單片機(jī)原理與應(yīng)用技術(shù)(第版)電子課件第4章

4.1中斷系統(tǒng)4.2

中斷程序設(shè)計(jì)

4.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器

4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的編程舉例

小結(jié)第4章中斷系統(tǒng)、內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器4.1中斷系統(tǒng)

“中斷”是指計(jì)算機(jī)在執(zhí)行某段程序的過程中，由于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因，當(dāng)出現(xiàn)CPU以外的某種情況時(shí)，由服務(wù)對(duì)象向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求信號(hào)，要求CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理程序執(zhí)行完畢后，再返回繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。

4.1.1中斷系統(tǒng)概述

1、中斷的概念

中斷系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的重要組成部分。實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理、計(jì)算機(jī)與外圍設(shè)備間的數(shù)據(jù)傳送往往采用中斷系統(tǒng)。

2、中斷的特點(diǎn)◆分時(shí)操作

◆實(shí)時(shí)處理◆故障處理3、中斷系統(tǒng)的功能◆實(shí)現(xiàn)中斷響應(yīng)和中斷返回◆實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)◆實(shí)現(xiàn)中斷嵌套4、中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖4.1.2中斷源

1、外部中斷源

8051的兩條外部中斷請(qǐng)求信號(hào)輸入線，有低電平或負(fù)跳變兩種中斷觸發(fā)方式。中斷觸發(fā)方式由定時(shí)器控制寄存器TCON中IE0和IE1位的狀態(tài)設(shè)定。

2、定時(shí)器溢出中斷源3、串行口中斷源8051內(nèi)部定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷屬于內(nèi)部中斷，通常用于進(jìn)行定時(shí)/計(jì)數(shù)控制。在內(nèi)部定時(shí)脈沖或T0/T1引腳上輸入的外部計(jì)數(shù)脈沖作用下，加1計(jì)數(shù)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出時(shí)提出中斷請(qǐng)求。

8051內(nèi)部串行口的發(fā)送和接收中斷也是內(nèi)部中斷。在串行口進(jìn)行發(fā)送/接收數(shù)據(jù)時(shí)，每發(fā)送完一組串行數(shù)據(jù)時(shí)，串行口控制寄存器SCON中的TI中斷標(biāo)志位置“1”，每接收完一組串行數(shù)據(jù)則使RI置“1”，并都自動(dòng)向CPU發(fā)出串行口中斷請(qǐng)求。

4.1.3中斷系統(tǒng)的控制

1、定時(shí)器控制寄存器TCON2、串行口控制寄存器SCON3、中斷控制寄存器4.1.4中斷響應(yīng)

1、中斷處理的過程

中斷處理過程分為4個(gè)階段，即中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。MCS-51系列單片機(jī)的中斷處理流程如圖所示。

2、中斷申請(qǐng)的撤除1) 定時(shí)器中斷請(qǐng)求的撤除

對(duì)于定時(shí)器T0或T1溢出中斷，CPU在響應(yīng)中斷后即由硬件自動(dòng)清除其中斷標(biāo)志位TF0或TF1，無需采取其他措施。2) 串行口中斷請(qǐng)求的撤除

對(duì)于串行口中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，硬件不能自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TI、RI，必須在中斷服務(wù)程序中用軟件將其清除。2、中斷申請(qǐng)的撤除3) 外部中斷請(qǐng)求的撤除外部中斷可分為邊沿觸發(fā)型和電平觸發(fā)型。

對(duì)于邊沿觸發(fā)的外部中斷或，CPU在響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)清除其中斷標(biāo)志位IE0或IE1，無需采取其他措施。對(duì)于電平觸發(fā)的外部中斷，其中斷請(qǐng)求撤除的方法較為復(fù)雜，只有通過硬件配合相應(yīng)軟件的方式。

用戶對(duì)中斷的控制和管理，實(shí)際是對(duì)4個(gè)與中斷有關(guān)的寄存器IE、TCON、IP、SCON進(jìn)行控制或管理。4.2中斷程序設(shè)計(jì)

4.2.1匯編語言中斷程序設(shè)計(jì)匯編語言的中斷服務(wù)程序按規(guī)定的中斷矢量地址存入，由于5個(gè)中斷矢量地址0003H、000BH、0013H、001BH、0023H之間相距很近，往往裝不下一個(gè)中斷服務(wù)程序，所以通常將中斷服務(wù)程序安排在程序存儲(chǔ)器的其他地址空間，而在矢量地址單元中安排一條轉(zhuǎn)移指令。

例4.1

在圖4.3中，P1.4～P1.7接有4個(gè)發(fā)光二極管，P1.0～P1.3接有4個(gè)開關(guān)，消抖電路用于產(chǎn)生中斷請(qǐng)求信號(hào)，消抖電路的開關(guān)來回?fù)軇?dòng)一次將產(chǎn)生一個(gè)下降沿信號(hào)，通過向CPU申請(qǐng)中斷，要求：初始發(fā)光二極管全黑，每中斷一次，P1.0～P1.3所接的開關(guān)狀態(tài)反映到發(fā)光二極管上，且要求開關(guān)合上時(shí)對(duì)應(yīng)發(fā)光二極管亮。4.2.2

C語言中斷程序設(shè)計(jì)1、中斷服務(wù)函數(shù)的定義中斷服務(wù)程序定義為函數(shù)，函數(shù)的完整定義如下：

返回值函數(shù)名([參數(shù)])[模式][再入]Interruptn[Usingm](1) Interruptn：表示將函數(shù)聲明為中斷服務(wù)函數(shù)，n為中斷源編號(hào)。

(2)

Usingm：定義函數(shù)使用的工作寄存器組。函數(shù)入口處將當(dāng)前寄存器保存，使用m指定的寄存器組，函數(shù)退出時(shí)原寄存器組恢復(fù)。選擇不同的工作寄存器組，可方便地實(shí)現(xiàn)寄存器組的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)。(3)

再入：屬性關(guān)鍵字reentrant將函數(shù)定義為再入函數(shù)，在C51中，普通函數(shù)(非再入函數(shù))不能遞歸調(diào)用，只有再入函數(shù)才可被遞歸調(diào)用。2、編程舉例例4.2

用C語言對(duì)例4.1重新編程。解：編程如下：4.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器

4.3.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

8051單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)

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位的可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器，稱為定時(shí)器0(T0)和定時(shí)器1(T1)，可編程選擇其用作定時(shí)器或計(jì)數(shù)器，其邏輯結(jié)構(gòu)如圖。4.3.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理當(dāng)設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器增1，直至計(jì)數(shù)器滿溢出。定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間與系統(tǒng)的振蕩頻率緊密相關(guān)，MCS-51單片機(jī)的一個(gè)機(jī)器周期由12個(gè)振蕩脈沖組成，所以計(jì)數(shù)頻率fc=(1/12)fosc。

當(dāng)設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來自輸入引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)的外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣引腳輸入電平，若前一個(gè)機(jī)器周期采樣值為1，后一個(gè)機(jī)器周期采樣值為0，則計(jì)數(shù)器加1。

4.3.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式1、定時(shí)器工作方式寄存器TMOD2、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式◆方式0方式0為13位定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，由THx提供高8位、TLx提供低5位的計(jì)數(shù)初值，最大計(jì)數(shù)值為M=213=8192，每次啟動(dòng)計(jì)數(shù)前均需預(yù)置計(jì)數(shù)初值。設(shè)定時(shí)器初值為C，時(shí)鐘頻率為fosc，則其定時(shí)時(shí)間T為：T=(M－C)×12/fosc

=(8192－C)×12/fosc◆方式1◆方式2◆方式3方式1與方式0基本相同，唯一區(qū)別在于：方式1計(jì)數(shù)寄存器的位數(shù)為16位，由THx和TLx寄存器各提供8位計(jì)數(shù)初值，最大計(jì)數(shù)值為216=65536。定時(shí)時(shí)間：

T=(65536－M0)×12/fosc方式2是8位的可自動(dòng)重裝載計(jì)數(shù)初值的定時(shí)/計(jì)數(shù)方式，最大計(jì)數(shù)值為28=256。定時(shí)時(shí)間：

T=(256－M0)×12/fosc方式3只適合于定時(shí)/計(jì)數(shù)器0(T0)。當(dāng)T0工作在方式3時(shí)，TH0和TL0成為兩個(gè)獨(dú)立的計(jì)數(shù)器。這時(shí)TL0可作定時(shí)/計(jì)數(shù)器，占用T0在TCON和TMOD寄存器中的控制位和標(biāo)志位；而TH0只能用作定時(shí)器，占用T1的資源TR1和TF1。在這種情況下，T1仍可用于方式0、1、2，但不能使用中斷方式。例4.3

用定時(shí)器1、方式0實(shí)現(xiàn)1s的延時(shí)。例4.4

用定時(shí)器0、方式3實(shí)現(xiàn)1s的延時(shí)。

(1) 根據(jù)定時(shí)時(shí)間要求或計(jì)數(shù)要求計(jì)算計(jì)數(shù)器初值。(2) 填寫工作方式控制字送TMOD寄存器。(3) 送計(jì)數(shù)初值的高8位和低8位到THx和TLx寄存器中。(4) 啟動(dòng)定時(shí)(或計(jì)數(shù))器，即將TRx置位。如果工作于中斷方式，需置位EA(中斷總開關(guān))及ETx(允許定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷)，并編寫中斷服務(wù)程序。4.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器的編程舉例1、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的初始化編程步驟2、應(yīng)用編程舉例例4.6

用單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)一個(gè)秒表，由P1口連接的LED采用BCD碼顯示，發(fā)光二極管亮表示0，暗表示1。計(jì)滿60s后從頭開始，依次循環(huán)。解：定時(shí)器0工作于定時(shí)方式1，產(chǎn)生1s的定時(shí)，程序類似于例4.4。定時(shí)器1工作在方式2，當(dāng)1s時(shí)間到時(shí)，由軟件復(fù)位T1(P3.5)引腳產(chǎn)生負(fù)跳變，再由定時(shí)器1進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)滿60次(1分鐘)溢出，再重新開始計(jì)數(shù)。按上述設(shè)計(jì)思路可知，方式寄存器TMOD的控制字應(yīng)為61H，定時(shí)器1的初值應(yīng)為：256－60=196=C4H小

結(jié)

中斷是指當(dāng)機(jī)器正在執(zhí)行程序的過程中，一旦遇到某些異常情況或特殊請(qǐng)求時(shí)，暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)入必要的處理(中斷服務(wù)子程序)，處理完畢后，再返回到原來被停止程序的間斷處(斷點(diǎn))繼續(xù)執(zhí)行。引起中斷的事情稱為中斷源。中斷請(qǐng)求的優(yōu)先級(jí)由用戶編程和內(nèi)部?jī)?yōu)先級(jí)共同確定。中斷編程包括中斷入口地址設(shè)置、中斷源優(yōu)先級(jí)設(shè)置、中斷開放或關(guān)閉、中斷服務(wù)子程序等。本章通過實(shí)例分別介紹了采用匯編語言程序和C語言程序編寫中斷程序。小

結(jié)

MCS-51單片機(jī)內(nèi)部有兩個(gè)可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器0和1，每個(gè)定