第4章定时计数器及中断系统

4.1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。4.4.1结构定时器/计数器的基本结构如图4.1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）。80511TH1TL0TH0TLTMODTCON1T0T)1(T5.3P)T(P04.3图4.1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）。4.1.2控制寄存器1.定时器控制寄存器（TCON）各位定义：位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TF0/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：T/C1M0MD7D6D5D4D3D2D1D0GATEGATET/C1M0MGATE：门控位＝0：定时器/计数器仅受TR的控制＝1：只有INT为高电平，且TR=1时，定时器/计数器才工作T/C：功能选择位＝0：定时功能＝1：计数功能1M0M：工作方式选择位＝00方式0＝01方式1＝10方式2＝11方式33.中断允许控制寄存器（1E）0AFH0AEH0ADH0ACH0ABH0AAH0A9H0A8HEA//ESET1EX1ET0EX0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/TF14.1.3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4.2是定时器/计数器0工作在方式0的逻辑结构。晶体振荡器0M1MTCGATE120T1TC0TC0INT00THTL0TF0TR供中断或查询使用+低五位高八位图4.2定时器/计数器方式0逻辑结构当0T/C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1T/C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0INT无关，此时与门的输出只受运行控制位TR0控制。如果TR0=0，则与门输出为低电平，则模拟开关断开，定时器/计数器不工作。如果TR0＝1，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0INT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：1～213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：213×1/6MHz×12＝214（）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，MCS－48单片机的定时器/计数器是13位的计数结构。s定时和计数的应用计数范围：1～216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：216×1/6MHz×12＝217（）s【例4-1】设单片机晶振频率为6MHZ，使用T1以工作方式1，产生周期为500s的等宽正方波，并由0.1P输出，以中断方式编程。分析：题目的要求可用下图来表示。0.1P250s250s8051由上图可以看出只要使0.1P的电位每隔250s取一次反即可。所s。以定时时间应取250。1)计算计数初值设计数初值为x，由定时计算公式知：H83TL,FFH0THH83FF0xB0110,1000,1111,1111xD65411xs250s2)x2(11162)专用寄存器的初始化T/C1M0MTC/1M0MD7D6D5D4D3D2D1D0GATEGATE所以，TMOD应设置为：10H开放定时器/计数器1中断，所以IE应设置为：88H3)编写程序ORG0000HSJMPMAINORG001BHAJMPORGINTT13000HMAIN：MOVTMOD，#10HMOVIE，#88HMOVTH1，#0FFHMOVTL1，#83H；初始化LOOP：SETBTR1；启动HERE：SJMPHERE；等待中断AJMPLOOPINTT1：MOVTH1，#0FFH；中断响应程序MOVTL1，#83HCPLP1.0RETI；中断返回3.方式2（M1M0=10）（1）电路逻辑结构电路逻辑结构如图6.5所示，由图可以总结出方式2具有以下特点：晶体振荡器0M1MTCGATE120T1TC0TC0INT0TL0TF0TR中断查询0TH重新装入控制+图4.3定时器/计数器方式0逻辑结构8位计数器TL0作计数器，TH0作预置寄存器使用，计数溢出时，TH0中的计数初值自动装入TL0，即TL0是一个自动恢复初值的8位计数器。在使用时，要把计数初值同时装入TL0和TH0中。优点是提高定时精度，减少了程序的复杂程度。（2）定时和计数的应用计数范围：1～28计数计算公式：计数值＝28－计数初值定时范围：1机器周期～28机器周期定时计算公式：定时时间＝（28－定时初值）×机器周期【例6-2】用定时器1以工作方式2实现计数，每计数100，累加器进行加1操作，以查询方式编写程序。解：1)计算计数初值CH9TLTHCH9D156x100x21182)专用寄存器初始化T/C1M0MT/C1M0MD7D6D5D4D3D2D1D0GATEGATE01100000所以，TMOD＝60H使用查询方式，所以关闭中断，即IE=00H3)程序设计MOVIE，#00H；禁止中断MOVTMOD，#60H；T1工作在方式2，计数功能MOVTH1，#9CHMOVTL1，#9CH；装载计数初值START：SETBTR1；启动DEL：JBCTF1，LOOPAJMPDELLOOP：INCA；溢出响应程序AJMPSTART4.方式3（M1M0=11）前面介绍的三种工作方式对两个定时器/计数器而言，工作原理是完全一样的。但在工作方式3下，两个定时器工作原理却完全不同，因此要分开介绍。（1）工作方式3下的定时器/计数器0在方式3下，定时器/计数器0被拆为两个独立的8位的计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作为计数功能使用，又可以作定时功能使用，享用定时器/计数器0的运行控制位TR0和溢出标志位TF0。对于TH0，只能作定时器使用，由于定时器/计数器0的运行控制位TR0和溢出标志位TF0已被TL0占用，因此TH0占用了定时器/计数器1的运行控制位TR1和溢出标志位TF1。即定时的启动和停止受TR1的状态控制，而计数溢出时则置位TF1。（2）工作方式3下的定时器/计数器1当定时器/计数器0工作在方式3时，定时器/计数器1只能工作在方式0、方式1和方式2。在这种情况下定时器/计数器1只能作波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。作波特率发生器使用时，只要设置好工作方式，便可自动运行。如果要停止工作，只需要把定时器/计数器1设置在工作方式3就可以了。因为定时器/计数器1不能工作在方式3下，如果硬把它设置在方式3，它就会停止工作。例4.3用T0作50ms内部定时，每50ms在T1引角产生一脉冲供T1计数器作记数脉冲，若T1计数器为20，便可得到定时1秒的定时程序：MOVTMOD，#61H；T0为16位定时，T1为8位自动重载MOVDPTR，#15536；设定定时或记数初值MOVTL0，DPL；T0为50ms内定时MOVTH0，DPHMOVTL1，#236；T1计数初值MOVTH1，#236SETBTR0SETBTR1LOOP：JNBTF0，$CLRTF0MOVDPTR，#15536MOVTL0，DPLMOVTH0，DPHCLRP3.5SETBP3.5JNBTF1，LOOPCLRTF1+5V2K0.1P80515定时器举例【例6-4】通过定时器1来产生中断，控制P1.0线上的脉冲输出，并经三极管驱动扬声器，发出音调信号。1)电路设计2)程序设计ORG0000HLJMPMAINORG001BH；中断入口地址CPLP1.0RETIORG1000HMAIN：MOVR1，#00HMOVR0，#23HMOVTMOD，#20H；定时器1工作方式2MOVIE,#88H；定时器1允许中断L1：MOVDPTR，#3FFFHMOVA，R0；取数INCR0；修改指针MOVCA，@A+PC；查表JZMAINMOVR1，A；计算计数初值MOVA，#0FFHCLRCSUBBA，R1RLAMOVTH1，A；置计数初值SETBTR1；开始计数L2：CLRCMOVA，DPL；延时SUBBA，#01HMOVDPL，AMOVA，DPHSUBBA，#00HMOVDPH，AORLA，DPLJNZL2CLRTR1SJMPL1ENDORG1031H；歌曲“送别”编码DB33H,33H,3DH,33H,26HDB26H,26H,26H,2DH,2DHDB26H,2DH,33H,33H,33HDB33H,33H,33H,4DH,45HDB45H,45H45H,45H,45HDB45H,45H,33H,33H,3DHDB33H,26H,26H,26H,28HDB2DH,2DH,26H,26H,33HDB33H,33H,33H,45H,3DH4.2中断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。4.2.1中断源与入口地址1.外部中断源外部中断0（2.3P3.3P）：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（0INT）：来自引脚，采集到低电平或者下降沿时，产生中断请求。1INT2.内部中断源定时器∕计数器0（0T）：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4.3P引脚。发生溢出时，产生中定时器∕计数器1（1T）：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5.3P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IE0和IE1——外中断请求标志位当CPU采样到0INT（或1INT）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。