定时计数器与中断系统

第 五 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 K1 K2 可 预 置 初 值 计 数 器 中 断请 求功 能选 择 启 动控 制内 部 时 钟 脉 冲（ 定 时 ）外 部 输 入 脉 冲（ 计 数 ） 溢 出 信 号计 数 脉 冲 计 数 初 值5-1-1 定 时 /计 数 器 结 构 定 时 器 /计 数 器 简 称 定 时 器 ， 8031单 片 机 有 2个 16位 的 定 时 器 /计 数器 ： 定 时 器 0（ T0） 和 定 时 器 1（ T1） 。 作 定 时 器 时 ， 对 8031片 内 振 荡 器 输 出 经 12分 频 后 的 脉 冲 计 数 ， 即每 个 机 器 周 期 使 T0或 T1的 寄 存 器 自 动 加 1直 至 计 满 溢 出 。 定 时 的 分辨 率 是 时 钟 振 荡 频 率 的 1/12。 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。 工 作 过 程 如 下 ： 5-1-2 定 时 器 /计 数 器 工 作 方 式定 时 器 /计 数 器 有 4种 工 作 方 式 ， 由 方 式 选 择 位 M1、 M0设 定1.方 式 013位 定 时 /计 数 器 。 THx 8位 和 TLx低 5位 组 成 13位 加 1计 数 器t=（ 213-T1初 值 ） 振 荡 周 期 12 计 数 外 部 脉 冲 个 数 ： 1 8192(213)工 作 结 构 如 图 。 2.方 式 116位 定 时 /计 数 器 。 THx 8位 和 TLx低 8位 组 成 16位 加 1计 数 器t=（ 216-T1初 值 ） 振 荡 周 期 12计 数 外 部 脉 冲 个 数 ： 1 65536(216)工 作 结 构 如 图 。 3. 方 式 2自 动 恢 复 初 值 8位 定 时 /计 数 器 。 TLx为 8位 加 1计 数 器 ，THx为 8位 初 值 暂 存 器 。用 于 需 要 重 复 定 时 和 计 数 的 场 合 。最 大 计 数 值 ： 256 (28)最 大 定 时 时 间 (T=1s)： 256s工 作 结 构 如 图 。 4.方 式 3T0分 成 2个 8位 定 时 器 ： TL0定 时 /计 数 器 和 TH0定 时 器TL0占 用 T0控 制 位 ： C/T， TR0， GATE；TH0占 用 T1控 制 位 ： TR1。T1不 能 使 用 方 式 3工 作 。工 作 结 构 如 图 。 1.TMOD定 时 器 工 作 方 式 寄 存 器 （ 89H）1） 功 能 选 择 位 C/T： =0， 定 时 功 能 ， 计 数 内 部 机 器 周 期 脉 冲 ； =1， 计 数 功 能 ， 计 数 引 脚 T0(T1)输 入 的 负 脉 冲 。2） 方 式 选 择 位 M1、 M0： 4种 工 作 方 式 ： 13/16/8位确 定 定 时 器 工 作 方 式 指 令 ： MOV TMOD， #方 式 字3） 门 控 方 式 选 择 位 GATE ： =0， 非 门 控 方 式 (内 部 启 动 )： TRx=1， 启 动 定 时 器 工 作 ； TRx=0， 停 止 定 时 器 工 作 。 =1， 门 控 方 式 (外 部 启 动 )： TRx=1且 引 脚 INTx=1才 启 动 。 M1 M0 方 式 功 能 描 述0 0 0 13 位 0 1 1 16 位1 0 2 8 位 自 动 重 装 1 1 3 T0 为 两 个 8 位 5-1-3 定 时 器 控 制 寄 存 器 2个 控 制 寄 存 器 TMOD和 TCON与 定 时 器 有 关 ， 分 别 设 置 各 个定 时 器 的 操 作 模 式 和 控 制 功 能 。T1 T0 GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M02个 可 独 立 控 制 的16位 定 时 器 /计 数器 ： T0、 T1 2.TCON定 时 器 控 制 寄 存 器 （ 88H） TCON 位 地 址 0DD 1D 2D 3D 4D 5D 6D 7 IT0IE0IT11IETR0TF0TR1TF1 88898A8B8C8D8E8F 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 111TF1， TR1用 于 定 时 器 T1； TF0， TR0用 于 定 时 器 T0。TFx： 定 时 器 Tx溢 出 标 志 ， 当 定 时 器 Tx溢 出 时 由 硬 件 自 动 使 中 断触 发 器 TFx置 1， 并 向 CPU申 请 中 断 。 当 CPU响 应 进 入 中 断 服 务程 序 后 ， TFx又 被 硬 件 自 动 清 零 。 TFx也 可 用 软 件 清 零 。TRx： 运 行 控 制 位 。 由 软 件 置 1或 清 零 来 启 动 或 关 闭 定 时 器 Tx。IE ， IT1用 于 外 部 中 断 ； E ， IT0用 于 外 部 中 断 。IT： 下 跳 沿 /低 电 平 引 起 外 部 中 断 请 求 的 选 择 位 。 IT=1， 由 下 跳 沿引 起 ； IT=0， 由 低 电 平 引 起 。IE： 外 部 中 断 的 中 断 申 请 标 志 。 IE=0， 无 外 部 中 断 申 请 ； IE=1，有 外 部 中 断 请 求 。 CPU响 应 中 断 后 ， IE硬 件 清 零 。 5-1-4 计 算 时 间 常 数 X(计 算 初 值 )1. 计 数 器 初 值 的 计 算 ： 计 数 器 模 式 下 必 须 给 计 数 器 设 置 计 数 器 初 值 ， 这 个 计 数 器 初 值 是送 到 TH（ TH0/TH1） 和 TL（ TL0/TL1） 中 的 。 计 数 器 是 在 计 数 初 值 基 础 上 以 加 法 计 数 的 ， 并 能 在 计 数 器 从 全“ 1” 变 为 全 “ 0” 时 自 动 产 生 定 时 溢 出 中 断 请 求 。 因 此 ， 可 以 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 此便 可 得 到 如 下 的 计 算 公 式 ： TC=M-C式 中 ， M为 计 数 器 模 值 。 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 计 算 公 式 为 ： T=（ M-TC） T 计 数上 式 也 可 写 成 ： TC=M-T/ T计 数 式 中 ， M为 模 值 ； 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 。 若 设 TC=0，则 定 时 器 定 时 时 间 为 最 大 。 由 于 M的 值 和 定 时 器 工 作 方 式 有 关 ， 因此 不 同 工 作 方 式 下 定 时 器 的 最 大 定 时 时 间 也 不 一 样 。 例 ： 若 单 片 机 时 钟 频 率 为 12MHZ， 计 算 定 时 2ms所 需 的 定 时 器 初值 。解 ： 由 于 定 时 器 工 作 在 方 式 2和 方 式 3下 时 的 最 大 定 时 时 间 只 有0.256ms， 因 此 要 想 获 得 2ms的 定 时 时 间 定 时 器 必 须 工 作 在 方 式 0或 方 式 1。 T计 数 =12/12=1s， 则 需 计 数 脉 冲 2000个 (7D0H)若 采 用 方 式 0， 则 定 时 器 的 初 值 为 ： TC=213-2ms/1 =6192=1830H=1100 0001 10000B即 ： TH0应 装 C1H； TL0应 装 10H（ TL1只 用 低 5位 ， 高 3位 填 0）若 采 用 方 式 1， 则 定 时 器 的 初 值 为 ： TC=2 16-2ms/1s =63536=F830H即 ： TH0应 装 F8H； TH0应 装 30H。 5-2-1 中 断 概 念中 断 系 统 是 计 算 机 的 重 要 指 标 之 一 。 当 CPU正 在 处 理 某 件 事 情时 ， 外 部 发 生 了 某 一 事 件 （ 如 定 时 器 /计 数 器 溢 出 ， 被 监 视 电 平 突变 等 ） 请 求 CPU迅 速 去 处 理 ， 于 是 CPU暂 时 中 断 当 前 的 工 作 ， 转去 处 理 所 发 生 的 事 件 ； 中 断 服 务 处 理 完 成 后 ， 再 回 到 原 来 被 中 断的 地 方 ， 继 续 原 来 的 工 作 。 这 一 过 程 称 为 中 断 。举 例 ： 某 人 看 书 执 行 主 程 序 日 常 事 务 电 话 铃 响 中 断 信 号 INT=0 中 断 请 求 暂 停 看 书 暂 停 执 行 主 程 序 中 断 响 应 书 中 作 记 号 当 前 PC入 栈 保 护 断 点 电 话 谈 话 执 行 I/O程 序 中 断 服 务 继 续 看 书 返 回 主 程 序 中 断 返 回5-2 中 断 结 构 及 管 理中 断 的 执 行 过 程 如 图 所 示 。 相 关 概 念一 中 断 源 种 类1 可 屏 蔽 中 断可 程 控 “ 开 中 断 /关 中 断 ” 。 软 件 设 置允 许 /禁 止 CPU响 应 中 断 。2 非 屏 蔽 中 断不 可 程 控 “ 关 中 断 ” 。 有 中 断 请 求 信号 ， CPU必 须 响 应 。二 中 断 优 先 权1.当 同 时 有 多 个 中 断 请 求 信 号 ，先 响 应 优 先 级 别 高 的 中 断 请 求 。2.高 优 先 级 中 断 请 求 信 号 可 中断 低 优 先 级 中 断 服 务 。三 中 断 源 能 发 出 中 断 请 求 信 号 的 各 种 事 件 。 如 I/O设 备 、 定 时 时 钟 、系 统 故 障 、 软 件 设 定 等 。 INTNMI微 型 机日 常 事 务程 序 中 断 服 务程 序 1 中 断 服 务程 序 2 中 断 处 理 过 程一 .中 断 响 应 条 件1 有 中 断 请 求 信 号2. 系 统 处 于 开 中 断 状 态二 中 断 响 应 过 程1 关 中 断 ： 屏 蔽 其 它 中 断 请 求 信 号 。2 保 护 断 点 ： 将 断 点 地 址 压 入 堆 栈 保 存 ， 即 当 前 PC值 入 栈 。3 寻 找 中 断 源 ： 中 断 服 务 程 序 入 口 PC， 转 入 中 断 服 务 。4 保 护 现 场 ： 将 中 断 服 务 程 序 使 用 的 所 有 寄 存 器 内 容 入 栈 。5 中 断 处 理 ： 执 行 中 断 源 所 要 求 的 程 序 段 。6 恢 复 现 场 ： 恢 复 被 使 用 寄 存 器 的 原 有 内 容 。7 开 中 断 ： 允 许 接 受 其 它 中 断 请 求 信 号 。 8 中 断 返 回 ： 执 行 RETI指 令 ， 栈 顶 内 容 PC， 程 序 跳 转 回 断 点 处 。 5-2-2 中 断 系 统 内 部 结 构一 中 断 源 信 号二 . 中 断 允 许 控 制 三 . 2级 中 断 优 先 级 控 制 优 先 级 选 择 开 关 ： PS、 PT1、 PX1、 PT0、 PX0总 允 许 开 关 ： EA源 允 许 开 关 ： ES、 ET1、 EX1、 ET0、 EX02个 外 部 中 断 源 信 号 ： INT0、 INT12个 定 时 器 T0、 T1溢 出 中 断 请 求 ： TF0、 TF11个 串 行 口 数 据 发 送 、 接 收 结 束 中 断 请 求 ： TI、 RI。_ _ 5-2-3 中 断 控 制一 .中 断 控 制 寄 存 器1.中 断 标 志 位 ： TF1、 TF0、 IE1、 IE0、 RI 、 TI登 记 各 中 断 源 请 求 信 号 ： =1， 有 中 断 请 求 ； = 0， 无 中 断 请 求 。CPU响 应 中 断 后 ， 该 中 断 标 志 自 动 清 零 。 TI， RI标 志 必 须 软 件 清 零 。 寄 存 器 名 称 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0TCON(88H) TF1 TF0 IE1 IT1 IE0 IT0定 时 器 控 制 寄 存 器 位 地 址 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88HSCON(98H) TI RI串 行 口 控 制 寄 存 器 位 地 址 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98HIE(A8H) EA ES ET1 EX1 ET0 EX0中 断 允 许 寄 存 器 位 地 址 AFH ACH ABH AAH A9H A8HIP(B8H) PS PT1 PX1 PT0 PX0中 断 优 先 级 寄 存 器 位 地 址 BCH BBH BAH B9H B8H2.外 部 中 断 触 发 方 式 选 择 位 ： IT0、 IT1=1： 负 边 沿 触 发 中 断 请 求 ； = 0： 低 电 平 触 发 中 断 请 求 。3 中 断 允 许 控 制 位 ： EA、 ES、 ET1、 EX1、 E 0、 EX0开 中 断 ； = 0关 中 断 。例 ： 允 许 CPU响 应 INT0的 中 断 请 求SETB EX0 SETB EA4 中 断 优 先 级 控 制 位 ： PS、 PT 、 PX1、 PT0、 PX02级 优 先 级 ： =1为 高 优 先 级 ， = 0为 低 优 先 级 。同 一 优 先 级 别 按 内 部 查 询 顺 序 排 列 优 先 级 ：高 INT0、 T0、 INT1、 T1、 SIO 低 。 5-2-4 中 断 响 应 一 .中 断 响 应 周 期 时 序 每 个 机 器 周 期 采 样 中 断 标 志 位 ， 若 有 中 断 请 求 ， 将 在 下 一个 机 器 周 期 按 优 先 级 顺 序 进 行 中 断 查 询 。 中 断 源 中 断 入 口 地 址INT0 0003H T0 000BH INT1 0013H T1 001BH SIO 0023H 二 . 各 中 断 源 中 断 服 务 程 序 的 入 口 地 址 三 . 中 断 响 应 阻 断 1 . 当 CPU未 执 行 完 一 条 指 令 。2 当 有 同 级 或 高 级 中 断 服 务 。3 执 行 RETI指 令 或 访 问 IE、 IP的 指 令后 ， 不 能 立 即 响 应 中 断 。 四 . 中 断 返 回中 断 返 回 指 令 ： RETI= RET指 令 + 通 知 CPU中 断 服 务 已 结 束 。 5-3 定 时 /计 数 器 与 中 断 系 统 综 合 应 用例 ： 设 MCS-51单 片 机 系 统 时 钟 频 率 CLK为 6MHZ，请 编 出 利 用 定 时 器 /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 。 2ms（ 1） 主 程 序 任 务 ： a.T0工 作 方 式 的 设 定 ： 选 择 方 式 1（ 16位 方 式 ） （ 最 大 定 时 131ms）b.定 时 常 数 的 设 定 ： TC=2 16-100ms/2s =15536=3CB0H 即 ： TH0应 装 3CH； TH0应 装 B0H。c.中 断 管 理 ： 允 许 T0中 断 ， 开 放 总 中 断 即 ： IE应 装 10000010Bd.启 动 定 时 器 T0 SETBTR0e.设 置 软 件 计 数 器 初 值 ： （ 如 使 用 R7） 即 ： R7应 装 0AHf.动 态 停 机 SJMP $ 主 程 序 如 下 ：MAIN： MOV TMOD， #01H ； 设 定 T0为 方 式 1MOV TH0， #3CH ； 装 入 定 时 常 数 高 8位MOV TL0， #0B0H ； 装 入 定 时 常 数 低 8位MOV IE， #82H ； 开 放 T0中 断SETB TR0 ； 启 动 T0MOV R7， #0AH ； 设 置 软 件 计 数 器SJMP $（ 2） 中 断 服 务 程 序任 务 ： a. 恢 复 T0常 数 ； b. 软 件 计 数 器 减 1； c. 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： MOV TL0， #0B0H ； 恢 复 定 时 常 数 MOV TH0， #3CH ； DJNZ R7， NEXT CPL P1.0 MOV R7， #0AH NEXT： RETI完 整 程 序 如 下 ： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP TOINT ORG 0030H MAIN： MOV TMOD， #01H MOV TH0， #3CH MOV TL0， #0B0H MOV IE， #82H SETB TR0 MOV R7， #0AH SJMP $TOINT： MOV TL0， #0B0H MOV TH0， #3CH DJNZ R7， NEXT CPL P1.0 MOV R7， #0AH NEXT： RETI END