单片机 第4章 定时计数器与中断系统

第5章定时/计数器与中断系统5.1定时/计数器结构特点及控制5.2中断系统结构及管理5.3定时/计数器及中断系统综合应5.1定时/计数器结构特点及控制5.1.1定时/计数器结构5.1.2定时/计数器工作方式5.1.3定时/计数器控制寄存器5.1.4定时/计数器常数的计算返回本章首页5.1.1定时/计数器结构定时/计数器简称定时器，8031单片机有2个16位的定时/计数器：定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们都有定时器或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合。T0由2个特殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1则由TH1和TL1构成。作计数器时，通过引脚T0（P3.4）和T1（P3.5）对外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数器就自动加1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。返回本节5.1.2定时/计数器工作方式每个定时/计数器还有4种工作模式，也就是每个定时器可构成4种电路结构模式。在模式0、1和2，T0和T1的工作模式相同，在模式3，两个定时器的模式不同。下面以T1为例，分述各种工作模式的特点和用法。1．模式0图5-1定时/计数器T1（T0）工作模式02．模式1图5-2定时/计数器T1（T0）工作模式13．模式2图5-3定时/计数器T1（T0）工作模式24．模式3图5-4定时/计数器T1（T0）工作模式3返回本节5.1.3定时/计数器控制寄存器定时器共有2个控制寄存器TMOD和TCON，由软件写入TMOD和TCON两个8位寄存器，设置各个定时器的操作模式和控制功能。1．工作模式控制寄存器—TMOD（89H）GATEC/TM10MGATEC/T1M0M控制T1控制T089H和T类同01M0M00011011方式方式0方式1方式2方式301定时器模式计数器模式01与INT无关00与INT有关图5-5定时器工作模式寄存器TMOD2．定时器控制寄存器—TCON（88H）TCON位地址0DD1D2D3D4D5D6D7IT0IE0IT11IETR0TF0TR1TF188898A8B8C8D8E8F见下一节{00：停T计数01：启T计数00：无T中断（硬件复位）{1：有T溢出中断00：无T中断（硬件复位）10：停T计数{1：有T溢出中断1：启T计数{111图5-6定时器工作模式寄存器TCON返回本节5.1.4定时/计数器常数的计算1．计数器初值的计算把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为TC，由此可得到公式：TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28。2．定时器初值的计算在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定时器定时时间T的公式：T=（M-TC）T计数上式也可写成：TC=M-T/T计数式中，M为模值，和定时器的工作方式有关；T计数是单片机振荡周期TCLK的12倍；TC为定时器的定时初值。返回本节5.2中断系统结构及管理5.2.1中断请求与控制5.2.2中断系统的结构5.2.3中断控制5.2.4中断响应过程返回本章首页5.2.1中断请求与控制图5-7中断流程返回本节5.2.2中断系统的结构1．外部中断源由P3.2端口线引入int0，低电平或下降沿引起。由P3.3端口线引入int1，低电平或下降沿引起。2．内部中断源（如图5-8所示）T0：定时/计数器0中断，由T0回零溢出引起。T1：定时/计数器1中断，由T1回零溢出引起。TI/RI：串行I/O中断，完成一帧字符发送/接收引起。图5-8中断系统的结构框图返回本节5.2.3中断控制1．中断允许寄存器IE（A8H）IE在特殊功能寄存器中，字节地址A8H，位地址分别是A8H～AFH。IE控制CPU对中断源总的开放或禁止以及每个中断源是否允许中断。其格式如图5-9所示。2．中断优先寄存器IP（B8H）IP在特殊功能寄存器中，字节地址为B8H，位地址分别是B8H～BFH，IP用来锁存各中断源优先级的控制位，其格式如图5-10所示。0：关INT中断01：开INT中断00：关T中断1：开T中断001：开T中断0：关T中断0：关INT中断1：开INT中断11110：关T中断1：开T中断221：开所有中断0：关所有中断1：开串行口中断0：关串行口中断位地址IEEAAFADETACESABETAAEXA9ETA8EX00112图5-9中断允许寄存器IE图5-10中断优先寄存器IP返回本节例5-1若允许片内2个定时器/计数器中断，禁止其它中断源的中断请求。编写设置IE的相应程序段（1）用位操作指令来编写如下程序段：CLRES；禁止串行口中断CLREX1；禁止外部中断1中断CLREX0；禁止外部中断0中断SETBET0；允许定时器/计数器T0中断SETBET1；允许定时器/计数器T1中断SETBEA；CPU开中断（2）用字节操作指令来编写：MOVIE，#8AH或者用：MOV0A8H，#8AH；A8H为IE寄存器字节地址5.2.4中断响应过程单片机在每个机器周期的S5P2期间，顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志，如查询到某个中断标志为1，将在再下一个机器周期S1期间按优先级进行中断处理。首先由硬件自动生成一条长调用指令:LCALLaddr16。接着就由CPU执行该指令,将PC的内容压入堆栈以保护断点，再将中断入口地址装入PC，使程序转向中断矢量地址单元中去执行相应的中断服务程序。各中断源服务程序的入口地址是固定的，如下所示：中断源入口地址外部中断00003H定时器/计数器T0000BH外部中断10013H定时器/计数器T1001BH串行口中断0023H下列任何一种情况存在中断申请将被封锁：（1）CPU正在执行一个同级或高一级的中断服务程序。（2）当前正在执行的那条指令还未执行完。（3）当前正在执行的指令是RETI或对IE，IP寄存器进行读/写指令，执行这些指令后至少再执行一条指令才会响应中断。返回本节5.2.5外部中断的响应时间外部中断的最短的响应时间为3个机器周期:（1）中断请求标志位查询占1个机器周期。（2）子程序调用指令LCALL转到相应的中断服务程序入口，需2个机器周期。外部中断响应的最长时间为8个机器周期：发生在CPU进行中断标志查询时，刚好是开始执行RETI或是访问IE或IP的指令，则需把当前指令执行完再继续执行一条指令后，才能响应中断，最长需2个机器周期。接着再执行一条指令，按最长指令（乘法指令MUL和除法指令DIV）来算，也只有4个机器周期。加上硬件子程序调用指令LCALL的执行，需要2个机器周期。所以，外部中断响应最长时间为8个机器周期。如果已在处理同级或更高级中断，响应时间无法计算。在一个单一中断的系统里，MCS-51单片机对外部中断请求的响应的时间总是在3～8个机器周期之间。5.2.6外部中断的触发方式选择电平触发方式和跳沿触发（边沿触发）方式TCON寄存器里的IT0,IT1分别控制外部0，外部1中断的触发方式；当IT0(1)=0电平触发，1为边沿触发。1.电平触发方式CPU在每个机器周期采样到的外部中断输入线的电平。在中断服务程序返回之前，外部中断请求输入必须无效（即变为高电平），否则CPU返回主程序后会再次响应中断。适于外中断以低电平输入且中断服务程序能清除外部中断请求（即外部中断输入电平又变为高电平）的情况。2.跳沿触发方式连续两次采样，一个机器周期采样到外部中断输入为高，下一个机器周期采样为低，则置“1”中断请求标志，直到CPU响应此中断时，该标志才清0。这样不会丢失中断，但输入的负脉冲宽度至少保持1个机器周期。5.2.7中断服务程序的设计一、中断服务程序设计的任务基本任务：（1）设置中断允许控制寄存器IE。（2）设置中断优先级寄存器IP。（3）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。（4）编写中断服务程序，处理中断请求。前3条一般放在主程序的初始化程序段中。二、采用中断时的主程序结构常用的主程序结构如下：ORG0000HLJMPMAINORG中断入口地址LJMPINT⋮ORGXXXXHMAIN：主程序INT：中断服务程序三、中断服务程序的流程5.2.8多外部中断源系统设计实际系统中，两个外部中断请求源往往不够用1。定时器/计数器作为外部中断源的使用方法定时器/计数器选为计数器工作模式，T0（或T1）引脚上发生负跳变时，T0（或T1）计数器加1，利用这个特性，可以把T0（或T1）引脚作为外部中断请求输入引脚，而定时器/计数器的溢出中断TF0（或TF1）作为外部中断请求标志。ORG0000HAJMPIINI；跳到初始化程序………………IINI:MOVTMOD，#06H；设置T0的工作方式MOVTL0，#0FFH；设置计数器初值MOVTH0，#0FFHSETBTR0；启动T0，开始计数SETBET0；允许T0中断SETBEA；CPU开中断当连接在P3.4（T0引脚）的电平发生负跳变时，TL0加1，产生溢出，置“1”TF0，向CPU发出中断请求，同时TH0的内容0FFH送TL0，即TL0恢复初值0FFH。2.中断和查询结合的方法最高级别中断请求源IR0接INT0*输入端，其余的外部中断请求源IR1～IR4用“线或”的办法连到MCS-51的另一个外中断源输入端，同时还连到P1口。5个外部中断源的排队顺序依此为：IR0～IR4。ORG0013H；INT1的中断入口LJMPINT1；┇INT1:PUSHPSW；保护现场PUSHACCJBP1.0,IR1；P1.0高，IR1有请求JBP1.1,IR2；P1.1高，IR2有请求JBP1.2,IR3；P1.2高，IR3有请求JBP1.3,IR4；P1.3高，IR4有请求INTIR:POPACC；恢复现场POPPSWRETI；中断返回IR1:IR1的中断处理程序AJMPINTIR；IR2:IR2的中断处理程序AJMPINTIR；IR3:IR3的中断处理程序AJMPINTIR；IR4:IR4的中断处理程序AJMPINTIR；5.3定时/计数器及中断系统综合应用【例5.2】设MCS-51单片机系统时钟频率ФCLK为6MHZ，请编出利用定时/计数器T0在P1.0引脚上产生周期为2秒，占空比为50%的方波信号的程序（1）主程序任务：1）T0工作方式的设定：选择方式1（16位方式）（最大定时131ms）2）定时常数的设定：TC=216-100ms/2μs=15536=3CB0H返回本章首页即：TH0应装3CH，TL0应装B0H。3）中断管理：允许T0中断，开放总中断即：IE应装10000010B。4）启动定时器T0：SETBTR05）设置软件计数器初值：（如使用R7）即R7应装0AH6）动态停机：SJMP$主程序如下：MAIN：MOVTMOD，#01H；设定T0为方式1MOVTH0，#3CH；装入定时常数高8位MOVTL0，#0B0H；装入定时常数低8位MOVIE，#82H；开放T0中断SETBTR0；启动T0MOVR7，#0AH；设置软件计数器SJMP$（2）中断服务程序任务：1）恢复T0常数；2）软件计数器减1；3）判断软件计数器是否为0。为0时，改变P1.0状态，并恢复软件计数器初值；不为0时中断返回。程序如下：TOINT：MOVTL0，#0B0H；恢复定时常数MOVTH0，#3CH；DJNZR7，NEXTCPLP1.0MOVR7，#0AHNEXT：RETI完整程序如下：ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPTOINTORG0030HMAIN：MOVTMOD，#01HMOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HMOVIE，#82HSETBTR0MOVR7，#0AHSJMP$TOINT：MOVTL0，#0B0HMOVTH0，#3CHDJNZR7，NEXTCPLP1.0MOVR7，#0AHNEXT：RETIEND返回本节THANKYOUVERYMUC