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中断系统与定时器 / 计数器

中断系统与定时器 / 计数器. 中断的概念. 在程序的执行过程中，由于某种外界的原因，必须终止当前执行的程序，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，再回来继续执行被终止的程序。这个过程叫中断。. 主程序. 中断响应. 执行主程序. 中断请求. 执行中断处理程序. 断点. 继续执行主程序. 中断返回. 中断系统结构. 5 个中断源，具有二个中断优先级，可实现二级中断服务程序的嵌套。每个中断源均可软件编程为高优先级或低优先级中断，允许或禁止向 CPU 请求中断。 有关的特殊功能寄存器（ SFR ）有： 中断允许寄存器 IE 中断优先级控制寄存器 IP

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中断系统与定时器 / 计数器

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  1. 中断系统与定时器/计数器

  2. 中断的概念 在程序的执行过程中，由于某种外界的原因，必须终止当前执行的程序，而去执行相应的处理程序，待处理结束后，再回来继续执行被终止的程序。这个过程叫中断。

  3. 主程序 中断响应 执行主程序 中断请求 执行中断处理程序 断点 继续执行主程序 中断返回

  4. 中断系统结构 • 5个中断源，具有二个中断优先级，可实现二级中断服务程序的嵌套。每个中断源均可软件编程为高优先级或低优先级中断，允许或禁止向CPU请求中断。 • 有关的特殊功能寄存器（SFR）有： 中断允许寄存器IE 中断优先级控制寄存器IP 中断源寄存器（TCON、SCON中的有关位） 注：均可位寻址。

  5. INT0 T0 INT1 T1 TI RI 中断系统结构图 中断允许控制 中断优先级 中断请求标志 高级 内 部 查 询 入口地址 低级 内 部 查 询 ≥1 EA 入口地址 中断源

  6. 中断源 8051单片机共有5个中断源，分别是2个外部中断、 2个定时中断和1个串行中断。 外部中断是： 外部中断0--INT0，由P3.2提供， 外部中断1—INT1，由P3.3提供， 外部中断有两种触发方式，即低电平方式和负边沿方式。 定时器和串行口中断分别是： T0溢出中断； 由片内定时/计数器0提供 T1溢出中断； 由片内定时/计数器1提供 串行口中断RI/TI； 由片内串行口提供

  7. 中断方式 单片机的中断为向量中断，即一响应中断就转入固定入口地址执行中断服务程序。 具体如下： 中断源 入口地址 INT0 0003Ｈ T0 000BH INT1 0013H T1 001BH RI/TI 0023H 在这些单元中往往放一条跳转指令，跳到真正的中断服务程序，这是因为给每个中断源安排的空间只有8个单元。

  8. 与中断有关的特殊功能寄存器 与中断有关的特殊功能寄存器有四个： TCON----定时控制寄存器， IE----中断允许控制寄存器， IP----中断优先级控制寄存器， SCON----及串行口控制寄存器。 (1)．定时控制寄存器TCON 触发方式选择 0 低电平1 下降沿 中断请求标志 • 注意：电平触发时，在中断返回前应撤除中断源。

  9. (2)．串行口控制寄存器SCON 串行中断 请求标志 注意：响应中断后，CPU并不清零中断标志位，必须软件清零。 (3)．中断允许控制寄存器IE 0 禁止 1允许 • 实现两级控制 注意：复位时，禁止所有中断 (4)．中断优先级控制寄存器（IP） 0 低级别 1高级别 • 每一中断源可编程为高优先级或低优先级中断，以实现二级嵌套。默认的优先次序为：INT0、C/T0、INT1、C/T1、串行口中断（依次从高到低）

  10. 中断响应 响应条件----CPU要响应中断需满足下列条件： ① 无同级或高级中断正在服务； ② 当前指令周期结束，如果查询中断请求的机器 周期不是当前指令的最后一个周期，则不行； ③ 若现行指令是RETI、RET或访问IE、IP指令，则需要执行到当前指令及下一条指令方可响应。 响应过程--单片机响应中断后，自动执行下列操作： ①置位中断优先级有效触发器，即关闭同级和低级 中断： ② 调用入口地址，断点入栈，相当于LCALL指令； ③进入中断服务程序。

  11. 响应时间--从查询中断请求标志位到转向中断服务入口地址所需的机器周期数。响应时间--从查询中断请求标志位到转向中断服务入口地址所需的机器周期数。 （1）最快响应时间 以外部中断的电平触发为最快。 从查询中断请求信号到中断服务程序需要三个机器周期： 1个周期（查询）＋2个周期（长调用LCALL） （2）最长时间 若当前指令是RET、RETI和IP、IE指令，紧接着下一条是乘除指令发生，则最长为8个周期： 2个周期执行当前指令（其中含有1个周期查询）＋4个周期乘除指令＋2个周期长调用＝8个周期。

  12. 中断返回—中断处理程序的最后一条指令是RETI，它使CPU结束中断处理程序的执行，返回到断点处，继续执行主程序。中断返回—中断处理程序的最后一条指令是RETI，它使CPU结束中断处理程序的执行，返回到断点处，继续执行主程序。

  13. 中断系统初始化 开相应中断源的中断；（IE) 设定中断优先级；(IP) 若为外部中断，设定外部中断的触发方式。

  14. 中断应用举例 8051单片机只有2个外部中断源和，当实际应用中需要多个外部中断源时，可采用硬件请求和软件查询相结合的办法进行扩展，把多个中断源通过“或非”门接到外部中断输入端，同时又连到某个I/O端口，这样每个中断源都能引起中断，然后在中断服务程序中通过查询I/O端口的状态来区分是哪个中断源引起的中断。若有多个中断源同时发出中断请求，则查询的次序就决定了同一优先级中断中的优先级。

  15. 汇编语言源程序清单 主程序 ORG 0000H ;复位入口 LJMP MAIN ;转到主程序 ORG 0003H ;外部中断 入口 LJMP INT_0 ;转到中断服务程序 ORG 0013H ;外部中断 入口 LJMP INT_1 ;转到中断服务程序 ORG 0030H ;主程序入口 MAIN: ANL P1, #55H ;主程序开始，熄灭LED，准备输入查询 SETB EX0 ;允许INT0中断 SETB IT0 ;负边沿触发方式 SETB EX1 ;允许INT1中断 SETB IT1 ;负边沿触发方式 SETB EA ;开中断 HERE: SJMP HERE ;等待中断

  16. 汇编语言源程序清单 中断服务程序 INT_0: JNB P1.0, L1 ;外中断0服务程序，开始查询 SETB P1.1 ;由外设1引起的中断 L1: JNB P1.2, L2 SETB P1.3 ;由外设2引起的中断 L2: JNB P1.4, L3 SETB P1.5 ;由外设3引起的中断 L3: RETI ;中断返回 INT_1: ANL P1, #55H ;外中断1服务程序，熄灭LED RETI

  17. 定时器/计数器的工作方式与控制

  18. 8051单片机有2个16位的定时/计数器：定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们都有定时器或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。 T0由2个特殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1则由TH1和TL1构成。作计数器时，通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数器就自动加1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。

  19. 一、定时器/计数器的功能 定时/计数器的核心部件是二进制加1计数器(TH0、TL0或TH1、TL1) 。 1. 定时功能----计数输入信号是内部时钟脉冲，每个机器周期使技数器的值加1。 2. 计数功能----计数脉冲来自相应的外部输入引脚，T0为P3.4，T1为P3.5。 在特殊功能寄存器TMOD中，有一个控制位（C／T），分别用于控制定时/计数器工作在定时器方式还是计数器方式。

  20. D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 C/T—计数/定时选择 二、定时器／计数器的特殊功能寄存器 与定时器／计数器有关的特殊功能寄存器有： (1)．工作方式控制寄存器TMOD T1控制 T0控制 GATE—门控位 M1 M0—工作方式选择

  21. (2)．定时器控制寄存器TCON 启动定时/计数器 触发方式选择 中断请求标志 0 停止 1 启动 0 低电平1 下降沿

  22. 振荡器 1/12 C/T=0 TL0 TH0 TF0 C/T=1 T0 低5位 8位 TR0 & 1 ≥1 GATE INT0 三、定时器／计数器的工作方式 定时器／计数器共有四种工作方式 (1). 方式0—13位方式 定时器 13位计数器 计数器 计数脉冲输入

  23. 振荡器 1/12 C/T=0 8位 8位 TL0 TH0 TF0 16位计数器 C/T=1 T0 TR0 & 1 GATE ≥1 INT0 (2). 方式1—16位方式

  24. 振荡器 1/12 C/T=0 TL0 TF0 C/T=1 T0 TR0 & TH0 1 GATE ≥1 INT0 (3). 方式2—8位自动装入时间常数方式

  25. (4). 方式3—双8位方式 仅T0可以工作在方式3—此时T0分成2个独立的计数器—TL0和TH0 ，前者用原来T0的控制信号（TR0、TF0），后者用原来T1的控制信号（TR1、TF1）。

  26. 四、定时/计数器常数的计算 (1)．计数器初值的计算 设计数器的最大计数值为M(根据不同工作方式，M可以是213、216或28)，则计算初值X的公式如下： X=M-要求的计数值

  27. (2)．定时器初值的计算 在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲fosc经12分频后计数。因此，定时器定时初值计算公式： X=M-(要求的定时值)/(12/fosc) 式中，M为定时器模值(根据不同工作方式，M可以是213、216或28)

  28. 五、定时器/计数器的应用 定时器/计数器在应用前需要进行初始化： ①确定TMOD控制字：编程时将控制字送TMOD； ②计算计数器的计数初值: 编程时将计数初值送TH、TL； ③开中断（如果使用中断方式）: 编程实置位EA、ET ④TR位置位控制定时器的启动和停止。

  29. 8051 500μs P1.0 例1：设晶振频率fOSC=6MHz，使用定时器1以方式1产生周期为500μs的方波脉冲，并由P1.0输出。试以中断方式实现。

  30. GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0 0 0 0 1 X X X X ① TMOD确定 T1控制 T0控制 控制字10H ② 计算定时器的初值； 要产生500μs的方波脉冲，只需在P1.0端以250μs为间隔，交替输出高低电平即可实现。为此，定时间应为250μs 。使用6ＭＨz晶振，则一个机器周期为2μs，设待求定时器初值为Ｘ，则：

  31. （216–X）×2×10 -6 =250×10 -6 即216–X=125 X＝216-125=10000H-7DH ＝0FF83H 所以，初值为： TH1=0FFH，TL1=83H ③ 采用中断方式：编程时将IE控制字设置为 88H，实现开中断。 ④ 由定时器控制寄存器TCON中的TR1位控制定 时器的启动和停止。 TR1＝1，启动； TR1＝0，停止。

  32. 汇编语言源程序清单 ORG 0000H ；复位地址 LJMP MAIN ；跳转到主程序 ORG 000BH ；定时器T0中断入口 LJMP SQ ；跳转到定时器T0中断服务程序 ORG 0030H ；主程序入口地址 MAIN: MOV TMOD,#10H ；主程序，设置TMOD控制字 MOV TL1, #83H ；写入T0定时2毫秒初值 MOV TH1, #0FFH MOV IE, #88H ；开中断,设置IE控制字 SETB TR1 ；启动T0 HERE: SJMP HERE ；循环等待 SQ: CPL P1.0 ；T1中断服务程序，取反P1.0 MOV TL1, #83H ；重装T1定时初值 MOV TH1, #0FFH RETI ；中断返回 END

  33. 例2：假设单片机的振荡频率fosc=6MHz，现要求产生1ms的定时，试分别计算定时器T1在方式0、方式1和方式2时的初值。例2：假设单片机的振荡频率fosc=6MHz，现要求产生1ms的定时，试分别计算定时器T1在方式0、方式1和方式2时的初值。 方式0：最大计数值为M=213，因此定时器的初值应为 X = 213-(1×10-3)/(12/(6×10-6) = 7692D = 1111000001100B 其中高8位为TH1的初值，即F0H，低5位为TL1的初值 注意，这里TL1的初值应为00001100B即0CH，而不是60H，因为在方式０时，TL1的高3位是不用的，应都设为0。

  34. 方式1：最大计数值为M=216，因此定时器的初值应为方式1：最大计数值为M=216，因此定时器的初值应为 X = 216-(1×10-3)/(2×10-6) = 65036D = 1111111000001100B = FE0CH 此时高8位TH1的初值为FEH，低8位TL1的初值为0CH。

  35. 方式2：最大计数值为M=28，因此定时器的初值应为方式2：最大计数值为M=28，因此定时器的初值应为 X = 28-(1×10-3)/(2×10-6) = 256-500= -254 计算得到的初值为负值，说明当fosc=6MHz时，不能采用方式2(即常数自动装入)来产生1ms的定时，除非把单片机的时钟频率降得很低。

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