單片機(jī)第五章

5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

5.280C51中斷處理過程

5.380C51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器第五章80C51的中斷系統(tǒng)及定時(shí)/計(jì)數(shù)器

5.1.180C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一、中斷的概念（1）中斷:CPU正在執(zhí)行事件A的過程中，發(fā)生了事件B請(qǐng)求CPU去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前工作，轉(zhuǎn)去處理事件B(中斷響應(yīng)和中斷服務(wù))；待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一處理過程稱為中斷。（2）中斷源:引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。（3）中斷請(qǐng)求:中斷源向CPU提出的處理請(qǐng)求，稱為中斷請(qǐng)求或中斷申請(qǐng)。（4）中斷系統(tǒng):

實(shí)現(xiàn)中斷過程的軟、硬件系統(tǒng)。5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中斷方式也是一種條件傳送。CPU可以與外設(shè)同時(shí)工作，并執(zhí)行與外設(shè)無關(guān)的操作，一旦外設(shè)需要服務(wù)，就主動(dòng)向CPU提出申請(qǐng)，CPU暫停現(xiàn)在的操作去執(zhí)行對(duì)外設(shè)的輸入輸出程序，執(zhí)行完畢又返回繼續(xù)執(zhí)行現(xiàn)在的操作。應(yīng)用范圍較廣。中斷方式中斷的優(yōu)點(diǎn)：●分時(shí)操作?！駥?shí)時(shí)響應(yīng)?！窨煽啃愿?。二、80C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)（5個(gè)中斷源、2個(gè)優(yōu)先級(jí)）中斷優(yōu)先級(jí):當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷時(shí)，為了使CPU能夠按照用戶的規(guī)定先處理最緊急的，然后再處理其他事件，中斷系統(tǒng)設(shè)置有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)電路，通過用戶的設(shè)置，排在前面的中斷源稱為高級(jí)中斷，排在后面的稱為低級(jí)中斷。

中斷嵌套:當(dāng)CPU響應(yīng)某一中斷源請(qǐng)求而進(jìn)入中斷處理時(shí)，若更高級(jí)別的中斷源發(fā)出申請(qǐng)，則CPU暫?，F(xiàn)行的中斷服務(wù)程序，去響應(yīng)優(yōu)先級(jí)更高的中斷，待更高級(jí)別的中斷處理完畢后，再返回低級(jí)中斷服務(wù)程序，繼續(xù)原先的處理，這個(gè)過程稱為中斷嵌套。

5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)5.1.280C51的中斷源一、中斷源（5個(gè)）

5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中斷源有效的申請(qǐng)信號(hào)設(shè)置的標(biāo)志位外部中斷0(P3.2)IT0位（TCON.0）=0時(shí)，為低電平申請(qǐng)中斷；IT0位=1時(shí)，有1到0的負(fù)跳變信號(hào)申請(qǐng)中斷。IE0(TCON.1)=1外部中斷1(P3.3)IT1位（TCON.2）=0時(shí),為低電平申請(qǐng)中斷；IT1位=1時(shí)，有1到0的負(fù)跳變信號(hào)申請(qǐng)中斷。IE1(TCON.3)=1TF0（TCON.5）片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)T0計(jì)滿溢出時(shí)申請(qǐng)中斷。TF0=1TF1（TCON.7）片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)T1計(jì)滿溢出時(shí)申請(qǐng)中斷。TF1=1RI(SCON.0)或T1(SCON.1)串行接口中斷請(qǐng)求標(biāo)志當(dāng)發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)時(shí)申請(qǐng)中斷TI=1當(dāng)接收完一幀數(shù)據(jù)時(shí)申請(qǐng)中斷RI=189S51中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源，2級(jí)中斷優(yōu)先級(jí)。結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)二、中斷請(qǐng)求標(biāo)志（TCON和SCON屬于特殊功能寄存器）TCON、SCON的中斷標(biāo)志(可進(jìn)行位尋址)

5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)5.1.380C51中斷的控制一、中斷允許控制(中斷允許寄存器IE)

5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)二、中斷優(yōu)先級(jí)控制中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP：80C51有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，每一個(gè)中斷源都可以由軟件設(shè)置為高級(jí)中斷或低級(jí)中斷，由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP控制。某位設(shè)定為“1”時(shí)，此中斷為高級(jí)中斷，清“0”時(shí)設(shè)置為低級(jí)中斷。5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)表5.1各中斷源響應(yīng)優(yōu)先級(jí)及中斷服務(wù)程序入口表5.180C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中斷源中斷標(biāo)志中斷服務(wù)程序入口優(yōu)先級(jí)順序外部中斷0（）IE00003H高定時(shí)/計(jì)數(shù)器0（T0）TF0000BH外部中斷1（）IE10013H定時(shí)/計(jì)數(shù)器1（T1）TF1001BH串行接口RI或TI0023H80C51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)有三條原則：1.CPU同時(shí)接受到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。2.正在進(jìn)行的中斷過程不能被新的同級(jí)或低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷。3.正在進(jìn)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷。80C51中斷的處理過程：

5.280C51單片機(jī)中斷處理過程5.2.1中斷響應(yīng)條件和時(shí)間一、中斷響應(yīng)條件CPU響應(yīng)中斷的條件是：第一、中斷源有中斷請(qǐng)求；第二、此中斷源的中斷允許位為1；第三、CPU中斷開放，即EA=1；第四、無同級(jí)或更高優(yōu)先級(jí)中斷正在被服務(wù)；第五、當(dāng)前查詢的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期。第六、若正在執(zhí)行的指令為RET、RETI或訪問IE、IP寄存器指令，必須執(zhí)行完該指令和緊接著的下一條指令后才能響應(yīng)中斷。5.280C51單片機(jī)中斷處理過程注：上述只要有一個(gè)條件不滿足，就不會(huì)立即響應(yīng)中斷。二、中斷響應(yīng)時(shí)間如果中斷響應(yīng)過程受阻，就要增加等待時(shí)間。若同級(jí)或高級(jí)中斷正在執(zhí)行，所需要的附加等待時(shí)間取決于正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序的長(zhǎng)短，等待的時(shí)間不確定；若沒有同級(jí)或高級(jí)中斷正在進(jìn)行，所需要的附加等待時(shí)間在3～5個(gè)機(jī)器周期之間。這是因?yàn)椋?/p>

5.280C51單片機(jī)中斷處理過程80C51的中斷響應(yīng)時(shí)間（從標(biāo)志置1到進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)），至少需要3個(gè)完整的時(shí)間周期。第一、如果查詢周期不是正在執(zhí)行的指令的最后的機(jī)器周期，附加等待時(shí)間不會(huì)超過3個(gè)機(jī)器周期（因執(zhí)行時(shí)間最長(zhǎng)的指令MUL和DIV也只有四個(gè)機(jī)器周期）第二、如果查詢周期恰逢RET、RETI或訪問IE、IP指令，而這類指令之后又跟著MUL或DIV指令，則由此引起的附加等待時(shí)間不會(huì)超過5個(gè)機(jī)器周期（1個(gè)機(jī)器周期完成正在執(zhí)行的指令再加上MUL或DIV的4個(gè)機(jī)器周期）

5.280C51單片機(jī)中斷處理過程注意：對(duì)于沒有嵌套的單機(jī)中斷，響應(yīng)時(shí)間位3～8個(gè)機(jī)器周期。5.2.2中斷響應(yīng)過程

CPU響應(yīng)中斷的過程如下：

1.將相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器置1（以阻斷后來的同級(jí)或低級(jí)的中斷請(qǐng)求）；

2.執(zhí)行一條硬件LCALL指令，即把程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容壓入堆棧保存，再將相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址送入PC。

3.執(zhí)行中斷服務(wù)程序。5.280C51單片機(jī)中斷處理過程編寫中斷服務(wù)程序時(shí)應(yīng)注意：（1）80C51單片機(jī)的兩個(gè)相鄰中斷源中斷服務(wù)程序入口地址相距只有8個(gè)單元，通常是在相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址單元放一條長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令LJMP，使中斷程序放在64KB程序存儲(chǔ)器的任何地方。若在2KB范圍內(nèi)轉(zhuǎn)移，則可用AJMP指令。（2）硬件LCALL指令，只能將PC內(nèi)的斷點(diǎn)地址壓入堆棧保護(hù)，而對(duì)其他寄存器（如PSW、A等）的內(nèi)容并不作保護(hù)處理。在中斷服務(wù)程序中，應(yīng)用軟件保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，在中斷服務(wù)后，中斷返回恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。5.2.3中斷返回中斷返回指令RETI的具體功能：（1）將中斷響應(yīng)時(shí)壓入堆棧保存的斷點(diǎn)地址從棧頂彈出送回PC，CPU從原來中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行程序。（2）將相應(yīng)中斷優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器清0，通知中斷系統(tǒng)，中斷服務(wù)已執(zhí)行完畢。5.280C51單片機(jī)中斷處理過程注意：1.不能用RET指令代替RETI指令。2.在中斷程序中PUSH和POP指令必須成對(duì)使用。5.280C51單片機(jī)中斷處理過程5.280C51單片機(jī)中斷處理過程5.280C51單片機(jī)中斷處理過程4.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器

89S51單片機(jī)內(nèi)部集成有兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1。一、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的結(jié)構(gòu)1.定時(shí)器的總體結(jié)構(gòu)

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的結(jié)構(gòu)如圖所示。特殊功能寄存器TH0,TLO.TH1,TL12.定時(shí)器方式寄存器TMOD

特殊功能寄存器TMOD用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)方式、計(jì)數(shù)脈沖源的選擇、工作方式的選擇。其各位含義如圖所示。3.定時(shí)器控制寄存器TCON

各位含義如圖所示。

二、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1的工作方式

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的基本工作過程如圖所示。1.方式0

T0、T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式0相同，為13位計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)，方式0的原理圖如圖所示。TH0最高位進(jìn)位（即溢出）時(shí)，設(shè)置TF0=1，申請(qǐng)中斷。響應(yīng)中斷后，系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)TF0復(fù)位。當(dāng)C/=0，為定時(shí)功能；當(dāng)C/=1，為計(jì)數(shù)功能。

這三者為啟動(dòng)控制

定時(shí)時(shí)間t與計(jì)數(shù)器的位數(shù)、設(shè)置的計(jì)數(shù)初值（又稱時(shí)間常數(shù)）、時(shí)鐘頻率有關(guān)。計(jì)算公式如下：

t=（計(jì)數(shù)最大值―x初值）×機(jī)器周期=（213―x初值）×12/fosc

其中：x初值：時(shí)間常數(shù)；fosc：時(shí)鐘頻率。若fosc=12MHz，則方式0的最大定時(shí)時(shí)間T=（213―0）×12/fosc=8.192（ms）例1若設(shè)置定時(shí)器T1工作在方式0、定時(shí)功能，定時(shí)時(shí)間t=5ms，啟動(dòng)由TR1控制。寫出初始化程序。解：方式0：設(shè)置M1、M0=00；定時(shí)功能：設(shè)置C/=0；

TR1啟動(dòng)：設(shè)置GATE=0；定時(shí)時(shí)間t=5ms：由上述公式計(jì)算x初=3192=110001111000B，將x初值的低5位（11000B）送給TL1的低5位，TL1的高3位補(bǔ)0，將x初值的其余高位（1100011B）送給TH1，即設(shè)置TH1=63H，TL1=18H。初始化程序如下：START：MOVTMOD，#00H ；設(shè)置T1方式0，定時(shí)功能

MOVTH1，#63H ；送時(shí)間常數(shù)

MOVTL1，#18H SETBTR1 ；啟動(dòng)T1工作2.方式1

T0、T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式1相同，為16位計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)。方式1的原理圖如下圖所示。

方式1與方式0的唯一區(qū)別在于計(jì)數(shù)位數(shù)不同，其它工作過程相同。

方式1的定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式如下：t=（計(jì)數(shù)最大值―x初值）×機(jī)器周期

=（

―x初值）×12/fosc若fosc=12MHz，則方式1的最大定時(shí)時(shí)間T=（―0）×12/fosc=65.536（ms）例2若設(shè)置定時(shí)器T0工作在方式1、計(jì)數(shù)功能，計(jì)數(shù)數(shù)目為10000次，啟動(dòng)由引腳控制。寫出初始化程序。解：方式1：設(shè)置M1、M0=01；計(jì)數(shù)功能：設(shè)置C/=1；控制啟動(dòng)：設(shè)置GATE=1；計(jì)數(shù)10000次：x初值=216―10000=55536=0D8F0H，將x初值的低8位送給TL0，將x初值的其余高位送給TH0，即設(shè)置TH0=0D8H，TL0=0F0H。初始化程序如下：START：MOVTMOD，#0DH；設(shè)置T0方式1，計(jì)數(shù)功能

MOVTH0，#0D8H；送計(jì)數(shù)初值

MOVTL0，#0F0H SETBTR0 ；置TR0=1，T0啟動(dòng)由引腳控制3.方式2

T0、T1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的方式2相同，為可重栽時(shí)間常數(shù)的8位計(jì)數(shù)器結(jié)構(gòu)。方式2的原理圖如圖所示。TH0作為重載時(shí)間常數(shù)寄存器，當(dāng)TL0計(jì)滿溢出后，設(shè)置TF0=1申請(qǐng)中斷，同時(shí)將TH0中的數(shù)據(jù)自動(dòng)裝載到TL0中重新工作。定時(shí)時(shí)間計(jì)算公式如下：t=（計(jì)數(shù)最大值―x初值）×機(jī)器周期=（―x初值）×12/fosc若fosc=12MHz，則方式2的最大定時(shí)時(shí)間T=（―0）×12/fosc=0.256（ms）4.方式3

T1設(shè)置為方式3時(shí)，停止工作；T0設(shè)置為方式3時(shí)，分成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。T0方式3原理圖如圖所示。

任務(wù)演示任務(wù)T5—生產(chǎn)線零件打包機(jī)控制。見動(dòng)畫十三——生產(chǎn)線零件打包機(jī)控制課堂實(shí)踐利用T0定時(shí)功能，在P1.0引腳上產(chǎn)生周期為100ms的方波信號(hào)，設(shè)fosc=12MHz。見動(dòng)畫十四——方波發(fā)生器4.3串行口

一、串行通信的基本概念并行通信單位信息(通常為一個(gè)字節(jié))的各位數(shù)據(jù)同時(shí)傳送串行通信分類同步通信發(fā)送和接收同步進(jìn)行,從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的不間斷傳送異步通信發(fā)送與接收沒有用同步時(shí)鐘同步,傳送過程中數(shù)據(jù)之間有間隔傳送方式單工半雙工全雙工2.波特率的概念

每秒傳送數(shù)據(jù)的位數(shù)稱為波特率（BaudRate），單位為波特，即位/秒（b/s）。波特率的倒數(shù)稱為位傳送時(shí)間，用Td表示，單位為秒（s）。例如：傳送速率每秒10幀數(shù)據(jù)，每一幀數(shù)據(jù)11位，則傳送波特率為

10幀/秒×11位/幀=110b/s位傳送時(shí)間Td=9.1ms。二、串行口的結(jié)構(gòu)1.串口的總體結(jié)構(gòu)通過設(shè)置特殊功能寄存器SCON、PCON來控制串行口的工作方式與波特率。

2.串口控制寄存器SCON

數(shù)據(jù)格式如下：

SM0、SM1：串行口工作方式選擇位?？梢栽O(shè)置4種工作方式。9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H98HSM0SM1SM2RENTB8RB8TIRISM0SM1工作方式功能說明波特率00方式08位移位寄存器方式fosc/1201方式18位異步通信方式T1溢出率的16或32分頻10方式29位異步通信方式fosc的32或64分頻11方式39位異步通信方式T1溢出率的16或32分頻串行接收允許位。由軟件設(shè)置1允許接收，設(shè)為0禁止接收在9位異步通信方式下，由于緩沖器只有8位，故用TB8作為發(fā)送的第9位，RB8作為接收的第9位。發(fā)送中斷標(biāo)志與接收中斷標(biāo)志。SM2：允許方式2、3多機(jī)通信控制位。

串口工作方式SM2位功能說明方式0SM2=0此位無意義，設(shè)為0方式1SM2=1只有接收到有效的停止位，才將數(shù)據(jù)送入接收緩沖器保存，并置RI=1，否則數(shù)據(jù)丟失，不置位RISM2=0無論是否接收到有效的停止位，都將數(shù)據(jù)保存，并置位RI方式2、3SM2=1只有接收到第9位為1，才將數(shù)據(jù)送入接收緩沖器保存，并置RI=1，否則數(shù)據(jù)丟失，不置位RISM2=0無論是否接收到第9位為1，都將數(shù)據(jù)保存，并置位RI3.電源控制寄存器PCON

用來控制串行口的波特率倍增，以及在CHMOS系列單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)電源控制，其格式如下：87HSMODPDIDL波特率倍增位。當(dāng)SMOD＝1時(shí)，使串行口波特率加倍。三、串行口方式0

1.方式0的工作過程

（1）發(fā)送過程①CPU將數(shù)據(jù)送入發(fā)送緩沖器SBUF后，自動(dòng)啟動(dòng)串口發(fā)送。②8位數(shù)據(jù)以固定的波特率（fosc/12），低位在前，從RXD引腳串行輸出，TXD引腳發(fā)送移位時(shí)鐘信號(hào)（頻率為fosc/12），每個(gè)移位時(shí)鐘對(duì)應(yīng)一個(gè)輸出的數(shù)據(jù)位。③