C51中斷系統(tǒng)和定時(shí)器(堪稱經(jīng)典必看).ppt

1、本章學(xué)習(xí)目標(biāo) ： 理解中斷概念，能正確描繪單片機(jī)中斷響應(yīng)過程 熟記80C51單片機(jī)的5個(gè)中斷源及其中斷入口地址 能按要求正確設(shè)置特殊功能寄存器IE、IP、TCON、SCON和TMOD 熟悉中斷優(yōu)先控制的方法 能正確描繪定時(shí)/計(jì)數(shù)器的4種工作方式，重點(diǎn)掌握方式1、方式2的應(yīng)用 學(xué)會(huì)定時(shí)/計(jì)數(shù)初值的計(jì)算 能讀懂教材中的控制實(shí)例，學(xué)會(huì)編寫同等難度的中斷、定時(shí)/計(jì)數(shù)程序,第2章 單片機(jī)的指令系統(tǒng),第四章 80C51中斷系統(tǒng)和定時(shí)器,4.1 中斷系統(tǒng),1.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)生或中斷請(qǐng)求）； 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)

2、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）。,4.1.1 中斷系統(tǒng)的基本概念,4.1 中斷系統(tǒng),2.中斷技術(shù)的應(yīng)用并行處理 CPU可以與多臺(tái)外設(shè)并行工作，并分時(shí)與他們進(jìn)行信息交換，提高了CPU的工作效率。實(shí)時(shí)控制 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)可能隨機(jī)請(qǐng)求CPU提供服務(wù)。有了中斷系統(tǒng)，CPU就可以立即響應(yīng)并予以處理。故障處理 單片機(jī)系統(tǒng)在工作時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)一些突發(fā)故障，如電源斷電，存儲(chǔ)器出錯(cuò)，程序執(zhí)行錯(cuò)誤（如除數(shù)為0）等，一旦出現(xiàn)故障，CPU就可及時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行故障處理程序，而不必停機(jī)。3.中斷系統(tǒng) 為實(shí)現(xiàn)中斷功能而配置的硬件和編寫的軟件就是中斷系統(tǒng)。,4.1

3、.1 中斷系統(tǒng)的基本概念,4.1 中斷系統(tǒng),能夠向CPU發(fā)出中斷申請(qǐng)的部件稱為中斷源。80C51單片機(jī)有5個(gè)中斷源。見下表,4.1.2 中斷源,4.1 中斷系統(tǒng),單片機(jī)通過對(duì)4個(gè)特殊功能寄存器實(shí)施中斷控制： 1.中斷允許寄存器IE 2.中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP 3.定時(shí)/計(jì)數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON 4.串口控制寄存器SCON,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),1.中斷允許寄存器IE功能： 控制單片機(jī)是否接受中斷申請(qǐng)，以及接受哪一種中斷申請(qǐng)字節(jié)地址： A8H 其格式和每位的含義如下(位操作指令實(shí)現(xiàn)）：,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),1.中斷允許寄存器IE例：同時(shí)打開外部中斷0

4、和串行口中斷，可設(shè)置為： 方法1：MOV IE,#10010001B方法2：SETB EA SETB ES SETB EX0方法3：ORL IE,#10010001B,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),2.中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP功能： 對(duì)80C51單片機(jī)進(jìn)行高級(jí)別或低級(jí)別中斷的設(shè)置IP的字節(jié)地址： B8H 格式和每位的含義如下：,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),2.中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP 例：令串行口為高優(yōu)先級(jí)中斷，外部中斷0為低優(yōu)先級(jí)中斷。 設(shè)置方法：法1： MOV IE,#10010001B ；開中斷 MOV IP,#00010000B ；設(shè)優(yōu)先級(jí) 法2： MOV IE,#100

5、10001B SETB PS ；假設(shè)單片機(jī)之前進(jìn)行了初始化說明：此時(shí)串口的優(yōu)先級(jí)高于外部中斷0的優(yōu)先級(jí),4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),2.中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP 如果幾個(gè)相同級(jí)別的中斷源同時(shí)申請(qǐng)中斷，則根據(jù)以下自然順序響應(yīng)：,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),3.定時(shí)/計(jì)數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON 功能： 可設(shè)置外部中斷申請(qǐng)的形式：低電平觸發(fā)還是下降沿觸發(fā),控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的計(jì)時(shí)開始或停止,是各中斷源（串口中斷除外）是否申請(qǐng)中斷的標(biāo)志位TCON的字節(jié)地址： 88H 格式和每位的含義如下：,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),3.定時(shí)/計(jì)數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON,

6、4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),3.定時(shí)/計(jì)數(shù)器及外部中斷控制寄存器TCON,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),4.串口控制寄存器SCON 功能： 只有D1和D0位用于中斷，作為串口中斷請(qǐng)求標(biāo)志，即串口中斷請(qǐng)求寄存器TCON的字節(jié)地址： 98H 格式和每位的含義如下：RI為接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志位:當(dāng)串口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)，RI自動(dòng)置1;CPU響應(yīng)中斷后，用軟件對(duì)RI清0;TI為發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志:當(dāng)串口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)，TI自動(dòng)置1，請(qǐng)求中斷。CPU響應(yīng)中斷后，由軟件對(duì)TI清零。,4.1.3 中斷控制,4.1 中斷系統(tǒng),4.1.4 中斷響應(yīng)（現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)與恢復(fù)）,4.1 中斷系統(tǒng),4

7、.1.4 中斷響應(yīng)（二級(jí)中斷嵌套）,4.1 中斷系統(tǒng),編程實(shí)例軟件構(gòu)成：主程序+中斷服務(wù)程序程序編制的關(guān)鍵點(diǎn)： 要對(duì)題目要求進(jìn)行精確分析，明確哪些環(huán)節(jié)應(yīng)該安排在主程序中，哪些環(huán)節(jié)應(yīng)該安排在中斷服務(wù)程序中，再分別編制主程序和中斷服務(wù)程序。例：在程序正常運(yùn)行時(shí)P1口的8個(gè)LED燈作單燈左移8次而后單燈右移7次，如此循環(huán)；中斷時(shí)（即按鍵按下）則P1口的8個(gè)LED閃爍3次（即全亮全滅3次）。 1中斷程序的設(shè)計(jì)主要涉及開中斷、設(shè)定優(yōu)先級(jí)，外中斷還涉及觸發(fā)方式的設(shè)定。 2在軟件設(shè)計(jì)中，首先要對(duì)主程序和中斷服務(wù)程序所完成的任務(wù)進(jìn)行劃分。根據(jù)該課題提出的要求，在主程序中應(yīng)該完成的任務(wù)是8個(gè)LED循環(huán)左移右移；

8、在中斷服務(wù)程序中應(yīng)該完成的功能是8個(gè)LED閃爍3次。,4.1 中斷系統(tǒng),4.1 中斷系統(tǒng),ORG 0000HLJMP STARTORG 0003HLJMP INT0ORG 0100HSTART:MOV SP,#60H MOV IE,#81H ；開INT0中斷 SETB IT0 ；INT0下降沿觸發(fā) L1:MOV A,#0FFH ；設(shè)初值 MOV R0,#8 ；設(shè)定左移八次 CLR C ；將CY清0 L2:RLC A ；帶進(jìn)位位循環(huán)左移一位 MOV P1,A ；送P1口,P1.0燈亮 ACALL DELAY ；延時(shí)0.2秒 DJNZ R0,L2 ；判斷是否左移8次 MOV R0,#7 ；移動(dòng)7次

9、 L3:RRC A ；帶進(jìn)位位循環(huán)右移,4.1 中斷系統(tǒng),MOV P1,A ；送P1口 ACALL DELAY DJNZ R0,L3 ；是否右移7次？ AJMP L1 ；重新開始DELAY:MOV R5,#4 ；延時(shí)0.2秒 D1:MOV R6,#200 D2:MOV R7,#123 NOP DJNZ R7,$DJNZ R6,D2 DJNZ R5,D1 RETINT0: PUSH PSW ;保護(hù)PSW,ACC值 PUSH ACC MOV A,#00H ；使8個(gè)LED全亮 MOV R2,#6 ；閃爍3次（全亮全滅各3次） L4:MOV P1,A ；A值送出,4.1 中斷系統(tǒng),LCALL DELA

10、Y ；延時(shí)0.2秒 CPL A ；A值取反 DJNZ R2，L4 ；閃爍3次？ POP ACC ；恢復(fù)保護(hù)的A值 POP PSW ；恢復(fù)保護(hù)的PSW值 RETI ；返回主程序 END,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.1定時(shí)器計(jì)數(shù)器概述1. 日常生活中定時(shí)、計(jì)數(shù)的例子： 如鬧鐘、畫“正”統(tǒng)計(jì)選票、家用水表對(duì)水量的計(jì)數(shù)。2. 單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中定時(shí)計(jì)數(shù)的需求： 如用單片機(jī)控制的打鈴器、空調(diào)的定時(shí)開關(guān)、啤酒自動(dòng)生產(chǎn)線上對(duì)酒瓶的計(jì)數(shù)裝置等。3. 80C51單片機(jī)片內(nèi)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器： 兩個(gè)位可編程的定時(shí)計(jì)數(shù)器：T0和T1，都能定時(shí)和對(duì)外部事件進(jìn)行計(jì)數(shù)。 此外，T1還可以作為串行接口的波特率發(fā)生器。4. 如

11、何理解定時(shí)和計(jì)數(shù)的概念？ 單片機(jī)中的定時(shí)器和計(jì)數(shù)器其實(shí)是一個(gè)器件： 計(jì)數(shù)器：是對(duì)外部發(fā)生的事件進(jìn)行計(jì)數(shù)； 定時(shí)器：是對(duì)單片機(jī)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘（fosc/12）脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 單片機(jī)內(nèi)部的16位定時(shí)計(jì)數(shù)器由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成： T0由TH0和TL0組成； T1由TH1和TL1組成； 定時(shí)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值就存放在這里面； 定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的結(jié)構(gòu)與T0相同。,定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的結(jié)構(gòu)示意圖,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.3 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器基本原理 定時(shí)計(jì)數(shù)器溢出后標(biāo)志位TF0（或TF1）由0變1，由此能夠引發(fā)定時(shí)中斷。如果采用12的晶振

12、，對(duì)應(yīng)的脈沖周期是微秒，計(jì)滿65536個(gè)脈沖所對(duì)應(yīng)的時(shí)間就是65.536ms。思考：如何設(shè)置指定時(shí)間的定時(shí)？-預(yù)設(shè)初值 在主頻為12MHz的情況下，每個(gè)時(shí)鐘脈沖是1微秒，則計(jì)滿5536個(gè)脈沖需65.536毫秒，如要定時(shí)10毫秒則存入初值55536，（10毫秒是10000微秒，需計(jì)數(shù)10000個(gè)脈沖）。可見，定時(shí)器的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短與系統(tǒng)時(shí)鐘和定時(shí)器初值有關(guān)。說明 1. 當(dāng)定時(shí)計(jì)數(shù)器用作計(jì)數(shù)器時(shí)，通過引腳P3.4(P3.5)對(duì)外部輸入脈沖計(jì)數(shù)。 2. 定時(shí)計(jì)數(shù)器T0(T1)啟動(dòng)運(yùn)行后，會(huì)按設(shè)定的工作方式獨(dú)立進(jìn)行計(jì)數(shù)，不再占用CPU時(shí)間。當(dāng)計(jì)數(shù)器T0(T1)計(jì)滿溢出時(shí)，TF0(TF1)置1，向CPU發(fā)

13、出中斷請(qǐng)求信號(hào)。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制 在單片機(jī)中有兩個(gè)特殊功能寄存器與定時(shí)/計(jì)數(shù)有關(guān)，它們就是TMOD和TCON，定時(shí)計(jì)數(shù)器T0、T1就由它們來控制： TMOD用于設(shè)置工作方式； TCON用于控制其啟動(dòng)、停止和中斷申請(qǐng)。1.定時(shí)器工作方式寄存器TMOD TMOD用于設(shè)置T0和T1的工作方式，字節(jié)地址為89H，不能按位尋址。其格式和各位的含義如下：,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制2定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON TCON的低4

14、位用于控制外部中斷，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)。 當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，TF0（或TF1）會(huì)自動(dòng)由0變1，告訴我們計(jì)數(shù)已滿，我們可以通過查詢TF0(或TF1)位的狀態(tài)來判斷計(jì)時(shí)時(shí)間是否已到； 如果采用定時(shí)中斷方式，則TF0（或TF1）由0變1時(shí)，能自動(dòng)引發(fā)中斷。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.4 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制,由右圖可知，只有當(dāng)TR0(或TR1)為1時(shí)，開關(guān)1才能閉合，計(jì)數(shù)脈沖才能進(jìn)入計(jì)數(shù)器，故TR0(或TR1)稱為運(yùn)行控制位，可用指令“SETB TR0(或TR1)”來置位以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器運(yùn)行；或用指令“CLR TR0(或TR1)”來關(guān)閉定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作，一切全靠編程人員控

15、制。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有4種工作方式（方式0、1、2、3）， T1有3種工作方式（方式0、1、2）。 1. 方式0 當(dāng)TMOD的M1M0=00時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式0。 方式0為13位定時(shí)/計(jì)數(shù)器，由TL0的低5位和TH0（8位）共同完成計(jì)數(shù)功能（TL0的高3位可忽略）。當(dāng)TL0的低5位溢出時(shí)，向TH0產(chǎn)生進(jìn)位；TH0溢出時(shí)，將定時(shí)器中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TF0置1，可申請(qǐng)中斷，也可對(duì)TF0進(jìn)行查詢。 方式0下，定時(shí)/計(jì)數(shù)器為13位，原因是當(dāng)時(shí)的51設(shè)計(jì)者需要兼容48系列單片機(jī)，所以方式0容量受限，計(jì)數(shù)深度為8K。,4.2

16、 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有4種工作方式（方式0、1、2、3）， T1有3種工作方式（方式0、1、2）。 2. 方式1 當(dāng)M1M0=01時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式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位共同構(gòu)成。其余操作同方式0。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有4種工作方式（方式0、1、2、3）， T1有3種工作方式（方式0、1

17、、2）。 3. 方式2 當(dāng)M1M0=10時(shí)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于方式2。這是自動(dòng)重裝初值的8位計(jì)數(shù)方式，它省去了方式0和方式1在多次重復(fù)計(jì)數(shù)狀態(tài)下必須重新設(shè)定計(jì)數(shù)初值的麻煩，但是卻付出了減小定時(shí)時(shí)間的代價(jià)。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0有4種工作方式（方式0、1、2、3）， T1有3種工作方式（方式0、1、2）。 4. 方式3 方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0。當(dāng)T1被設(shè)定為方式3狀態(tài)時(shí)，將停止計(jì)數(shù)。 當(dāng)M1M0=11時(shí)，T0工作于方式3。 此時(shí)TL0和TH0作為兩個(gè)相互獨(dú)立

18、的8位定時(shí)/計(jì)數(shù)器使用。TL0既可定時(shí)又可計(jì)數(shù)，它使用T0的各控制位、引腳和中斷源，即C/、GATE、TR0、TF0、T0（P3.4引腳）、（P3.2引腳）；TH0此時(shí)只能用作內(nèi)部定時(shí)功能，它借用了定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1的控制位TR1和T1的中斷標(biāo)志位TF1，其啟動(dòng)和停止只受TR1控制。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.5 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作方式,定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化步驟 向工作方式寄存器TMOD寫入工作方式控制字以確定： （A）啟動(dòng)方式是TR0/TR1啟動(dòng)還是TR0/TR1和 / 配合一起啟動(dòng)； （B）是定時(shí)方式還是計(jì)數(shù)方式； （C）是工作方式0還是工作方式1、2或3。 向計(jì)數(shù)器TH0、TL0(或T

19、H1、TL1)裝入初值； 啟動(dòng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(將運(yùn)行控制位TR0/TR1置位)； 如果采用中斷方式，還要將IE中的中斷允許控制位ET0(或ET1)、中斷允許總控位EA置位。,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.6 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器舉例,例1 利用定時(shí)器T0方式0產(chǎn)生定時(shí)脈沖。 要求：每隔2ms產(chǎn)生寬度為一個(gè)機(jī)器周期的正脈沖，由P1.0輸出此定時(shí)序列脈沖信號(hào)(設(shè)時(shí)鐘頻率為6MHz)。 解：首先要求出T0的初值： 已知：時(shí)鐘頻率為6MHz，則可求得每個(gè)機(jī)器周期為2s(正脈沖的寬度)。 定時(shí)的時(shí)間公式為： 所以當(dāng)定時(shí)時(shí)間為t=2ms時(shí)：,4.2 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器,4.2.6 定時(shí)器/計(jì)數(shù)器舉例,解法一：采用

20、查詢工作方式編程 ORG 0000H ；起始程序的地址 AJMP MAIN ；轉(zhuǎn)到主程序地址去 ORG 0100H ；主程序的起始地址 MAIN：CLR P1.0 ；將輸出口P1的第0位清0(輸出脈沖的起始值) MOV TMOD，#00H ；將T0設(shè)置為：由TR0啟動(dòng)、定時(shí)方式、工作方式0 MOV TH0，#0E0H ；給定時(shí)器中計(jì)數(shù)器的高8位送入初值 MOV TL0，#18H ；給定時(shí)器中計(jì)數(shù)器的低5位送入初值 SETB TR0 ；將TR0位置1，啟動(dòng)T0工作 LOOP：JNB TF0，LOOP ；進(jìn)行查詢：若TF0為0，計(jì)數(shù)器未溢出，程序轉(zhuǎn)到當(dāng)前指令 地址若TF0為1，計(jì)數(shù)器溢出，發(fā)出中斷請(qǐng)求，程序往下走 CLR TF0 ；溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位清0(中斷請(qǐng)求響應(yīng)之前，對(duì)TF0進(jìn)行清0) SETB P1.0 ；將P1.0位置1，輸出正脈沖 CLR P1.0 ；這是單機(jī)器周期的指令，所以正脈沖寬度為2s，正脈沖消失 MO