单片机课件5章中断与定时

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1、第五章 单片机的中断与 定时系统,单片机在某一时刻只能处理一个任务，当多个任务同时要求单片机处理时，这一要求应该怎么实现呢？通过中断可以实现多个任务的资源共享。 所谓的中断就是，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。 从中断的定义我们可以看到中断应具备中断源、中断响应、中断返回这样三个要素。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。,5.2.1 MCS-51单片机的中

2、断源 1. 外部中断源,外部中断0（,）：来自,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（,）：来自,引脚，采集到低电平或者下降,沿时，产生中断请求。,2. 内部中断源,定时器计数器0（,）：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,引脚。发生溢出时，产生中,定时器计数器1（,）：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,引脚。发生溢出时，产生中,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。,断请求。,断请求,5.2.2 中断控制的专用寄存器 1. 定时器控制寄存器（TCON） 该寄存

3、器用于保存外部中断请求以及定时器的计数溢出。进行字节操作时，寄存器地址为88H。按位操作时，各位的地址为88H8FH。寄存器的内容及位地址表示如下：,IT0 和IT1外部中断请求触发方式控制位 IT0 （IT1）1 脉冲触发方式，下降沿有效 IT0 （IT1）0 电平触发方式，低电平有效,IE0和IE1外中断请求标志位,当CPU采样到,（或,）端出现有效中断请求时，IE0,（IE1）位由硬件置“1”。当中断响应完成转向中断服务程序,时，由硬件把IE0（或IE1）清零。,TR0 和TR1定时器运行控制位,TR0 （TR1 ）0 定时器/计数器不工作,TR0 （TR1 ）1 定时器/计数器开始工作

4、,TF0和TF1计数溢出标志位,当计数器产生计数溢出时，相应的溢出标志位由硬件置“1”。,当转向中断服务时，再由硬件自动清“0”。计数溢出标志位,的使用有两种情况：采用中断方式时，作中断请求标志位,来使用；采用查询方式时，作查询状态位来使用。,2. 串行口控制寄存器（SCON）,进行字节操作时，寄存器地址为98H。按位操作时，各位的地 址为98H9FH。寄存器的内容及位地址表示如下：,其中与中断有关的控制位共2位：,TI串行口发送中断请求标志位 当发送完一帧串行数据后，由硬件置“1”；在转向中断服务 程序 后，用软件清“0”。,RI串行口接收中断请求标志位 当接收完一帧串行数据后，由硬件置“1

5、”；在转向中断服务 程序后，用软件清“0”。串行中断请求由TI和RI的逻辑或得 到。,3. 中断允许控制寄存器（IE）,进行字节操作时，寄存器地址为0A8H。按位操作时，各位的地,址为0A8H0AFH。寄存器的内容及位地址表示如下：,其中与中断有关的控制位共6位：,EA中断允许总控制位,EA0 中断总禁止，禁止所有中断 EA1 中断总允许，总允许后中断的禁止或允许由各中断 源的中断允许控制位进行设置。,EX0和EX1外部中断允许控制位,EX0（EX1）0 禁止外部中断 EX0（EX1）1 允许外部中断,ET0和ET1定时器/计数器中断允许控制位,ET0（ET1）0 禁止定时器/计数器中断 ET

6、0（ET1）0 允许定时器/计数器中断,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,4. 中断优先级控制寄存器（IP）,IP寄存器地址0B8H，位地址为0BFH0B8H。寄存器的内容,及位地址表示如下：,其中：,PX0外部中断0优先级设定位；,PT0定时中断0优先级设定位；,PX1外部中断1优先级设定位；,PT1定时中断1优先级设定位；,PS串行中断优先级设定位。,以上各位设置为“0”时，则相应的中断源为低优先级；设置为,“1”时，则相应的中断源为高优先级。,优先级的控制原则是：,低优先级中断请求不能打断高优先级的中断服务；但 高优先级,中断请求可以打断低优先级的中

7、断服务，从而实现中断嵌套。,如果一个中断请求已被响应，则同级的其它中断服务将被禁止。,即同级不能嵌套。,如果同级的多个中断同时出现，则按CPU查询次序确定哪个中,断请求被响应。其查询次序为：外部中断0定时中断0外部中,断1定时中断1串行中断。,上述四个专用寄存器的用途可以用图6.1说明。,图5.1 MCS-51中断系统,TF0,TF1,5.2.3 中断初始化与中断控制寄存器状态设置,比如，使用外部中断0（,）和外部中断1（,），,为高优先级，电平触发方式，,为低优先级，下降沿触发方式。,则初始化程序如下：,MOV IP, #01H MOV TCON, #04H SETB EA SETB EX0

8、 SETB EX1,5.2.4 中断响应过程,1. 中断采样, 电平触发方式的外中断请求（IT0/IT10）采样到高电平时，表 明没有中断请求，IE0或IE1继续为“0”。采样到低电平时，IE0/IE1 由硬件自动置“1”，表明有外中断请求发生。, 脉冲触发式的外中断请求（IT0/IT11）在相邻的机器周期采样 到的电平由高电平变为低电平时，则IE0/IE1由硬件自动置“1”， 否则为“0”。,2. 中断查询,由CPU测试TCON和SCON中的各个中断标志位的状态，确 定有那个中断源发生请求，查询时按 优先级 顺序进行查询，即 先询高优先级查询低优先级。,如果查询到有标志位为“1”，表明有中断

9、请求发生，接着 就 从相邻的下一机器周期开始进行中断响应。,3. 中断响应,当CPU查询到中断请求时，由硬件自动产生一条LCALL指令， LCALL指令执行时，首先将PC内容压入堆栈进行断点保护，再把 中断入口地址装入PC，使程序转向相应的中断区入口地址。LCALL 指令的形式如下：,LCALL addr16 ；addr16：中断入口地址,入口地址已由系统设定，如下：,编写中断服务程序的格式一般如下： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H AJMP 1NJERRVP MAIN： HERE： SJMP HERE 1NJERRVP： ；中断响应程序 RETI 并不是所有的请求

10、都被响应，当遇到下列情况之一时不响应 这些中断请求： （1）CPU正在处理一个同级或者高级的中断服务 （2）当前指令还没有执行完毕 （3）当前指令是RET、RETI或者是访问IP、IE的指令，执行完 这些指令后，还必须再执行一条指令，才响应中断请求。,5.2.5 中断请求的撤销 1. 定时中断请求的撤销 硬件自动把TF0（TF1）清0，不需要用户参与。 2. 串行中断请求的撤销 需要软件清零。 3. 外部中断请求的撤销 （1）脉冲触发方式的外中断请求撤销 中断标志位的清零是自动的，脉冲信号过后就不存在了，因此其 撤销是自动的。 （2）电平触发方式的外中断请求撤销,中断标志位的清零是自动的，但是

11、如果低电平持续存在，在 以后的机器周期采样时，又会把中断请求标志位（IE0/IE1）置位。 为此，需要外加电路，把中断请求信号从低电平强制为高电平。 电路如图5.2所示：,图5.2 电平触发方式的外中断请求撤销,5.3 MCS-51单片机的定时器/计数器,MCS-51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T0和定时器T1它们既有定时功能又有计数功能。,5.3.1 结构,定时器/计数器的基本结构如图6.3所示。基本部件是两个8位计 数器（其中TH1和TL1是T1的计数器，TH0和TL0是T0的计数器）。,图5.3 定时器/计数器结构,在作定时器使用时，输入的时钟脉冲是由晶体振

12、荡器的输出 经12分频后得到的。 当它用作对外部事件计数时，接相应的外部输入引脚T0（P3.4） 或T1（P3.5）。,5.3.2 控制寄存器,1. 定时器控制寄存器（TCON）,各位定义：,TF0/TF1： 查询方式：禁止中断，软件查询TF0的值，软件清“0” 中断方式：硬件查询TF0的值，硬件自动清“0”,2. 工作方式寄存器（TMOD）,功能：确定定时器的工作方式及功能选择。,不能位寻址，TMOD各位的定义：,GATE：门控位 0：定时器/计数器仅受TR的控制,1：只有,为高电平，且TR=1时，定时器/计数器才工作,：功能选择位 0：定时功能 1：计数功能,：工作方式选择位,00 方式0

13、 01 方式1 10 方式2 11 方式3,3. 中断允许控制寄存器（1E）,每一位的内容在前面已作详细介绍，在此不作赘述。 查询方式时：关闭中断，使用软件查询TF0/TF1 中断方式时：开放中断，使用硬件自动查询TF0/TF1,5.3.3 工方式,MCS-51的定时器/计数器共有四种工作方式。工作在方式0、方 式1和方式2时，定时器/计数器0和定时器/计数器1的工作原理完全 一样，现以定时器/计数器0为例介绍前三种工作方式。,1. 方式0（M1M0=00） （1）电路逻辑结构 方式0是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH0全部8位 和TL0的低5位构成。TL0高三位弃之不用。图6.4 是

14、定时器/计数 器0工作在方式0的逻辑结构。,图5.4 定时器/计数器方式0逻辑结构,当,时，多 路 转换开关接通 振 荡 脉冲的12分频输出，,13位计数器以此作为计数 脉冲，这时实现定时功能当,时，,多路换开关接通计数引脚（T0），计 数 脉冲由外部引入，当计数 脉冲发生负跳变时，计数器加1，这时实现计数功能。不管哪种功 能，当13位计数 发生溢 出时，硬件自动把13位清零，同时硬件置 位溢出标志位TF0。,在这里需要说明门控位（GATE）的用途，当GATE = 0时，或,输出的高电平与,无关，此时与门的输出只受运行控制位T R0控,制。如果TR0=0，则与门输出为低电平，则模 拟开关断开，

15、定时器 /计数 器不工作。如果TR01，则与门输出为高电平，则模 拟开关 闭合，定时器/计数器工作。,当GATE=1时，只有TR0和,同时为高电平，定时器/计数 器,才工作，否则，定时器/计数器不工作。,（2）定时和计数的应用 计数范围：1213 计数计算公式：计数值213计数初值 定时范围：1机器周期213机器周期 定时计算公式：定时时间（213定时初值）机器周期 如果晶振频率为6MHz ，则最大定时时间为： 2131/6MHz12214（ ）,2. 方式1（M1M0=01） 方式1是16位计数结构的工作方式，其计数器由TH0全部8位 和TL0的全部8位构成。其逻辑电路和工作情况与方式0完全相同， 所不同的只是计数 器的位数。MCS-51单片机之所以设置几乎完 全一 样 的方式0和方式1，是出于与 MCS-48单片机兼容的要求。 因为，MCS48单片机的定时器/计数器是13位的计数结构。,定时和计数的应用 计数范围：1216 计数计算公式：计数值216计数初值 定时范围：1机器周期216机器周期 定时计算公式：定时时间（216定时初值）机器周期 如果晶振频率为6MHz ，则最大定时时间为： 2161/6MHz12217（ ）,【例5-1】设单片机晶振频率为6MHZ，使用T1以工作方式1，产生周 期为500,的等宽正方波，并由,输出，以中断方