位操作时，各位的地址为0A8H～0AFH。寄存器的内容及位地址表示如下：
表3.5 中断允许控制寄存器IE
Table 3.5 IE to the interrupt enable control register
位地址 0AFH 0AEH 位符号 EA / 0ADH / 0ACH ES 0ABH 0AAH 0A9H 0A8H ET0 EX0 ET1 EX1
其中与中断有关的控制位共6位： EA——中断允许总控制位
EA＝0 中断总禁止，禁止所有中断
EA＝1 中断总允许，总允许后中断的禁止或允许由各中断源的中断允许控制位进行设置。
EX0和EX1——外部中断允许控制位 EX0（EX1）＝0 禁止外部中断 EX0（EX1）＝1 允许外部中断
ET0和ET1——定时器/计数器中断允许控制位 ET0（ET1）＝0 禁止定时器/计数器中断 ET0（ET1）＝0 允许定时器/计数器中断 ES——串行中断允许控制位 ES=0 禁止串行中断
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ES=1 允许串行中断
可见，MCS-51单片机通过中断允许控制寄存器对中断的允许（开放）实行两级控制。即以EA位作为总控制位，以各中断源的中断允许位作为分控制位。当总控制位为禁止时，关闭整个中断系统，不管分控制为状态如何，整个中断系统为禁止状态；当总控制位为允许时，开放中断系统，这时才能由各分控制位设置各自中断的允许与禁止。
MCS-51单片机复位后（IE）＝00H，因此中断系统处于禁止状态。单片机在中断响应后不会自动关闭中断。因此在转中断服务程序后，应根据需要使用有关指令禁止中断，即以软件方式关闭中断。
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4. 硬件设计
硬件电路主要由单片机系统及显示电路、超声波发射电路、超声波检测接收电路以及温度检测电路组成。单片机选用8051，经济易用，且片内有4K的ROM，便于编程。采用12MHz高精度的晶振，以获得较稳定的时钟频率，减小测量误差。单片机8051通过P1.0引脚经振荡器来控制超声波的发送，然后单片机不停的检测INT0引脚，当INT0引脚的电平由高电平变为低电平时就认为超声波已经返回。计数器所计的数据就是超声波所经历的时间，并进行温度的测量，通过换算就可以得到传感器与障碍物之间的距离。最后通过数码管LED显示出来。用LED显示数字比较清晰，而且电路结构简单，成本低廉。
4.1 8051单片机的最小系统组成
单片机最小系统，或者称为最小应用系统，是指用最少的元件组成单片机可以工作的系统。对8051单片机来说，最小系统应该包括：单片机、晶振电路、复位电路。下面是8051单片机的最小系统电路。
图4.1 最小系统电路图
Figure 4.1 minimum system circuit diagram
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