單片機(jī)定時(shí)器和中斷應(yīng)用

中斷系統(tǒng)3.180C51的中斷系統(tǒng)

3.1.180C51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、中斷的概念CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，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），這一過程稱為中斷。MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點(diǎn)中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)執(zhí)行中斷處理程序中斷返回引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請(qǐng)求。CPU暫時(shí)中斷原來的事務(wù)A，轉(zhuǎn)去處理事件B。對(duì)事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點(diǎn)），稱為中斷返回。實(shí)現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機(jī)構(gòu)）。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術(shù)不僅解決了快速主機(jī)與慢速I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

分時(shí)操作。CPU可以分時(shí)為多個(gè)I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計(jì)算機(jī)的利用率；實(shí)時(shí)響應(yīng)。CPU能夠及時(shí)處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機(jī)事件，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大增強(qiáng)；可靠性高。CPU具有處理設(shè)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。80C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

80C51的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源（8052有6個(gè)）

，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套

。1、（）可由IT0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當(dāng)CPU檢測(cè)到引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號(hào)時(shí)，中斷標(biāo)志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請(qǐng)中斷。2、）可由IT1(TCON.2)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當(dāng)CPU檢測(cè)到引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號(hào)時(shí)，中斷標(biāo)志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請(qǐng)中斷。

3、TF0（），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0發(fā)生溢出時(shí)，置位TF0，并向CPU申請(qǐng)中斷。

4、TF1（），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1發(fā)生溢出時(shí)，置位TF1，并向CPU申請(qǐng)中斷。

5、RI（）或TI（），串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，向CPU申請(qǐng)中斷。

二、中斷請(qǐng)求標(biāo)志1、TCON的中斷標(biāo)志IT0（），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。當(dāng)IT0=0時(shí)，為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=1時(shí)，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（），外部中斷0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。IT1（），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1（），外部中斷1中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。TF0（），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。TF1（），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

2、SCON的中斷標(biāo)志RI（），串行口接收中斷標(biāo)志位。當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)，每接收完一個(gè)串行幀，由硬件置位RI。注意，RI必須由軟件清除。TI（），串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。當(dāng)CPU將一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí)，就啟動(dòng)了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個(gè)串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，不能自動(dòng)清除TI，TI必須由軟件清除。

一、中斷允許控制CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。3.1.380C51中斷的控制

EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)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(shí)/計(jì)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。二、中斷優(yōu)先級(jí)控制80C51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都是由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的

。PX0（），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT0（），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PX1（），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT1（），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PS（），串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT2(IP.5)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。PX0（），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT0（），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PX1（），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT1（），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PS（），串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT2(IPH.5)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。而80C52單片機(jī)有四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)四級(jí)中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP和IPH中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的

。

同一優(yōu)先級(jí)中的中斷申請(qǐng)不止一個(gè)時(shí)，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)問題。同一優(yōu)先級(jí)的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級(jí)形成，其排列如所示：設(shè)置52單片機(jī)的4個(gè)中斷源,使他們的優(yōu)順序?yàn)門1,INT1,INT0,T0.

IPH=0X08; PT1=1;

IP=0X40; PX1=1;80C51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)有三條原則：CPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。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)的中斷請(qǐng)求所中斷。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。為了實(shí)現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)用戶不能尋址的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請(qǐng)求；另一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)低優(yōu)先級(jí)中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求。3.280C51單片機(jī)中斷處理過程

中斷響應(yīng)條件中斷源有中斷請(qǐng)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(shí)滿足時(shí)，CPU才有可能響應(yīng)中斷。3.2.1中斷響應(yīng)條件和時(shí)間

3.380C51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，比較方便的辦法是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時(shí)：軟件定時(shí)不占用硬件資源，但占用了CPU時(shí)間，降低了CPU的利用率。采用時(shí)基電路定時(shí)：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時(shí)電路。但在硬件連接好以后，定時(shí)值與定時(shí)范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時(shí)：這種定時(shí)芯片的定時(shí)值及定時(shí)范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時(shí)功能強(qiáng)，使用靈活。在單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器不夠用時(shí)，可以考慮進(jìn)行擴(kuò)展。3.3.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)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(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

二、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

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

可見，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時(shí)時(shí)間t

。設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)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(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測(cè)一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2s。

3.3.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。一、工作方式寄存器TMOD工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)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：GATE：門控位。GATE＝0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。即此時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)多了一條件。:定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。＝0為定時(shí)模式；=1為計(jì)數(shù)模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。

二、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(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：TF1（）：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測(cè)試的標(biāo)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（）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。TF0（）：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。

3.3.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式

一、方式0

方式0為13位計(jì)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(shí)向TH0進(jìn)位，TH0溢出時(shí)，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。定時(shí)器模式時(shí)有:N＝t/Tcy計(jì)數(shù)初值計(jì)算的公式為：定時(shí)器的初值還可以采用計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)直接取補(bǔ)法獲得。計(jì)數(shù)模式時(shí)，計(jì)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(dāng)GATE=0時(shí)，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時(shí)僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時(shí)，控制開關(guān)接通，計(jì)數(shù)開始；當(dāng)GATE=1時(shí)，由外中斷引腳信號(hào)控制或門的輸出，此時(shí)控制與門的開啟由外中斷引腳信號(hào)和TR0共同控制。當(dāng)TR0=1時(shí)，外中斷引腳信號(hào)引腳的高電平啟動(dòng)計(jì)數(shù)，外中斷引腳信號(hào)引腳的低電平停止計(jì)數(shù)。這種方式常用來測(cè)量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

二、方式1方式1的計(jì)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(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為：

三、方式2方式2為自動(dòng)重裝初值的8位計(jì)數(shù)方式。

工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號(hào)發(fā)生器。

計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為：

四、方式3方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，定時(shí)器T1處于方式3時(shí)相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)。

工作方式3將T0分成為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0

。

3.3.5定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例

初始化程序應(yīng)完成如下工作：對(duì)TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式。計(jì)算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。中斷方式時(shí)，則對(duì)IE賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位，啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)或