《單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)》課件第5章

第五章中斷系統(tǒng)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器5.1MCS-51中斷系統(tǒng)

5.2MCS-51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

5.3習(xí)題

實(shí)訓(xùn)五中斷系統(tǒng)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)與使用

5.1MCS-51中斷系統(tǒng)

5.1.1中斷概述

1．中斷的概念

中斷是指CPU正在處理某件事情(如正在執(zhí)行主程序)時(shí)，單片機(jī)外部或內(nèi)部發(fā)生另一事件(如外設(shè)產(chǎn)生一個(gè)電平變化或片內(nèi)計(jì)數(shù)器溢出)，請(qǐng)求CPU迅速去處理，于是CPU暫時(shí)中止其正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行請(qǐng)求中斷的那個(gè)外設(shè)或事件的服務(wù)程序，等處理完畢后再返回執(zhí)行原來(lái)中止的程序。其運(yùn)行過(guò)程如圖5-1所示。圖5-1中斷示意圖

2．中斷的作用

(1)提高CPU的工作效率。計(jì)算機(jī)與外設(shè)交換信息時(shí)，由于CPU的工作速度快，外設(shè)的工作速度慢，便形成了CPU的等待，使效率降低。例如計(jì)算機(jī)與打印機(jī)相連接，CPU處理和傳送數(shù)據(jù)的速度是微秒級(jí)的，而打印機(jī)打字的速度比CPU慢得多，CPU不得不花費(fèi)大量時(shí)間等待和查詢打印機(jī)打印字符。設(shè)置中斷后，CPU不必花費(fèi)大量的時(shí)間等待和查詢外設(shè)工作，計(jì)算機(jī)可以快速傳送一行字符給打印機(jī)去打印，同時(shí)CPU處理其他的工作。待打印機(jī)打印該行完畢，發(fā)給CPU一個(gè)信號(hào)，CPU產(chǎn)生中斷，中斷正在處理的工作，轉(zhuǎn)而再傳送一行字符給打印機(jī)。這樣在打印機(jī)打印字符期間，CPU可以不必等待或查詢，自行處理自己的工作，從而大大提高CPU工作效率。

(2)具有實(shí)時(shí)處理功能。實(shí)時(shí)控制是微型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)特別是單片機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)重要任務(wù)。在實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)中，現(xiàn)場(chǎng)各種參數(shù)和狀態(tài)的變化是隨機(jī)發(fā)生的，要求CPU能做出快速響應(yīng)，及時(shí)處理。有了中斷系統(tǒng)，這些參數(shù)和狀態(tài)的變化就可以作為中斷信號(hào)，使CPU中斷，在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序中及時(shí)處理這些參數(shù)和狀態(tài)的變化。

(3)具有故障處理功能。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行中，常會(huì)出現(xiàn)一些故障。例如電源突然掉電、硬件自檢出錯(cuò)、運(yùn)算溢出等。利用中斷，就可以執(zhí)行處理故障的中斷服務(wù)程序。

(4)實(shí)現(xiàn)分時(shí)操作。單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)通常需要控制多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，例如鍵盤、打印機(jī)、顯示器、A/D轉(zhuǎn)換器等，這些設(shè)備工作有些是隨機(jī)的，有些是定時(shí)的。對(duì)于一些定時(shí)工作的外設(shè)，可以利用定時(shí)器來(lái)控制，到一定時(shí)間產(chǎn)生中斷，在中斷服務(wù)程序中控制這些外設(shè)工作。例如動(dòng)態(tài)掃描顯示，每隔一定時(shí)間更換顯示字位碼和字段碼。

此外，中斷系統(tǒng)還能用于程序調(diào)試、多機(jī)連接等方面。因此，中斷系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)中重要的組成部分?？梢哉f(shuō)，只有有了中斷系統(tǒng)后，計(jì)算機(jī)才能比原來(lái)無(wú)中斷系統(tǒng)的早期計(jì)算機(jī)演繹出多姿多彩的功能。5.1.2中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1．中斷源

中斷源是指能發(fā)出中斷請(qǐng)求，引起中斷的裝置或事件。MCS-51單片機(jī)的中斷源共有5個(gè)，其中2個(gè)為外部中斷源，3個(gè)為內(nèi)部中斷源。

2．中斷控制寄存器

MCS-51單片機(jī)中涉及中斷控制的有中斷請(qǐng)求、中斷允許和中斷優(yōu)先級(jí)控制3個(gè)方面，共4個(gè)特殊功能寄存器。

中斷請(qǐng)求：定時(shí)和外中斷控制寄存器TCON、串行控制寄存器SCON。

中斷允許控制寄存器IE。

中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP。

1)中斷請(qǐng)求控制寄存器表5-1TCON寄存器結(jié)構(gòu)及位地址

2)串行控制寄存器SCON

SCON的結(jié)構(gòu)、位名稱、位地址如表5-2所示。表5-2SCON寄存器結(jié)構(gòu)及位地址

3)中斷允許控制寄存器IE

MCS-51單片機(jī)對(duì)中斷源的開(kāi)放或關(guān)閉(屏蔽)是由中斷允許控制寄存器IE控制的，可用指令對(duì)各位分別置“1”或清“0”，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各中斷源開(kāi)放或關(guān)閉。IE字節(jié)地址位A8H，可位尋址。IE的結(jié)構(gòu)、位名稱、位地址如表5-3所示。表5-3IE寄存器結(jié)構(gòu)及位地址

4)中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP

MCS-51有五個(gè)中斷源，劃分為兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)；高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)。若CPU在執(zhí)行低優(yōu)先級(jí)中斷時(shí)，又發(fā)生高優(yōu)先級(jí)請(qǐng)求中斷，CPU會(huì)中斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)中斷，轉(zhuǎn)而去響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)中斷。中斷優(yōu)先級(jí)的劃分是可編程序的，即可以用指令設(shè)置哪些中斷源為高優(yōu)先級(jí)，哪些中斷源為低優(yōu)先級(jí)。控制中斷優(yōu)先的寄存器為IP，只要對(duì)IP各位設(shè)置“1”或清“0”，就可對(duì)各中斷源設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)或低優(yōu)先級(jí)。相應(yīng)位置“1”，定義為高優(yōu)先級(jí)；相應(yīng)位清“0”，定義為低優(yōu)先級(jí)。IP的結(jié)構(gòu)、位名稱和位地址如表5-4所示。表5-4IP寄存器結(jié)構(gòu)及位地址5.1.3中斷處理過(guò)程

中斷處理過(guò)程大致可分為四步：中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。

1．中斷請(qǐng)求

當(dāng)中斷源要求CPU為它服務(wù)時(shí)，必須發(fā)出一個(gè)中斷信號(hào)。若是外部中斷源，則需將中斷請(qǐng)求信號(hào)發(fā)送到規(guī)定的外部中斷引腳上，由CPU將相應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位置“1”。為保證該中斷得以實(shí)現(xiàn)，中斷請(qǐng)求信號(hào)應(yīng)保持到CPU響應(yīng)該中斷后才能取消。若是內(nèi)部中斷，則內(nèi)部硬件電路將自動(dòng)置位該中斷請(qǐng)求標(biāo)志。CPU將不斷地及時(shí)地查詢這些中斷請(qǐng)求標(biāo)志，一旦查詢到某個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志置位，CPU就響應(yīng)該中斷源中斷。

2．中斷響應(yīng)

CPU查詢到某中斷標(biāo)志為“1”，在滿足中斷響應(yīng)條件下，響應(yīng)中斷。

1)中斷響應(yīng)條件

(1)總中斷打開(kāi)，EA=1。該中斷已經(jīng)“開(kāi)中斷”即允許位為“1”。

(2)?CPU此時(shí)沒(méi)有響應(yīng)同級(jí)或更高級(jí)的中斷。

(3)當(dāng)前正處于所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期。

(4)該中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，無(wú)論外中斷還是內(nèi)中斷均使中斷請(qǐng)求標(biāo)志置位，以等待CPU查詢。CPU是在執(zhí)行每一條指令的最后一個(gè)機(jī)器周期去查詢中斷請(qǐng)求標(biāo)志位是否置

位，查詢到有中斷標(biāo)志置位就響應(yīng)中斷。在其他時(shí)間CPU不查詢，即不會(huì)響應(yīng)中斷。

(5)正在執(zhí)行的指令不是RETI或者是訪問(wèn)IE、IP的指令，否則必須再另外執(zhí)行一條指令后才能響應(yīng)。

2)中斷響應(yīng)操作

在滿足上述中斷響應(yīng)條件的前提下，進(jìn)行中斷響應(yīng)，CPU響應(yīng)中斷后，進(jìn)行以下操作：

(1)保護(hù)中斷地址。因?yàn)镃PU響應(yīng)中斷是中斷原來(lái)的執(zhí)行程序，轉(zhuǎn)而執(zhí)行中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序執(zhí)行完畢后，還要返回到原來(lái)的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。因此，必須把斷點(diǎn)的PC地址保存起來(lái)，以便正確返回。斷點(diǎn)的地址保存在堆棧之中。16位PC地址占用堆棧中兩個(gè)字節(jié)。

(2)撤除該中斷源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志。CPU在執(zhí)行每一條指令的最后一個(gè)機(jī)器周期都去查詢中斷請(qǐng)求標(biāo)志位是否置位，響應(yīng)中斷后，必須將其撤消；否則，中斷返回后將重新響應(yīng)該中斷而出錯(cuò)。

(3)關(guān)閉同級(jí)中斷。在一種中斷響應(yīng)后，同一優(yōu)先級(jí)的中斷即被暫時(shí)屏蔽。待中斷返回時(shí)再重新自動(dòng)開(kāi)啟。

(4)將相應(yīng)中斷的入口地址送入PC中。對(duì)MCS-51來(lái)講，每一個(gè)中斷源都有其對(duì)應(yīng)的固定不變的中斷入口地址，哪一個(gè)中斷源中斷，在PC中就裝入哪一個(gè)中斷源相應(yīng)的中斷入口地址。MCS-51的5個(gè)中斷源中斷入口地址如下：

3．中斷服務(wù)

一般來(lái)說(shuō)，中斷服務(wù)程序應(yīng)包括以下幾部分：

1)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

在中斷服務(wù)程序中，通常會(huì)用到一些特殊功能寄存器，如A、PSW、DPTR等，而這些特殊功能寄存器中斷前的數(shù)據(jù)在中斷返回后還要用到，若在中斷服務(wù)程序中被改變，返回主程序后就會(huì)出錯(cuò)。因此，要求把這些特殊功能寄存器在中斷前的數(shù)據(jù)保存起來(lái)，待中斷返回后恢復(fù)。

保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)就是把斷點(diǎn)處有關(guān)寄存器的內(nèi)容壓入堆棧保護(hù)，以便中斷返回后恢復(fù)。通常有關(guān)特殊功能寄存器是A、PSW、DPTR等。

2)執(zhí)行中斷

執(zhí)行中斷服務(wù)程序，完成操作內(nèi)容、實(shí)現(xiàn)中斷源要求的功能，是中斷的主體。

3)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

與保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，中斷返回前，將所保護(hù)的寄存器內(nèi)容從堆棧中彈出，送回到原寄存器中，以便從斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。利用堆棧保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)需要遵循先進(jìn)后出、后進(jìn)先出的原則。

4．中斷返回

在中斷服務(wù)程序最后，必須安排一條中斷返回指令RETI，當(dāng)CPU執(zhí)行RETI指令后，自動(dòng)完成下列操作：

(1)恢復(fù)斷點(diǎn)地址。將原來(lái)壓入堆棧中的PC斷點(diǎn)地址從堆棧中彈出，送回PC。這樣CPU就返回到原斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的原程序。中斷返回，返回到哪里，返回的原則是，從什么地方來(lái)，回到什么地方去。不是返回到相應(yīng)中斷的入口地址，而是返回到中斷斷點(diǎn)地址。

(2)開(kāi)放同級(jí)中斷，以便允許同級(jí)中斷源請(qǐng)求中斷。上述中斷響應(yīng)過(guò)程大部分操作是自動(dòng)完成的。用戶需要做的事情是編制中斷服務(wù)程序。并在此之前完成中斷初始化(設(shè)置堆棧，定義外中斷觸發(fā)方式，定義中斷優(yōu)先級(jí)，開(kāi)放中斷等)。5.1.4中斷響應(yīng)等待時(shí)間

在中斷過(guò)程中，從發(fā)出中斷請(qǐng)求到響應(yīng)中斷需要等待一個(gè)響應(yīng)時(shí)間，即響應(yīng)等待時(shí)間?，F(xiàn)以外部中斷為例說(shuō)明中斷響應(yīng)等待時(shí)間。CPU在執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期的S5P2狀態(tài)節(jié)拍中采樣TCON，若發(fā)現(xiàn)TCON中的IE0=1，則在下一個(gè)機(jī)器周期進(jìn)入中斷處理過(guò)程。首先查詢?cè)撝袛嗍欠駶M足中斷響應(yīng)條件。若滿足條件，則在再下一機(jī)器周期進(jìn)入中斷響應(yīng)過(guò)程，由硬件生成一條相當(dāng)于長(zhǎng)調(diào)用的指令，轉(zhuǎn)移到相應(yīng)中斷入口地址。因此從中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求有效到執(zhí)行中斷服務(wù)程序中第一條指令的時(shí)間至少需要3個(gè)機(jī)器周期。如果正在執(zhí)行的指令是RETI或訪問(wèn)IE、IP的指令，則根據(jù)中斷響應(yīng)條件，執(zhí)行或訪問(wèn)IE、IP的指令是不滿足中斷響應(yīng)條件的，必須等待這類指令執(zhí)行完畢，再另外執(zhí)行一條指令后，才能滿足中斷響應(yīng)條件，進(jìn)入中斷響應(yīng)。在這種情況下，中斷響應(yīng)等待時(shí)間最長(zhǎng)就需要8個(gè)機(jī)器周期。

如果CPU正在執(zhí)行同級(jí)或更高級(jí)的中斷服務(wù)程序，那么必須等CPU執(zhí)行同級(jí)或更高級(jí)的中斷服務(wù)程序結(jié)束返回后，才能響應(yīng)新的中斷。這樣，中斷響應(yīng)等待時(shí)間就要視執(zhí)行同級(jí)或更高級(jí)的中斷服務(wù)程序時(shí)間的長(zhǎng)短，就無(wú)法判定了。

綜上所述，若排除CPU正在響應(yīng)同級(jí)或更高極的中斷情況，中斷響應(yīng)等待時(shí)間為3～8個(gè)機(jī)器周期，一般情況是3～4個(gè)機(jī)器周期；執(zhí)行RETI或IE、IP訪問(wèn)指令，且后一條指令是乘除法指令時(shí)，最長(zhǎng)可達(dá)8個(gè)機(jī)器周期。5.1.5中斷請(qǐng)求的撤除

中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后，有一個(gè)中斷請(qǐng)求的撤除問(wèn)題。中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，相應(yīng)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位置“1”。CPU響應(yīng)中斷后，必須清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志位的“1”。否則，中斷響應(yīng)返回后，將再次進(jìn)入該中斷，引起死循環(huán)出錯(cuò)。有關(guān)中斷請(qǐng)求標(biāo)志撤除情況分析說(shuō)明如下：

1．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求的撤除

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷的中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后，硬件會(huì)自動(dòng)把中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TF0和TF1清“0”，即自動(dòng)撤除中斷請(qǐng)求。

3．串行口中斷請(qǐng)求的撤除

串行口中斷請(qǐng)求的撤除只有標(biāo)志位清“0”的問(wèn)題。CPU響應(yīng)中斷后不能自動(dòng)將中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TI和RI清“0”，應(yīng)在串行中斷服務(wù)程序中用指令清“0”，即用如下指令在對(duì)標(biāo)志位進(jìn)行清“0”：

CLR TI ；

CLR RI ；5.1.6中斷系統(tǒng)的應(yīng)用

中斷系統(tǒng)的應(yīng)用要解決的主要問(wèn)題是應(yīng)用程序的編制，編寫應(yīng)用程序包括兩大部分內(nèi)容：一部分是中斷初始化；另一部分是中斷服務(wù)主程序的設(shè)計(jì)。

1．中斷初始化

中斷初始化應(yīng)在產(chǎn)生中斷請(qǐng)求前完成，一般放在主程序中，與主程序其他初始化內(nèi)容一起完成設(shè)置。

1)設(shè)置堆棧指針SP

中斷需要保護(hù)斷點(diǎn)處的PC地址和保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)，都需要用堆棧實(shí)現(xiàn)保護(hù)，因此要設(shè)置適當(dāng)?shù)亩褩Ｉ疃?，一般設(shè)置SP=60H或50H即可。

2)定義中斷優(yōu)先級(jí)

根據(jù)中斷源的輕重緩急，劃分高優(yōu)先級(jí)和低優(yōu)先級(jí)。用MOVIP，#XXH或SETBXX指令設(shè)置。

3)定義外中斷的觸發(fā)方式

通常情況，外中斷的觸發(fā)方式定義為邊沿觸發(fā)為宜。若外部中斷信號(hào)無(wú)法適用邊沿觸發(fā)方式，則采用電平觸發(fā)方式，應(yīng)在硬件電路上和中斷服務(wù)程序中采取相應(yīng)的撤消中斷請(qǐng)求信號(hào)的措施。

2．中斷服務(wù)主程序

中斷服務(wù)主程序內(nèi)容要求如下：

(1)在中斷服務(wù)入口地址處設(shè)置一條跳轉(zhuǎn)指令，轉(zhuǎn)移到中斷服務(wù)程序的實(shí)際入口處。跳轉(zhuǎn)指令可用SJMP、AJMP或LJMP指令，SJMP、AJMP均受跳轉(zhuǎn)范圍的限制，建議采用LJMP指令，則可跳轉(zhuǎn)到64?KB中任何位置的中斷服務(wù)程序去。

(2)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。通常保護(hù)A、PSW和DPTR等特殊功能寄存器中的內(nèi)容。若中斷服務(wù)程序中不涉及A、PSW、DPTR,則不保護(hù)，也不恢復(fù)。

(3)中斷源請(qǐng)求中斷服務(wù)所要完成的操作，這是中斷服務(wù)程序的主體。

(4)若是外中斷的電平觸發(fā)方式，應(yīng)有中斷信號(hào)撤除操作。若是串行收發(fā)中斷，應(yīng)有對(duì)RI、TI清0的指令。

(5)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)與保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)應(yīng)，遵循先進(jìn)后出、后進(jìn)先出的操作原則。

(6)中斷返回。中斷服務(wù)程序中最后一條指令必須是RETI。

5.2MCS-51定時(shí)器/?計(jì)數(shù)器

5.2.1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器概述

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1，其核心是計(jì)數(shù)器，基本功能是加1。對(duì)外部事件脈沖(下降沿)計(jì)數(shù)，是計(jì)數(shù)器；對(duì)片內(nèi)機(jī)器周期脈沖計(jì)數(shù)，是定時(shí)器。因?yàn)槠瑑?nèi)機(jī)器周期脈沖頻率是固定的，是fOSC的1/12。若fOSC=12?MHz，1個(gè)機(jī)器周期為1?μs；若fOSC=6MHz，1個(gè)機(jī)器周期為2?μs。

定時(shí)時(shí)間?=?機(jī)器周期?×?機(jī)器周期數(shù)5.2.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器

1．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON

TCON的字節(jié)地址為88H，可位尋址。其結(jié)構(gòu)和各位名稱、位地址如表5-5所示。表5-5TCON的結(jié)構(gòu)和各位名稱、位地址

2．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式控制寄存器TMOD

TMOD用于設(shè)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式，字節(jié)地址為89H，不能位尋址。低4位用于控制T0，高4位用于控制T1。TMOD的結(jié)構(gòu)和各位名稱、功能如表5-6所示。表5-6TMOD的結(jié)構(gòu)和各位名稱、功能

(1)?M1M0：工作方式選擇位。M1M0兩位二進(jìn)制可表示四種狀態(tài)，因此M1M0可選擇四種工作方式，如表5-7所示。表5-7M1M0的4種工作方式5.2.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式

1．工作方式0

當(dāng)M1M0=00時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式0，如圖5-2所示。在方式0情況下，內(nèi)部計(jì)數(shù)器為13位。由TL0低5位和TH0的8位組成，TL0低5位計(jì)數(shù)滿時(shí)不向TL0第6位進(jìn)位，而是向TH0進(jìn)位，13位計(jì)滿溢出，TF0置“1”，最大計(jì)數(shù)值213=8192?(計(jì)數(shù)器初值為0)。圖5-2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0工作方式0框圖

2．工作方式1

當(dāng)M1M0=01時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1。在方式1情況下，內(nèi)部計(jì)數(shù)器為16位。由TL0作低8位，TH0作高8位。16位計(jì)滿溢出時(shí)，TF0置“1”。

方式1與方式0的區(qū)別在于方式0是13位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值213=8192；方式1是16位計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為216=65?536。用作定時(shí)器時(shí)，若fOSC?=?12?MHz，則方式0最大定時(shí)時(shí)間為8192?μs，方式1最大定時(shí)時(shí)間為65?536?μs。

3．工作方式2

當(dāng)M1M0=10時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式2。在方式2情況下，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器為8位，能自動(dòng)恢復(fù)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值。在方式0、方式1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初值不能自動(dòng)恢復(fù)，計(jì)滿后若要恢復(fù)原來(lái)的初值，須在程序中用指令重新給TH0、TL0賦值。但用方式2時(shí)，僅用TL0計(jì)數(shù)，最大計(jì)數(shù)值為28=256，計(jì)滿溢出后，一方面進(jìn)位TF0，使溢出標(biāo)志TF0=1；另一方面，使原來(lái)裝在TH0中的初值裝入TL0(TH0中的初值允許與TL0不同)。所以，方式2既有優(yōu)點(diǎn)，又有缺點(diǎn)，優(yōu)點(diǎn)是定時(shí)初值可自動(dòng)恢復(fù)，缺點(diǎn)是計(jì)數(shù)范圍小。因此，方式2適用于需要重復(fù)定時(shí)，而定時(shí)范圍不大的應(yīng)用場(chǎng)合。

4．工作方式3

當(dāng)M1M0=11時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式3，但方式3僅適用于T0，T1無(wú)方式3。

1)?T0方式3

在方式3情況下，T0被拆成兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TH0、TL0，如圖5-3所示。圖5-3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0工作方式3

2)?T0方式3情況下的T1

T1由于其TF1、TR1被T0的TH0占用，計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，只能將輸出信號(hào)送出至串行口，即用作串行口波特率發(fā)生器。但T1工作方式仍可設(shè)置為方式0～方式2，C/控制位仍可使T1工作在計(jì)數(shù)器方式或定時(shí)器方式。

T0方式3情況下的T1方式2，因定時(shí)初值能自動(dòng)恢復(fù)，用作波特率發(fā)生器更為合適。5.2.4定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用

1．計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值

MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值(有的書中稱時(shí)間常數(shù))計(jì)算公式為

【例5-2】

已知晶振頻率為6MHz，要求定時(shí)0.5?ms，試分別求出T0工作于方式0、方式1、方式2、方式3時(shí)的定時(shí)初值。

解：(1)工作于方式0。

(4)工作于方式3。

方式3時(shí)，T0被拆成兩個(gè)8位定時(shí)器，定時(shí)初值可分別計(jì)算，計(jì)算方法同方式2。兩個(gè)定時(shí)初始值一個(gè)裝入TL0，另一個(gè)裝入TH0。因此，TH0=06H；TL0=06H。

工作方式0時(shí)計(jì)算定時(shí)初值比較麻煩，根據(jù)式(5-1)計(jì)算出數(shù)值后，還要交換一下，容易出錯(cuò)，不如直接用方式1，且方式0計(jì)數(shù)范圍比方式1小，方式0完全可以用方式1代替，方式0與方式1相比無(wú)任何優(yōu)點(diǎn)。通常選用方式1較合適。

2．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用步驟

(1)合理選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式。根據(jù)所要求的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短、定時(shí)的重復(fù)性，合理選擇定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式，確定實(shí)現(xiàn)方法。一般來(lái)講，定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)，用方式1(盡量不用方式0)；定時(shí)時(shí)間短(≤255機(jī)器周期)且需重復(fù)使用自動(dòng)恢復(fù)定時(shí)初值，用方式2；串行通信波特率，用T1的方式2。

(2)計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)初值按式(5-1)計(jì)算。

(3)編制應(yīng)用程序。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化，包括定義TMOD，寫入定時(shí)初值，設(shè)置中斷系統(tǒng)，啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器運(yùn)行等。

3．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例

【例5-3】

設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12?MHz。要在P1.0引腳上輸出周期為400?μs的脈沖波，試分別用T1工作方式0、方式1、方式2編寫程序。

解：(1)采用工作方式0。

設(shè)置TMOD如下：

(2)采用工作方式1。

設(shè)置TMOD如下：

(3)采用工作方式2。

設(shè)置TMOD如下：實(shí)時(shí)時(shí)鐘設(shè)計(jì)是以秒、分、時(shí)為計(jì)時(shí)單位。定時(shí)100ms,計(jì)數(shù)10次，即得到秒計(jì)時(shí)。時(shí)鐘運(yùn)行時(shí)，在片內(nèi)RAM安排3個(gè)單元作為秒、分、時(shí)數(shù)據(jù)的存放空間。

時(shí)鐘為6MHz的條件下，方式0最長(zhǎng)定時(shí)16.384ms；方式1最長(zhǎng)定時(shí)131.072ms；方式2最長(zhǎng)定時(shí)0.512ms。可選方式1，每隔100ms中斷一次，中斷10次為1?s。

【例5-4】設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為6MHz，試采用查詢方式編寫24?h實(shí)時(shí)時(shí)鐘程序。秒、分、時(shí)數(shù)據(jù)分別存放在R1、R2、R3中?？烧{(diào)用顯示程序DIR。

解：采用T0工作方式1。取定時(shí)100ms，計(jì)10次，100?ms?×?10?=?1?s。

【例5-5】

設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12?MHz，P1.7經(jīng)反相器接一發(fā)光二極管，要求利用定時(shí)器T0使發(fā)光二極管進(jìn)行秒閃爍。

解：發(fā)光管秒閃爍。即1?s內(nèi)一亮一滅，亮500ms，滅500ms。晶振12?MHz，一機(jī)器周期為1?μs，T0方式1最大定時(shí)只能65ms左右，取50ms，計(jì)數(shù)10次，即可實(shí)現(xiàn)500ms的定時(shí)。

計(jì)算定時(shí)初值：設(shè)置TMOD如下：

5.3習(xí)題

1．填空題

(1)外部中斷1的入口地址為()。

(2)定時(shí)器1的中斷入口地址為()。

(3)外部中斷請(qǐng)求位是()和()。

(4)執(zhí)行返回指令時(shí)，返回的斷點(diǎn)地址是()。

2．什么叫中斷？設(shè)置中斷有什么優(yōu)點(diǎn)和功能？

3．MCS-51單片機(jī)有幾個(gè)中斷源？寫出其名稱。

4．涉及MCS-51單片機(jī)中斷控制的有哪幾個(gè)特殊功能寄存器？

5．寫出MCS-51單片機(jī)五個(gè)中斷源的中斷入口地址。

12．什么叫現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)？現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)與現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)有什么關(guān)系？須遵循什么原則？

13．中斷初始化包括哪些內(nèi)容？

14．利用中斷設(shè)計(jì)一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)顯示P3.2引腳上出現(xiàn)負(fù)跳變脈沖的個(gè)數(shù)(設(shè)此脈沖數(shù)小于255，可直接調(diào)用顯示子程序DIR)。

15．MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在什么情況下是定時(shí)器？什么情況下是計(jì)數(shù)器？

16．寫出TMOD的結(jié)構(gòu)、各位的名稱和作用。

17．MCS-51單片機(jī)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，當(dāng)晶振頻率分別是6?MHz和12?MHz時(shí)，最大定時(shí)各為多少？

實(shí)訓(xùn)五中斷系統(tǒng)和定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的

設(shè)計(jì)與使用

實(shí)訓(xùn)5.1定時(shí)器(循環(huán)彩燈控制)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)學(xué)習(xí)MCS-51單片機(jī)內(nèi)部計(jì)數(shù)器的使用和編程方法。

(2)進(jìn)一步掌握中斷處理程序的編寫方法。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備

EL—8051型單片機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。三、實(shí)驗(yàn)原理

1．定時(shí)常數(shù)的確