第五章 單片機的中斷與定時系統(tǒng)

第五章

中斷系統(tǒng)、定時器/計數(shù)器

§5-1MCS-51的中斷系統(tǒng)§5-2

定時/計數(shù)器

§5-1MCS-51的中斷系統(tǒng)一、中斷概述

1、

中斷概念某人看書 執(zhí)行主程序 日常事務(wù)電話鈴響 中斷信號INT=0 中斷請求暫停看書

暫停執(zhí)行主程序中斷響應(yīng)書中作記號當前PC入棧 保護斷點電話談話 執(zhí)行I/O程序 中斷服務(wù)繼續(xù)看書 返回主程序 中斷返回日常事務(wù)程序中斷服務(wù)程序2、

中斷源 中斷源指引起正在執(zhí)行的程序中斷，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中 斷服務(wù)程序的設(shè)備或事件?？煞譃橛仓袛?、軟中斷。

MCS-51單片機的5個中斷源： ①外部中斷2個：、，中斷請求信號分別由P3.2、P3.1輸入,低電平有效、脈沖下降沿有效可選。 入口地址：0003H，0013H。

②定時/計數(shù)溢出中斷2個：T0、T1,計數(shù)溢出時置“1”TF0、TF1位，從而發(fā)出內(nèi)部中斷請求。 入口地址：000BH，001BH。

③串行中斷1個：串行接收或發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時就產(chǎn)生一個內(nèi)部中斷請求RI或TI。 入口地址：0023H。

3、

中斷處理過程 包含：中斷請求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)、中斷返回四個階段. ①中斷請求：中斷源將相應(yīng)請求中斷的標志位置 “1”，表示發(fā)出請求，并由CPU查詢。 ②中斷響應(yīng)：在一條指令的最后一個周期按優(yōu)先級順序查詢中斷標志，為“1”并滿足響應(yīng)條件時響應(yīng)。響應(yīng)操作:斷點壓?！烦袛鄻酥尽P(guān)閉低同級中斷允許→中斷入口地址送PC。實際上響應(yīng)中斷的主要操作是有硬件自動產(chǎn)生一條長調(diào)用指令LCALL。 ③中斷服務(wù)：根據(jù)入口地址轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序，包含保護現(xiàn)場、執(zhí)行中斷主體、恢復(fù)現(xiàn)場。 ④中斷返回：斷點出?！_放中斷允許→返回原程序。

4、中斷優(yōu)先級及其嵌套 優(yōu)先級2個---高優(yōu)先級、低優(yōu)先級，可通過SFR寄存器IP設(shè)置。 中斷嵌套原則為高優(yōu)先級的中斷不能被低優(yōu)先的中斷所中斷，同級中斷不能相互中斷。

5、中斷控制的特點①中斷是隨機發(fā)生的，并且是可編程的。②通過執(zhí)行特定功能的程序段而獲得預(yù)定目的。

6、MCS-51中斷匯集

二、中斷控制 通過對特殊功能寄存器TCON、SCON、IE、IP等四個寄存器的設(shè)定而實現(xiàn)。

1、中斷請求控制 （1）定時中斷、外中斷請求控制寄存器TCON

字節(jié)地址88H，位地址8FH~88H，與中斷請求有關(guān)的各位表示如下：TF1、TF0：T1/T0溢出中斷請求標志。IE1、IE0：外中斷/請求標志。IT1、IT0：外中斷/觸發(fā)方式定義位，“1”—后沿觸發(fā)

（2）串行中斷請求控制寄存器SCON

串行中斷請求由TI、RI的邏輯“或”得到。即不論是發(fā)送標志還是接收標志，都將發(fā)生串行中斷請求。 字節(jié)地址98H，位地址9FH~98H，與中斷請求有關(guān)的各位表示如下：

TI為發(fā)送中斷，RI為接收中斷，為“1”時，請求中斷，響應(yīng)后必須由用戶軟件清零。 （3）中斷請求的撤銷 中斷響應(yīng)后，必須及時清除TCON、SCON中的已響應(yīng)中斷請求標志，否則，會引起中斷的重復(fù)查詢和響應(yīng)。

①外中斷請求的撤銷：對于邊沿觸發(fā)方式：由于觸發(fā)信號過后就消失，撤銷自然也就是自動的。 對于電平觸發(fā)方式：需通過軟硬件結(jié)合的方法來實現(xiàn)撤銷。 ②定時中斷請求的撤銷：定時中斷后，硬件自動清“0”。③串行中斷請求的撤銷：不能自動清“0”，須用軟件的方法在中斷服務(wù)子程序中進行清“0”。

2、中斷允許控制 由SFR寄存器IE設(shè)置，分二級允許控制。以EA位作為總控，以各中斷源的允許位作為分控。

IE字節(jié)地址A8H，位地址AFH~A8H，與中斷允許有關(guān)的各位表示如下： 單片機復(fù)位后，（IE）=00H，因此，整個中斷系統(tǒng)為禁止狀態(tài)。

3、中斷優(yōu)先級控制 由SFR寄存器IP設(shè)置，有2個優(yōu)先級，相應(yīng)位置“1”，為高優(yōu)先級。相應(yīng)位置“0”，為低優(yōu)先級。

IP字節(jié)地址B8H，位地址BFH~B8H，與中斷允許有關(guān)的各位表示如下： 注意：5個中斷允許位全部置“1”時，和全部清0效果一樣，為同優(yōu)先級中斷，按自然優(yōu)先級處理，即為→T0→→T1→串行口，優(yōu)先級依次從高到低。 三、中斷應(yīng)用

1、中斷應(yīng)用的準備工作（1）中斷初始化設(shè)置：定義SP、IP、IE和外中斷觸發(fā)方式選擇；（2）中斷服務(wù)程序：中斷入口、現(xiàn)場保護、中斷主體程序、恢復(fù)現(xiàn)場返回。

2、應(yīng)用舉例

例6-1

通過P1.0~P1.7控制發(fā)光二極管，輸出兩種節(jié)日燈，并利用外中斷P3.2，在兩種狀態(tài)之間切換。 分析：主程序中狀態(tài)：亮1燈左移循環(huán)，中斷程序中的狀態(tài)：以1秒間隔8燈依次亮起，再依次熄滅,循環(huán)3次后返回。

主流程圖（略），程序如下：

ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ；中斷入口

LJMP 0100H ORG 0030H

MAIN：

MOV SP， #60H SETB IT0；設(shè)定下跳有效

SETB EX0 ；開中

SETB EA MOV IP， #01H MOV A， #01H LOOP： MOV P1， A RL A LCALL DELAY AJMP LOOP

中斷服務(wù)程序流程圖：

中斷服務(wù)程序：

ORG 0100H PUSH ACC CLR A MOV R0， #00H LOOP1： SETB C RLC A MOV P1， A LCALL DELAY JNB ACC.7， LOOP1 LOOP2： CLR C RLC A MOV P1， A LCALL DELAY JB ACC.7， LOOP2 INC R0 CJNE R0， #03H， LOOP1 POP ACC

RETI DELAY： （略） ；1秒延時

§5-2

定時/計數(shù)器一、定時/計數(shù)器構(gòu)成1、定時方法軟件延時通過執(zhí)行循環(huán)而獲得延時，短時間延時；硬件延時由硬件電路實現(xiàn)延時，長時間延時；可編程定時通過對系統(tǒng)時鐘脈沖的計數(shù)而獲得延時。2、MCS-51單片機的定時/計數(shù)器

16位定時/計數(shù)器T0、T1，分別由4個8位計數(shù)器組成，均屬SFR寄存器。T0由TH0、TL0構(gòu)成，字節(jié)地址為8CH、8AH；T1由TH1、TL1構(gòu)成，字節(jié)地址為8DH、8BH；

MCS-51單片機定時器結(jié)構(gòu)示意圖3、MCS-51單片機定時/計數(shù)器的功能 歸根結(jié)底是計數(shù)器。 （1）定時功能對片內(nèi)機器周期進行計數(shù)，即每個機器周期產(chǎn)生一個計數(shù)脈沖，計數(shù)加1。

（2）計數(shù)功能對片外從T0（P3.4）、T1（P3.5）引腳輸入的外部脈沖信號進行計數(shù)，下降沿計數(shù)加1。

二、定時/計數(shù)器的控制寄存器 與定時/計數(shù)器有關(guān)的控制寄存器有3個：1、定時器控制寄存器TCON（88H）

SFR寄存器TCON既參與定時控制又參與中斷控制，有關(guān)定時控制的有4位，表示如下：

TF1/TF0：當T1/T0的計數(shù)器計數(shù)溢出時，該位置“1”。

TR1/TR0：T1/T0運行控制位。軟件將其置“1”時，啟動T1/T0工作。2、設(shè)定定時器工作方式寄存器TMOD（89H）

SFR寄存器TMOD用于2個定時器/計數(shù)器T1/T0的工作方式設(shè)定，各位的含義表示如下：

GATE：門控位，定義T1/T0的啟動方式，邏輯如圖：C/：定時/計數(shù)功能選擇位。 為“0”，作定時器用；為“1”，作計數(shù)器用。M1M0：工作方式選擇位。

00方式0 13位計數(shù)器

01方式1 16位計數(shù)器

10方式2 初值自動重裝8位計數(shù)器

11方式32個8位計數(shù)器，僅適用于T0

3、中斷允許控制寄存器IE（A8H）三、定時器/計數(shù)器工作方式1、工作方式0M1M0=00——13位計數(shù)器（1）結(jié)構(gòu)由TH0的全部8位和TL0的低5位構(gòu)成，如下頁圖。當TL0低5位計數(shù)滿時直接向TH0進位，并當全部13位計數(shù)滿溢出時，TF0置“1”。（2）TMOD值： 作定時器：TMOD=00000000=00H

作計數(shù)器：TMOD=00000100=04H（3）計數(shù)初值最大計數(shù)值為213=8192△T=（213—計數(shù)初值）×機器周期（12/fosc）計數(shù)初值=213—欲計數(shù)脈沖數(shù)=213—△T/機器周期

2、工作方式1M1M0=01——16位計數(shù)器方式1時的電路邏輯結(jié)構(gòu)如圖所示作定時器，TMOD=01H；作計數(shù)器，TMOD=05H；△T=（216—計數(shù)初值）×機器周期（12/fosc）計數(shù)初值=216—欲計數(shù)脈沖數(shù)=216—△T/機器周期 例如：定時500us，fosc=6MHz時， 初值=216—500/2=65536-250=65286=FF

06H

那么：TH0=FFH，TL0=06H

3、工作方式2M1M0=10——自動復(fù)位的8位計數(shù)器 以TL0作計數(shù)器，而TH0作為預(yù)置寄存器。當計數(shù)滿溢出時，TF0置“1”，同時TH0將計數(shù)初值以硬件方法自動裝入TL0。邏輯結(jié)構(gòu)，如圖所示： 作定時器，TMOD=02H； 作計數(shù)器，TMOD=06H； 最大計數(shù)值為28=256，若fosc=12MHz，則方式2的最大定時時間為256us。當作為定時器用時，定時時間的計算公式： △T=（28—計數(shù)初值）×機器周期（12/fosc） 計數(shù)初值=28—欲計數(shù)脈沖數(shù)=28—△T/機器周期例如：定時500，fosc=6MHz時，初值=28—500/2=6=06H

則：TH0=TL0=06H4、工作方式3M1M0=11——2個8 位計數(shù)器（僅限于T0）在T0方式3下，T0、T1的設(shè)置和使用是不同的。（1）T0方式3TL0：使用T0原有控制資源，功能與方式0、1相同。TH0：借用T1的TR1、TF1，只能對片內(nèi)機器周期脈沖計數(shù)，作8位定時器。

T0方式3時的T0、T1電路邏輯結(jié)構(gòu)，如圖所示

T0方式3時的T0初值計算完全同方式2（2）T0方式3下的T1 T0方式3時，T1仍然可工作于方式0~方式2，如上頁圖所示。C/控制位仍可使T1工作在定時器或計數(shù)器方式，只是由于其TR1、TF1被T0的TH0占用，因而沒有計數(shù)溢出標志可供使用，計數(shù)溢出時只能將輸出結(jié)果送至串行口，即用作串行口波特率發(fā)生器。

T0方式3下的T1方式2，因定時初值能自動恢復(fù)，用作波特率發(fā)生器更為合適。四、定時/計數(shù)器的應(yīng)用

【例6-2】已知fosc=6MHz，利用T1定時500us，在P1.0口輸出周期為1ms的方波脈沖，使用方式0~方式2編程。解：1）方波波形如圖所示：

2）計數(shù)初值：方式0：計數(shù)初值=213—欲計數(shù)脈沖數(shù)=213—△T/機器周期 =213-500/2=1F06H∴TH1=F8H，TL1=06H方式1：計數(shù)初值=216—欲計數(shù)脈沖數(shù)=216—△T/機器周期 =216-500/2=FF06H∴TH1=FFH，TL1=06H方式2：計數(shù)初值=28—欲計數(shù)脈沖數(shù)=28—△T/機器周期

=28-500/2=06H∴TH1=TL1=06H 3）定時到達P1.0的翻轉(zhuǎn)方法：查詢方式、中斷方式

4）流程、程序如下：

方式0：采用查詢方式 程序：流程：

ORG 0030H START： MOV TMOD，#00H MOV TH1， #0F8H MOV TL1， #06H MOV IE， #00H SETB TR1 WT： JNB TF1， WT CPL P1.0 CLR TF1 MOV TH1， #0F8H MOV TL1， #06H SJMP WT 方式1：采用中斷方式

ORG 0000H LJMP START ORG 001BH LJMP 0100H ORG 0030H START： MOVTMOD，#10H MOV TH1， #0FFH MOV TL1， #06H MOV IE， #88H MOV IP， #00001000B SETB TR1 SJMP ＄

中斷服務(wù)程序：

ORG 0100H CPL P1.0 MOV TH1， #0FFH MOV TL1， #06H RETI

方式2：采用中斷方式

ORG 0000H LJMP START ORG 001BH LJMP 0100H ORG 0030H START： MOV TM