中断与定时系统教学

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1、第五章 MCS-51中断与定时系统,5.1 中断系统概述,一、中断概念,中断是指CPU在处理某一事件A时，发生另一事件B，请求CPU处理；中断请求 CPU暂时停止当前的工作，转去处理事件B；中断响应，并执行中断服务程序 待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A；中断返回,中断嵌套,若单片机正在处理一个中断程序，此时，又有另一个中断现象发生，单片机将会停止当前的中断程序，而转去执行新的中断程序，新中断程序处理完毕后再回到刚才停止的中断程序处继续执行，执行完这个中断后再返回主程序继续执行。,中断嵌套,中断优先级,二、中断源,引起CPU中断的根源，称为中断源，中断源向C

2、PU提出中断请求。,外部中断0（ INT0） 中断请求信号由P3.2提供； 外部中断1 （INT1） 中断请求信号由P3.3提供； 定时器中断（T0） 由片内定时/计数器T0提供； 定时器中断（T1） 由片内定时/计数器T1提供； 串行口中断(RI、TI) 由片内串行口提供。,三、中断控制,与中断控制有关的控制寄存器有四个：,1、定时控制寄存器 (TCON) 功能： 定时器/计数器控制功能； 中断控制功能。,TCON,(88H),IT0(IT1) 外中断触发方式控制位 触发方式有两种： IT0(IT1)=0：电平方式，低电平有效； IT0(IT1)=1：脉冲方式，脉冲负跳变有效。 IE0 (I

3、E1) 外中断请求标志位 当CPU采样到INT0(INT1)出现有效中断请求时，IE0由硬件自动置位，向CPU发出中断请求。当CPU响应中断请求，进入中断服务程序时自动复位。 TF0(TF1) 定时器溢出标志 当定时器T0(或T1)溢出时， TF0(TF1)由硬件置位，向CPU发送中断请求。当CPU响应中断请求，进入中断服务程序时，自动复位。,2、串行口控制寄存器 (SCON),SCON,(98H),TI 串行口发送中断请求标志位。 当串行口发送完一帧数据后，硬件置位； 在转向中断服务程序后，用软件清零。 RI 串行口接收中断请求标志位。 当串行口接收完一帧数据后，硬件置位； 在转向中断服务程

4、序后，用软件清零。,3、中断允许控制寄存器 (IE),IE,(A8H),EA 中断允许总控制位 EA=0，中断总禁止； EA=1，中断总允许。 EX0(EX1) 外部中断允许控制位 EX0(EX1)=0，禁止外中断； EX0(EX1)=1，允许外中断。,ET0(ET1) 定时器中断允许控制位 ET0(ET1) =0，禁止定时器中断； ET0(ET1) =1，允许定时器中断。 ES 串行中断允许控制位 ES=0，禁止串行中断； ES=1 ，允许串行中断。,IE,(A8H),4、中断优先级控制寄存器 (IP),IP,(B8H),四、中断响应过程,1、中断请求,T0溢出,T1溢出,MOV SBUF,

5、A,MOV A, SBUF,2、中断查询,中断标志位: IE1、IE0、 TF1、TF0、 RI 、TI,MCS-51中断系统的逻辑结构,3、中断响应,LCALL addr16 (指向相应的中断入口地址),保存断点地址，将当前PC值压栈； 中断程序的入口地址 PC,0000H,000AH,000BH,0013H,001AH,001BH,0022H,0023H,002AH,INT0,T0,INT1,T1,串行口,0003H,0012H,51单片机复位后PC=0000H， 系统从0000H地址开始执行程序。通常在此单元处安排一条跳转指令，避开系统分配的中断服务程序地址段。 每个中断程序只有8个字节

6、单元，不够存放实际的中断服务程序，故各中断程序的入口地址处通常也安排一条跳转指令，指向实际的中断服务程序处。,LJMP MAIN,LJMP EXINT0,LJMP TIMER0,LJMP TIMER1,LJMP EXINT1,LJMP SERIES,. . .,ORG 0000H START： LJMP MAIN ；跳转到主程序 ORG 0003H ；外中断0入口地址 LJMP EXINTO ；转中断服务程序 MAIN： CLR IT0 ；设为电平触发方式 SETB EA ；开总中断 SETB EX0 ；开外中断0 ; 开始编写主程序 EXINT0: PUSH PSW ；保护现场 PUSH A

7、CC ; 开始编写中断服务程序 POP ACC POP PSW RETI ；中断返回,中断系统程序结构,CPU正在处于一个同级或高级的中断服务程序中； 查询中断请求的机器周期不是当前执行指令的最后一个机器周期，即需将当前指令执行完才能响应中断； 当前指令是返回指令(RET、RETI)或访问IE、IP指令， 即只有在这些指令后面至少再执行一条指令时才能接受中断请求。,存在下列情况之一，中断响应无法进行：,正常中断时间为3 8个机器周期，如有同级或高级中断服务，则延长响应时间。,中断响应时间:,3T： 中断请求标志查询： 1T 产生、执行LCALL： 2T,8T： 执行RET/RETI（访问IP/

8、IE）：2T 主程序中MUL/DIV指令： 4T 执行LCALL指令： 2T,五、中断请求的撤销,中断响应后，TCON或SCON中的中断请求标志应及时清除。否则就意味着中断请求仍然存在。,1、定时器中断硬件撤除 中断响应后硬件自动清 TF0(TF1) 标志位。 2、外部中断自动与强制撤除 中断响应后硬件自动清 IE0(IE1) 标志位。 脉冲请求方式，自动撤除； 电平请求方式，强制撤除。,3、串行中断软件撤除 标志位 TI、RI 不能通过硬件清零。只能在中断响应后用软件清除。,例1：外中断源扩展,外中断源多于二个时，采用硬件申请，软件查询方法。,+,XI1,XI2,XI3,XI4,XI0,OR

9、G 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP EXINT0 ；转外部中断0服务程序入口 ORG 0013H LJMP EXINT1 ；转外部中断1服务程序入口 MAIN: SETB IT0 ；中断初始化 SETB IT1 SETB EX0 SETB EX1 SETB EA SJIMP $ ；等待中断 EXINT0 : PUSH PSW ；XI0中断服务程序 PUSH ACC POP ACC POP PSW RETI,EXINT1:PUSH PSW ；中断服务程序 PUSH ACC JB P1.0，XI1 ；P1.0为1，转XI1中断服务程序 JB P1.1， XI2 ；P1

10、.1为1，转XI2中断服务程序 JB P1.2， XI3 ；P1.2为1，转XI3中断服务程序 JB P1.3， XI4 ；P1.3为1，转XI4中断服务程序 EXRET:POP ACC POP PSW RETI XI1 ： ；XI1中断服务程序 AJMP EXRET XI2 ： ；XI2中断服务程序 AJMP EXRET XI3 ： ；XI3中断服务程序 AJMP EXRET XI4 ： ；XI4中断服务程序 AJMP EXRET,5.2 定时器中断,5.2.1 定时方法概述,5.2.2 MCS-51单片机的定时器功能,51单片机 内部有两个可编程的定时器/计数器，即定时器 T0 和 定时器

11、T1。 注意：全称是定时器/计数器，简写为定时器。 T0、T1均既有定时功能又有计数功能。 T0、T1是16位特殊功能寄存器，由高8位和低8位两个寄存器组成，地址为： T0 (TH0、TL0)：8CH、8AH T1 (TH1、TL1)：8DH、8BH,定时器的实质是加1计数器(16位)，计数脉冲有两个来源： 1、内部时钟脉冲。计数规律是每隔一个机器周期定时器T0 (T1) 寄存器加1。计数频率是振荡频率的1/12 ； 2、外部计数脉冲。从T0(P3.4) 或 T1(P3.5) 引脚输入脉冲。当检测到输入电平由高跳变到低时，计数器加1。 采样(S5P2)、加1(S3P1)操作，发生在两个机器周期

12、，因此需要2个机器周期才能识别一个从1到0的跳变，故计数脉冲的周期必须大于2个机器周期。,当加到全1时，再来一个脉冲就使计数器回零(溢出): 若定时器工作于定时模式，表示定时时间已到； 若定时器工作于计数模式，表示计数值已满。 此时，均可向CPU发出中断请求。,5.2.3 MCS-51单片机定时器控制与状态寄存器,1、工作方式寄存器 (TMOD),字节地址为89H，不可以位寻址。,T1,T0,M1、M2：工作方式选择位,GATE ：门控位 GATE=0，仅通过TRx位启动定时器。 GATE=1，INTx端口高电平，再通过TRx启动定时器。,2、控制寄存器 (TCON),TCON,(88H),启

13、停与中断控制寄存器,由软件置位或清零。 当TR0=1时启动， TR0=0时停止。,TR1：与TR0类似，控制T1 的启停。,TF1：与TF0类似，T1 中断请求标志位。,3、中断允许控制寄存器 (IE),IE,(A8H),5.2.4 定时/计数器的工作方式,一、方式0,13 位的定时/计数方式。 以T0为例： 由TL0的低5位和TH0的8位组成。 当TL0低5位溢出（全1到全0）时，向TH0进位，而TH0溢出时由硬件自动置标志位TF0=1，并请求中断。,T0 方式 0 逻辑结构图,M1M0=00 当C/T=0，定时方式，开关接通机器周期，对单片机内部的机器周期脉冲进行计数； 当C/T=1，计数

14、方式，开关接通T0(P3.4)，当计数脉冲发生负跳变计数器加1。 当GATE=0，或门输出1，只要TR0=1，开关接通，计数开始，即启动定时器加1； 当GATE=1，或门输出0，要通过TR0=1、INT0=1来共同启动定时器加1； 当TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。,方式0只用到13位，最大计数脉冲数为 Nmax=213=8192,若为定时模式，使用6MHz晶振， 则最大定时时间为Tmax= 2132us=16.384ms。,单片机复位后TH0、TL0都是0，故默认情况下每一次溢出后计数脉冲数都固定为8192，定时时间也是固定的。,用户如何指定计数脉冲数或定时时

15、间呢？,用户指定的计数脉冲数：N = 213 计数初值C ； 用户指定的定时时间： t = ( 213 计数初值C)机器周期,计数初值C 必须事先写入TH0、TL0中。,例如，定时/计数器T0的计数值为1000，则初值为7192，转换成二进制数为1110000011000B，则TH0=11100000B=E0H，TL0=00011000B=18H。,例：设定时器T0选择工作模式0，定时时间为1ms， 系统晶振的频率为focs6MHz，确定T0的初值并送到TH0和TL0中。,解：1103（213C）12/6M 则C76921111000001100B 将低5位送TL0，即TL00CH； 将高8位送TH0，即TH00F0H,二、方式1,逻辑结构与方式0类似，变成16 位计数。 以T0为例： 由TL0作低8位和TH0作高8位。 最大计数脉冲数为 Nmax=216=65536 最大定时时间为Tmax= 2162us=131.072ms。,用户指定的计数脉冲数：N = 216 计数初值C ； 用户指定的定时时间： t = ( 216计数初值C)机器周期,计数初值C 必须事先写入TH0、TL0中。,T0 方式 1 逻辑结构图,三、方式2,自动再装入8位计数器； THx、TLx