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1、单片机原理及应用,作者：徐新民,责任编辑：王 波 出版日期：2009年9月 IDPN：308-2009-151 课件章数：11,第6 章 中断系统与定时计数器,6 1 中断系统结构及管理 6 1 1 单片机中断技术概述 6 1 2 中断源及其中断结构 6 1 3 中断控制寄存器 6 1 4 中断处理过程 6 2 定时器计数器结构特点与控制 6 2 1 定时器计数器的结构和工作原理 6 2 2 定时器计数器的特殊功能寄存器 6 2 3 定时器计数器的工作方式 6 3 定时器计数器及中断系统的综合应用,第6 章 中断系统与定时计数器,6 1 中断系统结构及管理,6 1 1 单片机中断技术概述,所谓
2、的中断就是，当CPU 正在处理某项事务的时候，如果外界或者内部发生了紧急事件，要求CPU 暂停正在处理的工作而去处理这个紧急事件，待处理完后，再回到原来中断的地方，继续执行原来被中断的程序，这个过程称作中断。 中断三要素:中断源、中断响应、中断返回 中断源发出中断请求，单片机对中断请求进行响应，当中断响应完成后应进行中断返回，返回被中断的地方继续执行原来被中断的程序。,6 1 2 中断源及其中断结构,1 中断源 能产生中断请求的外部和内部事件，称为中断源。 80C51有5个中断源、2个外部中断和3个内部中断。 80C52中增加了一个中断源 定时器计数器T2，即6个中断源。80C51的中断源如下
3、：,（） 外部中断源,外部中断0（INT0）：来自P3 .2 引脚，采集到低电平或者下降沿时，产生中断请求。,外部中断1（INT1） ：来自P3 .3 引脚，采集到低电平或者下降沿时，产生中断请求。,（） 内部中断源,定时器计数器0（T0） ：定时功能时，计数脉冲来自片内；计数功能时，计数脉冲来自片外P3 .4 引脚。 计数寄存器发生溢出时，产生中断请求。 定时器计数器1（T） ：定时功能时，计数脉冲来自片内；计数功能时，计数脉冲来自片外P3 .5 引脚。 计数寄存器发生溢出时，产生中断请求。 串行口：为完成串行数据传送而设置，单片机完成接受或发送一组数据时，产生中断请求。,2 中断系统的内部
4、结构,中断系统的内部结构如图- 所示，当中断源申请中断，通过标志位告知CPU 时，CPU能否响应中断，要看对中断的允许和优先级的设置如何。 而这些设置都是由相关的寄存器统一进行管理和控制的。 当中断源需要申请中断时，相应的标志位就会被置 ，向CPU 发出中断请求。 中断源的中断请求是否得到CPU 的响应，还要通过中断允许，中断优先级的控制。 中断的申请和响应都是由控制寄存器统一管理的。,图- 中断系统内部结构示意图,对中断进行控制和管理的寄存器如表- 所示,6 1 3 中断控制寄存器,1 外部中断触发方式选择位：IT0 、IT1,外部中断的中断请求信号有两种方式，可以通过IT 、IT 位进行设
5、置。,8,IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。 当IT0=0时，为电平触发方式。 当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。 IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。 IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。 IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。 TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。 TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。,2 中断标志位：TF1 、TF0 、IE1 、IE0 、RI 、TI,9,RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位RI
6、。同样，RI必须由软件清除。 TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬件置位TI。CPU响应中断时，不能自动清除TI，TI必须由软件清除。,SCON的中断标志,10,3 中断允许控制位：EA、ES、ET1 、EX1 、ET0 、EX0,EX0(IE.0)，外部中断0允许位； ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位； EX1(IE.2)，外部中断0允许位； ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位； ES（IE.4)，串行口中断允许位； EA (IE.7)， CPU中断允许（总允许）位。,由
7、图- 可见，80C51的中断允许是两级管理的，即总中断允许位（总开关）和相关源中断允许位（相关源开关）。 中断请求信号要能够得到CPU 的响应，必须接通开关，即中断允许位和总中断允许位置 。 各允许位是由中断允许寄存器IE控制，其规定如下：,11,4 .中断优先级控制位：PS、PT1 、PX1 、PT0 、PX0 80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的 。,PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位； PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位； PX1（IP.2），外部中断0优先级设定位； P
8、T1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位； PS （IP.4），串行口优先级设定位； PT2 (IP.5) ，定时/计数器T2优先级设定位。,6 1 4 中断处理过程,CPU 中断处理的过程包括中断源监测、中断响应、中断服务处理、中断的撤销、中断返回。,1 中断的初始化设置,中断的初始化设置，即对中断的允许位和优先级的设置,2 中断监测、响应及中断事件的处理,CPU 响应中断请求并对中断事件进行处理，其过程如下（假设某中断请求标志已置） ： （）先使相应优先级状态触发器置（CPU 自动执行） ； （）执行一个硬件子程序的调用（CPU 自动执行） ； （）硬件清零相应中断请求标志（TI、R
9、I除外） ； （）将当前PC内容压入堆栈 保护断点； （）将中断服务子程序入口地址送PC 转移。 个中断源对应程序存储器的 个入口地址（又称中断矢量） ，如表- 所示。 （）由中断矢量控制，PC转到中断服务子程序的地址，进而执行中断事件处理（用户指令控制） ； （） 在中断服务子程序处理中断事件之前，需要进行现场保护，即把需要保护的寄存器推入堆栈中保护起来，可使用PUSH指令； （） 然后处理中断事件（用户指令控制）。,3 中断的撤销,中断事件处理完毕，在中断返回之前，还需要将中断的请求信息进行撤销，否则将无休止地进行中断处理。 撤消包括： 定时中断请求的撤销：硬件自动把TF（TF）清 ，不需
10、要用户参与。 串行中断请求的撤销：需要软件清零。,图- 电平触发方式的外部中断请求撤销,4 中断返回,中断事件处理完，CPU 需要返回被中断的地方继续执行，其返回过程如下： （）中断服务子程序的最后一条指令位中断返回指令RETI。 在执行RETI之前，需要恢复现场，即将入栈的寄存器进行出栈处理，可使用POP指令。 （）执行中断返回指令RETI后，使相应优先级状态触发器清（CPU 自动执行）。 （）从堆栈中弹出栈顶的两个字节内容送PC 恢复断点（CPU 自动执行）。 （）CPU 接着中断处继续执行原程序（用户指令控制）。,5 编写中断服务程序的格式,图- 最小系统中中断方式读取AD0809转换值
11、的接口电路,解：根据图可知当AD 转换完时，INT引脚会产成一个与EOC 引脚反相的信号，因此此信号可作为外部中断 的申请信号，通过对外部中断 的中断设置，CPU 即可响应中断，即读取AD转换的值。 结合上图中的电路，程序设计如下：,ADRESULT DATA H ORG 0000H SJMP MAIN ORG H SJMP INTAD ORG H MAIN ：SETB IT ；外部中断 申请方式为下降沿有效 SETB EX ；开外部中断 SETB EA ；开总中断 MOV DPTR ,#xxxxH ；启动AD转换，xxxxH为通道地址（6000H 6007H） MOVX DPTR ，A SJ
12、MP INTAD ： MOV DPTR ， xxxxH MOVX A ， DPTR MOV ADRESULT ，A RETI,例6-4 如何采用中断方式实现对最小系统中4 4键盘的按键按下的实时判断及处理，要求只要有键按下，单片机P2.0引脚控制一盏灯就亮（假设P2.01，灯亮）。,图- 中断方式实现实时按键处理电路,解: 4 4键盘阵列中的行列线分别与单片机相连，单片机的P1.0 P1.3引脚控制行线，P1.4 P1.7为列线输入脚，当单片机输出P1.0 P1.30000H时，如果有键按下，则此间所在的行线为低电平，因此只要有键按下，P1.4 P1.7中必有一个引脚为低电平，P1.4P1.7
13、经过与门74HC21相与，其输出为0，有键按下INT0引脚上就会产生一个脉冲信号，由此信号，向CPU 申请中断，在中断程序中再逐行扫描，判断是哪个键，并作相应功能处理。结合图- 中的电路，程序编写如下：,ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H SJMP INTKEY ORG 0030H MAIN ： SETB IT ；外部中断 申请方式为下降沿有效 SETB EX ；开外部中断 SETB EA ；开总中断 MAIN1: MOV P1，# 11110000B ；列扫描线输出全为 SJMP MAIN INTKEY : CLR EX0 ；关外部中断 CLR EA ；关总中断 SE
14、TB P2.0 ；有键按下灯闪一下 ACALL DELAY ；使灯亮的延时时间 CLR P2.0 SETB EX0 ；开外部中断 SETB EA ；开总中断 RETI,6 2 定时器计数器结构特点与控制,80C51单片机内部共有两个16位可编程的定时器计数器，即定时器计数器T0和定时器计数器T1它们既有定时功能又有计数功能，每个定时器计数器又有4种工作方式。,6 2 1 定时器计数器的结构和工作原理,定时器计数器的内部简图如图- 所示。 定时器计数器的核心是一个可控可预置的加一计数器，其基本功能是加 功能。 定时器计数器在不同的工作方式下，加 计数器的位数有所不同。,图-定时器计数器的内部简图
15、,定时器计数器的工作原理:定时器计数器的特殊功能寄存器TMOD和TCON 的相关位控制定时器计数器启动（即启动开关合上） ，此时对应脉冲的每一次下降沿，计数寄存器THx 、TLx加 （x为 或 ，对应的分别为定时器计数器 和定时器计数器 及其相关位的特殊功能寄存器或位） ，当加 计数器溢出时，相应的中断标志位TFx 置 ，申请中断，如果对定时器计数器的中断进行中断允许设置，则定时器计数器的中断申请将被CPU 响应。,6 2 2 定时器计数器的特殊功能寄存器,1 工作方式控制寄存器TMOD,方式寄存器TMOD的字节地址为H ，只能字节寻址，其格式如下：,将定时计数器T0、T1的方式寄存器 TMOD的各位功能综合列入表6-4中。,2 定时计数器的控制寄存器TCON,方式寄存器TCON 的字节地址为88H ，即可字节寻址，也可位寻址。 其格式如下：,3 定时器计数器的数据寄存器 TH1 、TL1 和TH0 、TL0,定时计数器T0、T1各有一个16位的读写数据寄存器，它们都是由高8位寄存器和低 位寄存器组成的，分别为TH0、TL0和TH1、TL1。 这四个寄存器只能字节寻址，相应的字节地址见表- 。,6 2 3 定时器计数
