單片機應用技術C語言版課件-項目三 交通燈系統(tǒng)設計

項目三交通燈系統(tǒng)設計3.1單片機的中斷系統(tǒng)3.2定時/計數(shù)器3.1單片機的中斷系統(tǒng)1、中斷的概念2、MCS-51中斷系統(tǒng)的結構3、中斷的控制4、單片機中斷處理過程5、中斷優(yōu)先級控制一、中斷的概念中斷的概念CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時中斷當前的工作，轉去處理事件B（中斷響應和中斷服務）；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），這一過程稱為中斷。3.1單片機的中斷系統(tǒng)MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)結構執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點中斷請求中斷響應執(zhí)行中斷處理程序中斷返回3.1單片機的中斷系統(tǒng)引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請求。CPU暫時中斷原來的事務A，轉去處理事件B。對事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點），稱為中斷返回。實現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機構）。3.1單片機的中斷系統(tǒng)中斷的優(yōu)點

隨著計算機技術的應用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術不僅解決了快速主機與慢速I/O設備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點：

分時操作。CPU可以分時為多個I/O設備服務，提高了計算機的利用率；實時響應。CPU能夠及時處理應用系統(tǒng)的隨機事件，系統(tǒng)的實時性大大增強；可靠性高。CPU具有處理設備故障及掉電等突發(fā)性事件能力，從而使系統(tǒng)可靠性提高。3.1單片機的中斷系統(tǒng)二、MCS-51中斷系統(tǒng)的結構

80C51的中斷系統(tǒng)有5個中斷源（8052有6個），2個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷嵌套

。3.1單片機的中斷系統(tǒng)3.1單片機的中斷系統(tǒng)EX0EAPX001ET0PT001EX1PX101ET1PT101ESPS01≥1RITISCONTCONIE0TF0IE1TF110101IT0IT1INT0INT1T0T1RXTXIEIP111111110硬件查詢自然優(yōu)先級自然優(yōu)先級中斷入口中斷入口高級低級中斷源中斷源11、（P3.2）可由IT0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.2引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。3.1單片機的中斷系統(tǒng)2、(P3.3）可由IT1(TCON.2)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。3.1單片機的中斷系統(tǒng)三、中斷的控制1、TCON的中斷標志IT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。當IT0=0時，為電平觸發(fā)方式。當IT0=1時，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請求標志位。IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請求標志位。TF0（TCON.5），定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志位。TF1（TCON.7），定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志位。

2、中斷允許控制

CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時/計數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA(IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。3.1單片機的中斷系統(tǒng)四、單片機中斷處理過程

1、中斷響應條件中斷源有中斷請求；此中斷源的中斷允許位為1；

CPU開中斷（即EA=1）。以上三條同時滿足時，CPU才有可能響應中斷。3.1單片機的中斷系統(tǒng)2、外部中斷編程：利用INT0作為外部中斷輸入線，每按一次開關K使P2口處的LED改變一下狀態(tài)（由全亮到全滅或由全滅到全亮）。3.1單片機的中斷系統(tǒng)#include<reg51.h>unsignedchara=0xff;main(){ EA=1; EX0=1; IT0=1;while(1){ P2=a;}}voidext0()interrupt0using1{ a=~a;}?unsignedchara=0xff;放在main中定義可以嗎？3.1單片機的中斷系統(tǒng)3.1單片機的中斷系統(tǒng)3、中斷函數(shù)的完整語法：

返回值函數(shù)名（【參數(shù)】）interruptnusingn

{中斷處理程序}中斷源

入口地址編號

外部中斷00003H0

定時/計數(shù)器0000BH1外部中斷10013H2定時/計數(shù)器1001BH3串行口中斷0023H4練習題：利用INT0作為外部中斷輸入線，每按一次開關K使P1口處的8個LED輪流點亮一次。3.1單片機的中斷系統(tǒng)3.1單片機的中斷系統(tǒng)五、中斷優(yōu)先級控制1、中斷優(yōu)先級寄存器

80C51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應位的狀態(tài)來規(guī)定的

。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT0（IP.1），定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設定位；PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT1（IP.3），定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設定位；PS

（IP.4），串行口優(yōu)先級設定位；PT2(IP.5)，定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設定位。2、自然優(yōu)先級

同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優(yōu)先權排隊問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權排隊，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級形成，其排列如所示：3.1單片機的中斷系統(tǒng)3、80C51單片機的中斷優(yōu)先級有三條原則：CPU同時接收到幾個中斷時，首先響應優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進行的中斷過程不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷。正在進行的低優(yōu)先級中斷服務，能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷。

為了實現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內部設有兩個用戶不能尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個置1，表示正在響應高優(yōu)先級的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請求；另一個置1，表示正在響應低優(yōu)先級中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級中斷請求。3.1單片機的中斷系統(tǒng)3.2定時器/計數(shù)器

1、定時/計數(shù)器的結構2、定時/計數(shù)器的工作原理3、定時/計數(shù)器的控制4、定時/計數(shù)器的工作方式5、定時器的初始化6、定時器應用實例

實現(xiàn)定時功能，比較方便的辦法是利用單片機內部的定時/計數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。采用時基電路定時：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單片機的定時/計數(shù)器不夠用時，可以考慮進行擴展。3.2定時器/計數(shù)器

一、定時/計數(shù)器的結構定時/計定時/計數(shù)器的結構數(shù)器的實質是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設置溢出標志。

3.2定時器/計數(shù)器

二、定時/計數(shù)器的工作原理

加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。

可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。

3.2定時器/計數(shù)器

設置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t

。設置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2ms。

3.2定時器/計數(shù)器

三、定時/計數(shù)器的控制80C51單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。1、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：3.2定時器/計數(shù)器

3.2定時器/計數(shù)器

GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動條件，加上了或引腳為高電平這一條件。

:定時/計數(shù)模式選擇位。＝0為定時模式；=1為計數(shù)模式。M1M0：工作方式設置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設置。

2、控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。3.2定時器/計數(shù)器

四、定時/計數(shù)器的工作方式1、方式0

方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。3.2定時器/計數(shù)器

3.2定時器/計數(shù)器

定時器模式時有:N＝t/Tcy計數(shù)初值計算的公式為：定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得。計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。門控位GATE具有特殊的作用。當GATE=0時，經反相后使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關接通，計數(shù)開始；當GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

3.2定時器/計數(shù)器

2、方式1方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：

3.2定時器/計數(shù)器

3、方式2方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。

工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。

計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：

3.2定時器/計數(shù)器

4、方式3方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數(shù)。

工作方式3將T0分成為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0

。

5、工作原理D8F0D8F2FFFFD8F10000113.2定時器/計數(shù)器

五、定時器的初始化1.初始化步驟程序應完成如下工作：對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式。計算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。中斷方式時，則對IE賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位，啟動定時器。3.2定時器/計數(shù)器

例:T0工作于:定時方式1,定時時間T=10ms,系統(tǒng)主頻f=12MHZ,允許中斷,對T0進行初始化編程。1、求T0的方式控制字TMOD：0100TMOD=0X01;××××0000

T1T03.2定時器/計數(shù)器

2、計算計數(shù)初值Count：TH0=0XD8;TL0=0XF0;機器周期=（1/fosc）×12Count=2^n–

定時時間/機器周期=(1/12MHZ)×12=1us=

2^16-10ms/1us=65536-10000=55536=D8F0HD8HF0H

8位8位TH0TL0TH0=（65536-10000）/256;TL0=（65536-10000）%256;

3、開中斷

EA=1;ET0=1;4、啟動定時器

TR0=1;

初始化程序:TMOD=0X01;TH0=0XD8;TL0=0XF0;EA=1;ET0=1;TR0=1;3.2定時器/計數(shù)器

2、定時器的應用舉例例：設單片機晶振頻率f=6MHZ，使用定時器T1以方式1產生周期為500uS的等寬正方形脈沖，并由P1.0腳輸出。①確定TMOD寄存器的內容定時器/計數(shù)器1的工作方式為方式1，從而M1M0=01；實現(xiàn)定時功能，從而C/T=0;設通過給TR1置位來啟動定時器工作,從而GATE=0；另外，定時器/計數(shù)器0不用，從而低四位全為0；所以（TMOD）=10H。②計算計數(shù)初值要產生500us的等寬正方波脈沖，只需在P1.0端以250us為周期交替輸出高低電平即可實現(xiàn)，從而定時時間為250us，f=6MHz。則機器周期=2us，利用公式：定時時間=（65536-計數(shù)初值）×機器周期，可得250=（65536-COUNT）×2，求得：計數(shù)初值COUNT=8067=FF83H，這樣（TH1）=FFH，（TL1）=83H。3.2定時器/計數(shù)器

中斷方式:#include<at89x51.h>voidmain(){TMOD=0x10;TH1=(65536-125)/256;TL1=(65536-125)%256;ET1=1;EA=1;TR1=1;while(1);}3.2定時器/計數(shù)器

voidtimer1_int()interrupt3using1{ P1_0=~P1_0;

TH1=(65536-125)/256;TL1=(65536-125)%256;}3.2定時器/計數(shù)器

3.2定時器/計數(shù)器

查詢方式voidmain(){TMOD=0x10;TH1=0xFF;TL1=0x83;TR1=1;While(1){While(TF1==1){ P10=~P10; TR1=0; TH1=0x1F;TL1=0x83;TF1=0;TR1=1;}}}3.2定時器/計數(shù)器

例：設單片機晶振頻率f=12MHZ，在P1.0端接一個發(fā)光二極管，利用定時T0工作在方式1，使LED亮1s、滅1s，閃爍。(中斷)3、長時間延時3.2定時器/計數(shù)器

#includeat89x51.h>SbitP10=P1^0;unsignedcharnum＝0；main(){TMOD=0x10;TH1=（65536-50000）%256;TL1=（65536-50000）/256;ET1=1;EA=1;TR1=1;While(1){if(num==20){num=0;P10=~P10;}}}3.2定時器/計數(shù)器

voidtimer1_int()interrupt3{ num＋＋;TH1=（65536-50000）/256;TL1=（65536-50000）%256;}3.2定時器/計數(shù)器

編程題：設單片機晶振頻率f=12MHZ，在P1口接8個發(fā)光二極管，利用定時T0工作在方式1，使8個LED每隔1秒輪流左移點亮，并循環(huán)。(中斷)3.2定時器/計數(shù)器

例：要求