第4章 中斷系統(tǒng)及定時(shí)器

1、2020/6/26,第4章 MCS-51 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 及定時(shí)器,本章將介紹以下內(nèi)容：,定時(shí)/計(jì)數(shù)器-定時(shí)/計(jì)數(shù)器的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能、定時(shí)器計(jì)數(shù)器的控制寄存器、定時(shí)器計(jì)數(shù)器的工作方式、定時(shí)計(jì)數(shù)器用作外部中斷擴(kuò)展、定時(shí)中斷聯(lián)合舉例。,中斷系統(tǒng)-中斷源、中斷方式 、中斷控制寄存器、中斷響應(yīng)、中斷請(qǐng)求的撤除。,2020/6/26,4.1 MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng),一、中斷的概念,MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),2020/6/26,中斷請(qǐng)求標(biāo)志,1,高級(jí),低級(jí),二、MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng),內(nèi) 部 查 詢(xún),內(nèi) 部 查 詢(xún),入口地址,入口地址,中斷允許控制,中斷優(yōu)先級(jí),EA,中斷源,2020

2、/6/26,一、中斷源 共有五個(gè)中斷源，分別是外部中斷兩個(gè)、定時(shí)中斷兩個(gè)和串行中斷一個(gè)，它們是： 外部中斷0-INT0，由P3.2提供， 外部中斷1INT1，由P3.3提供，,外部中斷有兩種信號(hào)方式，即電平方式和脈沖方式。,T0溢出中斷； 由片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器0提供 T1溢出中斷； 由片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器1提供 串行口中斷RI/TI； 由片內(nèi)串行口提供,MCS-51 中斷源,2020/6/26,二、中斷方式,單片機(jī)的中斷為固定入口式中斷，即一響應(yīng)中斷就轉(zhuǎn)入固定入口地址執(zhí)行中斷服務(wù)程序。具體入口如下： 中斷源 入口地址 INT0 0003 T0 000BH INT1 0013H T1 001BH RI

3、/TI 0023H 在這些單元中往往是一些跳轉(zhuǎn)指令，跳到真正的中斷服務(wù)程序，這是因?yàn)榻o每個(gè)中斷源安排的空間只有8個(gè)單元。,2020/6/26,三、中斷控制的寄存器,與中斷控制有關(guān)的控制寄存器有四個(gè)：,TCON-定時(shí)控制寄存器， IE-中斷允許控制寄存器， IP-中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器， SCON-及串行口控制寄存器。,1定時(shí)控制寄存器TCON,中斷請(qǐng)求標(biāo)志,觸發(fā)方式選擇,0 低電平1 下降沿,2020/6/26,2串行口控制寄存器SCON,串行中斷請(qǐng)求標(biāo)志,3中斷允許控制寄存器IE,4中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）,0 禁止，1允許,0 低級(jí)別，1高級(jí)別,2020/6/26,四、中斷響應(yīng),響應(yīng)條件

4、-CPU要響應(yīng)中斷需滿(mǎn)足下列條件： 無(wú)同級(jí)或高級(jí)中斷正在服務(wù)； 當(dāng)前指令周期結(jié)束，如果查詢(xún)中斷請(qǐng)求的機(jī)器 周期不是當(dāng)前指令的最后一個(gè)周期，則不行； 若現(xiàn)行指令是RETI、RET或訪問(wèn)IE、IP指令，則需要執(zhí)行到當(dāng)前指令及下一條指令方可響應(yīng)。,響應(yīng)過(guò)程-單片機(jī)響應(yīng)中斷后，自動(dòng)執(zhí)行下列操作： 置位中斷優(yōu)先級(jí)有效觸發(fā)器，即關(guān)閉同級(jí)和低級(jí) 中斷： 調(diào)用入口地址，斷點(diǎn)入棧，相當(dāng)于LCALL指令； 進(jìn)入中斷服務(wù)程序。,2020/6/26,響應(yīng)時(shí)間-從查詢(xún)中斷請(qǐng)求標(biāo)志位到轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)入口地址所需的機(jī)器周期數(shù)。 （1）最快響應(yīng)時(shí)間 以外部中斷的電平觸發(fā)為最快。 從查詢(xún)中斷請(qǐng)求信號(hào)到中斷服務(wù)程序需要三個(gè)機(jī)器周期

5、： 1個(gè)周期（查詢(xún)）2個(gè)周期（長(zhǎng)調(diào)用LCALL） （2）最長(zhǎng)時(shí)間 若當(dāng)前指令是RET、RETI和IP、IE指令，緊接著下一條是乘除指令發(fā)生，則最長(zhǎng)為8個(gè)周期： 2個(gè)周期執(zhí)行當(dāng)前指令（其中含有1個(gè)周期查詢(xún)）4個(gè)周期乘除指令2個(gè)周期長(zhǎng)調(diào)用8個(gè)周期。,2020/6/26,中斷返回中斷處理程序的最后一條指令是RETI，它使CPU結(jié)束中斷處理程序的執(zhí)行，返回到斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行主程序。,中斷程序舉例,圖為單片機(jī)數(shù)據(jù)傳輸示意圖。 外設(shè)數(shù)據(jù)經(jīng)P1口輸入單片機(jī)，每準(zhǔn)備好一個(gè)數(shù)據(jù)，外設(shè)發(fā)出選通信號(hào)，經(jīng)觸發(fā)器和非門(mén)至INT0。,2020/6/26,數(shù)據(jù)傳送過(guò)程： 外設(shè)每準(zhǔn)備好一個(gè)數(shù)據(jù)后，發(fā)出選通信號(hào)，使觸發(fā)器輸出1

6、再經(jīng)非門(mén)得0至INT0，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求， CPU 響應(yīng)這個(gè)中斷請(qǐng)求后，在中斷處理程序中先撤除 中斷請(qǐng)求信號(hào)， （通過(guò)P3.0=0， 使INT0=1） 再由P1口輸入 數(shù)據(jù)到單片機(jī) 內(nèi)部。,2020/6/26,程序清單：,ORG 0000H,START:LJMP MAIN ORG 0003H LJMP IINT0 ORG 0030H ;主程序 MAIN: CLR IT0 ;低電平觸發(fā) SETB EA SETB EX0 ;開(kāi)中斷 MOV DPTR,#1000H . ORG 0100H IINT0:PUSH PSW ;中斷處理程序 PUSH ACC CLR P3.0,2020/6/26,NOP

7、 NOP SETB P3.0 ;撤除INT0 MOV A,P1 ;輸入數(shù)據(jù) MOVX DPTR,A ;保存數(shù)據(jù) INC DPTR . POP ACC ;恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) POP PSW RETI ;返回主程序,2020/6/26,常用的定時(shí)/實(shí)現(xiàn)方式： 1.軟件定時(shí)； 2.不可編程硬件定時(shí)； 3.可編程定時(shí) 。,4.2 MCS-51單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器,2020/6/26,一、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的定時(shí)和計(jì)數(shù)功能,在TMOD中，各有一個(gè)控制位（CT），分別用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1是工作在定時(shí)器方式還是計(jì)數(shù)器方式。,1. 定時(shí)功能-計(jì)數(shù)輸入信號(hào)是內(nèi)部時(shí)鐘脈沖，每個(gè)機(jī)器周期使寄存器的值加1。所以，計(jì)數(shù)頻率是

8、振蕩頻率的1/12。,2. 計(jì)數(shù)功能-計(jì)數(shù)脈沖來(lái)自相應(yīng)的外部輸入引腳，T0為P3.4，T1為P3.5。,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的核心部件是二進(jìn)制加1計(jì)數(shù)器(TH0、TL0或TH1、TL1) 。,2020/6/26,二、定時(shí)器計(jì)數(shù)器的控制寄存器,與定時(shí)器計(jì)數(shù)器有關(guān)的控制寄存器有：,1定時(shí)器控制寄存器TCON,中斷請(qǐng)求標(biāo)志,觸發(fā)方式選擇,啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器,0 低電平1 下降沿,0 停止 1 啟動(dòng),2020/6/26,2工作方式控制寄存器TMOD,T1控制,T0控制,GATE門(mén)控位,M1 M0工作方式選擇,2020/6/26,計(jì)數(shù)脈沖輸入,三、定時(shí)器計(jì)數(shù)器的工作方式,定時(shí)器計(jì)數(shù)器共有四種工作方式,1. 方式0

9、13位方式,13位計(jì)數(shù)器,定時(shí)器,計(jì)數(shù)器,2020/6/26,2. 方式116位方式,2020/6/26,3. 方式28位自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)方式,2020/6/26,4. 方式32個(gè)8位方式,僅T0可以工作在方式3此時(shí)T0分成2個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器TL0和TH0 ，前者用原來(lái)T0的控制信號(hào)（TR0、TF0），后者用原來(lái)T1的控制信號(hào)（TR1、TF1）。,四、應(yīng)用舉例,計(jì)算計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值: 編程時(shí)將計(jì)數(shù)初值送THi、 TLi；,可編程器件在使用前需要進(jìn)行初始化：,確定TMOD控制字：編程時(shí)將控制字送TMOD；,2020/6/26,例題1：設(shè)晶振頻率fOSC=6MHz，使用定時(shí)器1以方式1產(chǎn)生周期為50

10、0s的方波脈沖，并由P1.0 輸出。試以中斷方式實(shí)現(xiàn)。, 開(kāi)中斷（如果使用中斷方式）: 編程實(shí)置位EA、ETi, TRi位置位控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。,2020/6/26, TMOD確定,T1控制,T0控制,控制字10H,要產(chǎn)生500s 的方波脈沖，只需在P1.0端以250s為間隔，交替輸出高低電平即可實(shí)現(xiàn)。為此，定時(shí)間應(yīng)為250s 。使用6z晶振，則一個(gè)機(jī)器周期為2s，設(shè)待求計(jì)數(shù)初值為，則：, 計(jì)算計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)初值；,2020/6/26,（216X）210 -6 =25010 -6 即216X=125 X216-125=10000H-7DH 0FF83H 所以，初值為： TH1=0FFH，T

11、L1=83H, 采用中斷方式：編程時(shí)打開(kāi)全局和局部中斷。, 由定時(shí)器控制寄存器TCON中的TR1位控制定時(shí)器的啟動(dòng)和停止。 TR11，啟動(dòng)； TR10，停止。,2020/6/26,程序設(shè)計(jì),ORG 0000H LJMP MAIN ；主程序入口 ORG 001BH LJMP INTT1 ；T1中斷入口,2020/6/26,INTT1：MOV TH1，#0FFH ；重新設(shè)置初值 MOV TL1，#83H CPL P1.0 ；輸出取反 RETI,ORG 1000H MAIN：MOV TMOD， #10H ；T1為方式1 MOV TH1， #0FFH MOV TL1，#83H ；初值 SETB EA

12、；允許中斷 SETB ET1 SETB TR1 ；啟動(dòng)定時(shí) HERE: SJMP HERE ；等待中斷,主程序：,中斷處理程序：,2020/6/26,例題2：設(shè)晶振頻率fOSC=6MHz，分別討論各種工作方式下最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間。,解： 1.由fOSC=6MHz可知，MC=2us; 2.由于是加1計(jì)數(shù)，所以最長(zhǎng)定時(shí)應(yīng)是計(jì)數(shù)初值最小時(shí)（即為0時(shí)）的定時(shí)時(shí)間。 所以此時(shí)有： 方式0： （2130）2us= 214us=16384us=16.384ms,2020/6/26,方式1： （2160）2us= 217us=131.072ms,方式2、3 （280）2us= 29us=0.512ms,注意：以上是當(dāng)fOSC=6MHz，即MC=2us時(shí)各種方式下的定時(shí)時(shí)間，若fOSC=12MHz，則最長(zhǎng)定時(shí)時(shí)間將縮短一半。,2020/6/26,五、定時(shí)計(jì)數(shù)器用作外部中斷擴(kuò)展 在計(jì)數(shù)方式下，如果把計(jì)數(shù)器預(yù)置為全1，則只要在計(jì)數(shù)輸入端（T0或T1輸入端）加一脈沖就可以使計(jì)數(shù)器溢出，產(chǎn)生溢出中斷。這就是定時(shí)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)外部中斷擴(kuò)展的思想。具體方法是： 置定時(shí)計(jì)數(shù)器為工作方式，即自動(dòng)加載式位計(jì)數(shù)，以便在一次中斷響應(yīng)后，自動(dòng)為下一次中斷作準(zhǔn)備； TH和TL均置為FFH； 擴(kuò)展的外部中斷請(qǐng)求信號(hào)接計(jì)數(shù)脈沖輸入端（T0或T1）； 把擴(kuò)展的外中斷服務(wù)程序存放在所占用的定時(shí)計(jì)數(shù)器中