第7章定时计数与中断系统课件

第7章 定时/计数与中断系统7.1中断系统中断系统7.2MCS-51定时定时/计数器系统计数器系统主要内容中断的定义？中断的定义？所谓所谓中断中断是指，由于某种随机事件的发生，计算机暂停现行是指，由于某种随机事件的发生，计算机暂停现行程序的运行，转去执行另一程序，以处理发生的事件，处理完毕程序的运行，转去执行另一程序，以处理发生的事件，处理完毕后又自动返回原来的程序继续运行后又自动返回原来的程序继续运行。将能引起中断的事件称为将能引起中断的事件称为中断源中断源。CPUCPU现行运行的程序称为现行运行的程序称为主程序主程序。处理随机事件的程序称为处理随机事件的程序称为中断服务子程序中断服务子程序。响响响响应应应应中中中中断断断断中中中中断断断断返返返返回回回回中断源中断源中断优先级中断优先级中断开关中断开关中断标志中断标志1.中断源中断源在在计计算算机机控控制制系系统统中中，把把引引起起中中断断的的事事件件称称为为中中断断源源。在在单片机控制系统中，常见的中断源有：单片机控制系统中，常见的中断源有：外部中断，如外部中断，如CPU某些特定引脚电平变化引起的中断。某些特定引脚电平变化引起的中断。各各类类定定时时/计计数数器器溢溢出出中中断断(即即定定时时时时间间到到或或计计数数器器满满请请求求中中断断)。串行发送结束请求中断。串行发送结束请求中断。串行接收有效请求中断。串行接收有效请求中断。电源掉电中断。电源掉电中断。2.中断优先级中断优先级中断是计算机系统中中断是计算机系统中CPU与外设进行数据交换的主要方与外设进行数据交换的主要方式，当多个外设以中断方式与式，当多个外设以中断方式与CPU进行数据交换时，可能遇进行数据交换时，可能遇到两个或两个以上外设中断请求同时有效的情形。在这种情到两个或两个以上外设中断请求同时有效的情形。在这种情况下，况下，CPU先响应哪一外设的中断请求？这就涉及到中断优先响应哪一外设的中断请求？这就涉及到中断优先级问题。一般说来，为了能够处理多个中断请求，中断控先级问题。一般说来，为了能够处理多个中断请求，中断控制系统均提供中断优先级控制。有了中断优先级控制后，就制系统均提供中断优先级控制。有了中断优先级控制后，就可以解决多个中断请求同时有效时先响应哪一中断问题。可以解决多个中断请求同时有效时先响应哪一中断问题。3.中断开关中断开关有时为避免某一处理过程被中断，中断控制器给每一个中断源有时为避免某一处理过程被中断，中断控制器给每一个中断源都设置了一个中断请求屏蔽位，用于禁止或允许相应中断源的中断都设置了一个中断请求屏蔽位，用于禁止或允许相应中断源的中断请求传送到请求传送到CPU，相当于中断源的中断开关。每个中断源对应一个相当于中断源的中断开关。每个中断源对应一个开关。此外，还设一个总的中断请求屏蔽位，当该位处于禁止状态开关。此外，还设一个总的中断请求屏蔽位，当该位处于禁止状态时，所有中断源的中断请求均不能传送到时，所有中断源的中断请求均不能传送到CPU，相当于中断总开关。相当于中断总开关。4.中断处理过程中断处理过程中中断断请请求求何何时时有有效效？CPU什什么么时时候候查查询询中中断断标标志志？什什么么时时候候，在什么情况下会响应中断请求？在什么情况下会响应中断请求？中断响应的过程中断响应的过程(1)在在每每条条指指令令结结束束后后,系系统统都都自自动动检检测测中中断断请请求求信信号号,如如果有中断请求，且果有中断请求，且CPU处于开中断状态下处于开中断状态下,则响应中断。则响应中断。(2)保保护护现现场场,在在保保护护现现场场前前,一一般般要要关关中中断断,以以防防止止现现场场被被破破坏坏。保保护护现现场场一一般般是是用用堆堆栈栈指指令令将将原原程程序序中中用用到到的的寄寄存存器器推入堆栈。推入堆栈。(3)中断服务中断服务,即为相应的中断源服务。即为相应的中断源服务。(7)恢恢复复现现场场,用用堆堆栈栈指指令令将将保保护护在在堆堆栈栈中中的的数数据据弹弹出出来来,在在恢恢复复现现场场前前要要关关中中断断,以以防防止止现现场场被被破破坏坏。在在恢恢复复现现场场后后应应及时开中断。及时开中断。(5)返返回回,此此时时CPU将将推推入入到到堆堆栈栈的的断断点点地地址址弹弹回回到到程程序序计数器计数器,从而使从而使CPU继续执行刚才被中断的程序。继续执行刚才被中断的程序。TCONTCONSCONSCONINT0INT0IT0=0IT0=0IT0=1IT0=1INT1INT1IT1=0IT1=0IT1=1IT1=1TF0TF0IE1IE1TF1TF1T0T0T1T1TITIRIRITXDTXDRXDRXDESESET0ET0EX0EX0EX1EX1ET1ET1EAEA自自自自然然然然优优优优先先先先级级级级中断源中断源中断源中断源自自自自然然然然优优优优先先先先级级级级PX0PX0PT0PT0PX1PX1PT1PT1PSPSIEIEIPIPIE0IE0高级中高级中高级中高级中断请求断请求断请求断请求低级中低级中低级中低级中断请求断请求断请求断请求中断源中断源中断源中断源矢量地矢量地矢量地矢量地址送址送址送址送PCPC矢量地矢量地矢量地矢量地址送址送址送址送PCPC中断标中断标中断标中断标志位志位志位志位中断源中断源中断源中断源允许允许允许允许总允许总允许总允许总允许中断优中断优中断优中断优先级先级先级先级硬件查询硬件查询硬件查询硬件查询b MCS-51MCS-51的中断系统结构图的中断系统结构图MCS-51的中断管理系统具有的中断管理系统具有2个中断优先级和个中断优先级和5个中断源，个中断源，5个中断源对应个中断源对应6个中断请求标志。个中断请求标志。每个中断源对应一个中断开关，当某个中断请求标志有效每个中断源对应一个中断开关，当某个中断请求标志有效时，时，CPUCPU是否响应相应中断请求，由中断控制寄存器是否响应相应中断请求，由中断控制寄存器IEIE相应位决相应位决定，定，EAEA为中断总开关；具有为中断总开关；具有2 2个中断优先级，任一中断优先级由个中断优先级，任一中断优先级由IPIP对应编码确定对应编码确定。中断源中断源中断优先级中断优先级中断开关中断开关中断标志中断标志TCONSCONIPIE1外部中断外部中断外部中断是指从单片机外部引脚外部中断是指从单片机外部引脚、输入中断请求输入中断请求信号的中断，即外部中断源有两个。输入信号的中断，即外部中断源有两个。输入/输出的中断请求、实输出的中断请求、实时事件的中断请求、掉电和设备故障的中断请求都可以作为外部时事件的中断请求、掉电和设备故障的中断请求都可以作为外部中断源，从引脚中断源，从引脚、输入。输入。外部中断请求有两种触发方式：电平触发及跳变外部中断请求有两种触发方式：电平触发及跳变(边沿边沿)触发。触发。这两种触发方式可以通过对特殊功能寄存器这两种触发方式可以通过对特殊功能寄存器TCON编程来选择。编程来选择。图与中断功能有关的TCON寄存器位IE0(IE1)：外部中断外部中断0(或或1)的中断请求标志位。当的中断请求标志位。当IT0(或或IT1)=0，即电平触发方式时，即电平触发方式时，CPU在每个机器周期的在每个机器周期的S5P2采采样样。若若引脚为低电平，将直接触发引脚为低电平，将直接触发外部中断。跳变触发方式时，若第一个机器周期采样到外部中断。跳变触发方式时，若第一个机器周期采样到引脚为高电平，第二个机器周期采样到引脚为高电平，第二个机器周期采样到引脚为低电平时，引脚为低电平时，标明在两次采样期间曾经产生了一个下降沿。标明在两次采样期间曾经产生了一个下降沿。IE0(或或IE1)由由硬件置位，并以此硬件置位，并以此向向CPU请求中断。当请求中断。当CPU响应中断转响应中断转向中断服务程序时由硬件将向中断服务程序时由硬件将IE0(或或IE1)清零。清零。2内部中断内部中断内部中断是单片机芯片内部产生的中断。内部中断是单片机芯片内部产生的中断。MCS-51单片机的单片机的内部中断有定时器内部中断有定时器/计数器计数器T0、T1、的溢出中断，串行口的发送的溢出中断，串行口的发送/接收中断。当定时器接收中断。当定时器/计数器计数器T0、T1、的定时或计数到由硬件的定时或计数到由硬件自动置位自动置位TCON的的TF0、TF1，便向便向CPU申请中断。申请中断。CPU响应中响应中断而转向中断服务程序时，由硬件自动将断而转向中断服务程序时，由硬件自动将TF0或或TF1清零，即清零，即CPU响应中断后能自动撤除中断请求信号。响应中断后能自动撤除中断请求信号。定时器计数器定时器计数器0、1的中断请求以及跳变沿触发的外部中的中断请求以及跳变沿触发的外部中断请求，当由硬件清除了相应的中断请求标志后，自动撤除中断请求，当由硬件清除了相应的中断请求标志后，自动撤除中断请求。断请求。当串行口发送完或接收完一帧信息，由接口硬件自动置位当串行口发送完或接收完一帧信息，由接口硬件自动置位SCON的的TI或或RI，以此向以此向CPU申请中断，申请中断，CPU响应中断后，接响应中断后，接口硬件不能自动将口硬件不能自动将TI或或RI清零，即清零，即CPU响应中断后不能自动撤响应中断后不能自动撤除中断请求信号，需用户采用软件方法将除中断请求信号，需用户采用软件方法将TI或或RI清零，来撤除清零，来撤除中断请求信号。中断请求信号。TIRISCON的低的低2位锁存串行口的接收中断和发送中断标志位锁存串行口的接收中断和发送中断标志,TI：串串行行口口发发送送中中断断标标志志。TI=1表表示示串串行行口口发发送送器器正正在在向向CPU申申请请中中断断。值值得得注注意意的的是是当当CPU响响应应该该中中断断后后,转转向向中中断断服服务务程程序序时时并并不不复复位位TI,TI必必须须由由用用户户在在中中断断服服务务程序中用软件清程序中用软件清0(可用可用CLR TI或其它指令或其它指令)。RI：串串行行口口接接收收中中断断标标志志。RI为为1表表示示串串行行口口接接收收器器正正向向CPU申申请请中中断断,同同样样RI必必须须由由用用户户在在中中断断服服务务程程序序中清中清0。7.1.3中断控制中断控制1.中断允许控制寄存器中断允许控制寄存器IE当当某某个个中中断断发发生生时时，相相应应的的中中断断请请求求标标志志位位置置位位，但但该该中中断请求能否被断请求能否被CPU查询，由中断控制寄存器查询，由中断控制寄存器IE相应的位决定。相应的位决定。中断控制寄存器IE各位含义由于由于IE寄存器具有按位寻址功能，因此可通过位操作指寄存器具有按位寻址功能，因此可通过位操作指令，允许或禁止其中的任一中断，如：令，允许或禁止其中的任一中断，如：SETBEA;开中断开中断SETBEX0;允许允许中断中断CLRES;禁止串行口中断禁止串行口中断例如当例如当TCON的的IT0位为位为0时，只要在时，只要在S5P2相采样到相采样到P3.2引脚为低电平，则引脚为低电平，则中断请求标志中断请求标志IE0就为就为1。但当。但当EX0或或EA之一为之一为0时，时，CPU将不检查将不检查IE0的中断请求标志的中断请求标志(即该中断即该中断请求被请求被CPU忽略忽略)。2.中断优先级控制寄存器中断优先级控制寄存器IP增增强强型型MCS-51内内核核CPU具具有有2个个中中断断优优先先级级，设设置置了了中中断断优优先先级级控控制制寄寄存存器器(0为为低低优优先先级级；1为为高高优优先先级级)：中中断断优优先先级级控制寄存器控制寄存器IP，寄存器各位含义如图所示：寄存器各位含义如图所示：图中断优先级控制寄存器IP各位含义3.硬件查询顺序硬件查询顺序改改变变IP寄寄存存器器的的值值，即即可可使使相相应应中中断断源源优优先先权权升升高高或或降降低低。但但MCS-51具具有有5个个中中断断源源，而而只只有有2个个中中断断优优先先级级，这这就就必必然然存存在在两个或两个以上中断源优先级相同。两个或两个以上中断源优先级相同。为此，为此，MCS-51约定当同一优先级中断请求有效时，约定当同一优先级中断请求有效时，CPU响应顺序为：响应顺序为：外中断外中断定时定时/计数器计数器T0溢出中断溢出中断外中断外中断定时定时/计数器计数器T1溢出中断溢出中断串行口中断串行口中断定时定时/计数器计数器T2溢出中断溢出中断1.中断响应条件中断响应条件MCS-51中断响应条件为：中断响应条件为：(1)当当前前不不处处于于同同级级或或更更高高级级中中断断响响应应中中。这这是是为为了了防防止止同级或低级中断请求中断同级或更高级中断。同级或低级中断请求中断同级或更高级中断。(2)当前机器周期必须是当前指令的最后一个机器周期，当前机器周期必须是当前指令的最后一个机器周期，否则等待。执行某些指令需要两个或两个以上机器周期，如果否则等待。执行某些指令需要两个或两个以上机器周期，如果当前机器周期不是指令的最后一个机器周期，则不响应中断请当前机器周期不是指令的最后一个机器周期，则不响应中断请求，即不允许中断一条指令的执行过程，这是为了保证指令执求，即不允许中断一条指令的执行过程，这是为了保证指令执行过程的完整性。行过程的完整性。(3)如如果果当当前前指指令令是是中中断断返返回回指指令令RETI，或或读读写写中中断断控控制制寄寄存存器器IE、优优先先级级寄寄存存器器IP或或IPH，则则必必须须再再执执行行一一条条指指令令后后才能响应中断请求。才能响应中断请求。如果不满足以上条件，将忽略该机器周期对中断标志的查如果不满足以上条件，将忽略该机器周期对中断标志的查询结果，下一机器周期继续查询，因此可能存在这样一种情况：询结果，下一机器周期继续查询，因此可能存在这样一种情况：某一中断发生了，不满足响应条件，某一中断发生了，不满足响应条件，CPU不响应，又出了新的不响应，又出了新的中断请求，则尚未响应的中断请求将被忽略，因为每一中断源中断请求，则尚未响应的中断请求将被忽略，因为每一中断源只有一个中断标志位，而只有一个中断标志位，而CPU总是在每个机器周期的总是在每个机器周期的S5P2相检相检测中断源，设置中断标志。测中断源，设置中断标志。另另外外，在在中中断断响响应应过过程程中中，如如果果在在M4周周期期的的S6状状态态查查询询到到优优先先级级更更高高的的中中断断标标志志为为1(即即在在M2M3机机器器周周期期内内优优先先级级更更高高的的中中断断请请求求出出现现)，在在M5、M6机机器器周周期期将将响响应应高高优优先先级级中中断断，而不执行低优先级中断服务程序。而不执行低优先级中断服务程序。2.中断响应过程及中断服务程序入口地址中断响应过程及中断服务程序入口地址如果满足中断响应条件，将进入中断响应过程：如果满足中断响应条件，将进入中断响应过程：(1)CPU先先将将对对应应中中断断的的优优先先级级触触发发器器置置1，阻阻止止CPU再再响响应同级或更低级中断请求。应同级或更低级中断请求。(2)将程序计数器将程序计数器PC当前值压入堆栈，以保证执行完中断当前值压入堆栈，以保证执行完中断服务程序后正确返回；并将相应中断源入口地址装入服务程序后正确返回；并将相应中断源入口地址装入PC，以便以便执行中断服务程序。中断服务程序入口地址如下：执行中断服务程序。中断服务程序入口地址如下：中断源中断源入口地址入口地址外中断外中断00003H定时定时/计数器计数器T0溢出中断溢出中断000BH外中断外中断10013H定时定时/计数器计数器T1溢出中断溢出中断001BH串行口中断串行口中断0023H定时定时/计数器计数器T2溢出中断溢出中断002BH由由于于各各中中断断服服务务程程序序入入口口地地址址仅仅相相隔隔8个个字字节节，难难以以容容纳纳中中断断服服务务程程序序，为为此此可可在在入入口口处处放放置置一一条条长长跳跳转转指指令令，而而实实际际的的中中断断服服务务程程序序放放在在存存储储器器区区内内的的任任意意位位置置(一一般般放放在在主主程程序序后后)，如下所示：，如下所示：ORG0003HLJMPINT0;在外中断入口处放一条长跳转指令在外中断入口处放一条长跳转指令ORG0100HMAIN:;主程序主程序INT0:;外中断的中断服务程序外中断的中断服务程序(3)清清除除中中断断请请求求标标志志。进进入入中中断断服服务务程程序序后后，CPU能能自自动动清除下列中断请求标志位：清除下列中断请求标志位：定时器定时器T0中断请求标志中断请求标志TF0；定时器定时器T1中断请求标志中断请求标志TF1；外中断的中断请求标志外中断的中断请求标志IE0；外中断的中断请求标志外中断的中断请求标志IE1。但不自动清除串行发送结束中断标志但不自动清除串行发送结束中断标志TI、串行接收有效中断串行接收有效中断标志标志RI。对于不能自动清除的中断请求标志，需要在中断服务程对于不能自动清除的中断请求标志，需要在中断服务程序中，用序中，用“CLR位地址位地址”指令清除。指令清除。(4)返回。中断服务程序最后一条指令是中断返回指令返回。中断服务程序最后一条指令是中断返回指令“RETI”，执行了中断返回指令执行了中断返回指令RETI后，先将对应中断的优后，先将对应中断的优先级触发器清零先级触发器清零(以便返回后以便返回后CPU能够响应同级或更低级的中能够响应同级或更低级的中断请求断请求)，并将堆栈内的两个字节弹到程序计数器，并将堆栈内的两个字节弹到程序计数器PC，以便从以便从断点处继续执行被中断程序的后续指令。断点处继续执行被中断程序的后续指令。7.1.4中断初始化及中断服务程序中断初始化及中断服务程序中断初始化是指通过设置中断初始化是指通过设置TCON、IE及及IP寄存器内容，确寄存器内容，确定外中断触发方式定外中断触发方式(低电平触发还是下降沿触发低电平触发还是下降沿触发)、开中断、设、开中断、设置中断优先级等，例如可通过如下指令将置中断优先级等，例如可通过如下指令将定义为下降沿触定义为下降沿触发，优先级为最高，并允许中断：发，优先级为最高，并允许中断：SETBIT0；外中断采用下降沿触发SETBPX0；IP寄存器具有位寻址功能，SETBEX0；允许中断SETBEA；开中断中断服务程序结构与子程序类似，大致包含以下几部分：;必要时保护现场PUSHPSWPUSHAccSETBRS0;切换工作寄存器区,根据需要可使用03区中的任一区CLRRS1;由于中断出现的不确定性，因此只要中断服务程序中使用;了寄存器组R0R7，就需要切换工作区;中断服务程序体(略)CLR中断请求标志;对于不能自动清除中断请求标志的中断响应过程，需要通过指令清除中断请求标志，防止同一请求被多次响应POPAccPOPPSW;恢复现场RETI;中断返回指令(1)中中断断出出现现是是随随机机的的，可可能能出出现现，也也可可能能不不出出现现，更更不不知知道道什什么么会会时时候候出出现现，即即被被中中断断程程序序的的断断点点无无法法预预测测。而而子子程程序序的的执执行行由由调调用用指指令令LCALL或或ACALL实实现现，只只要要满满足足特特定定条条件件，就就一一定定会会发发生生，断断点点由由程程序序员员控控制制。因因此此只只要要中中断断服服务务程程序序中中出出现现写写寄寄存存器器组组R0R7之之一一，就就需需要要切切换换工工作作寄寄存存器器区区：由由于于同同级级中中断断不不能能嵌嵌套套，因因此此同同一一优优先先级级中中断断服服务务程程序序可可以以使使用用同同一一工工作作寄寄存存器器区区；高高优优先先级级中中断断服服务务程程序序和和低低优优先先级级中中断断服服务务程程序序一一般般不能使用同一工作寄存器区，除非两者不可能同时出现。不能使用同一工作寄存器区，除非两者不可能同时出现。(2)中断服务程序入口地址中断服务程序入口地址(也称为中断向量也称为中断向量)由硬件决定，由硬件决定，与与CPU类型有关，不能更改。而子程序入口地址由用户安排。类型有关，不能更改。而子程序入口地址由用户安排。(3)子子程程序序中中可可以以任任意意调调用用另另一一子子程程序序，但但中中断断过过程程有有优优先先级级，同同级级或或低低级级中中断断不不能能打打断断正正在在执执行行的的同同级级或或更更高高优优先先级级中断服务程序。中断服务程序。(4)尽管子程序返回指令尽管子程序返回指令RET和中断返回指令和中断返回指令RETI均会均会将栈顶两个字节信息装入将栈顶两个字节信息装入PC，恢复断点，但恢复断点，但RETI还清除相应还清除相应中断优先级触发器，因此中断返回指令不可用子程序返回指令中断优先级触发器，因此中断返回指令不可用子程序返回指令RET代替。代替。例例1：若若规规定定外外部部中中断断1为为边边沿沿触触发发方方式式,优优先先级级最最低低,在在中中断断服服务务程程序序中中将将寄寄存存器器B的的内内容容左左环环移移一一位位,B的的初初值值设设为为01H。试编写主程序与中断服务程序。试编写主程序与中断服务程序。解：程序如下解：程序如下 ORG 0000H ;主程序主程序LJMP MAIN ;主程序转至主程序转至MAIN处处ORG 0013H ;中断服务程序中断服务程序LJMP INT ;中断服务程序转至中断服务程序转至INT处处 MAIN:SETB EA ;开中断开中断 SETB EX1 ;允允许许外外中中断断1中中断断 CLR PX1 ;设为低优先级设为低优先级 SETB IT1 ;边沿触发边沿触发 MOV B,01H ;设设B的初值的初值HALT:SJMP HALT ;暂停等待中断暂停等待中断INT:MOVA,B ;AB RL A ;左环移一位左环移一位 MOV B,A ;回送回送 RETI ;中断返回中断返回现有这样的设计任务：当系统无故障时，现有这样的设计任务：当系统无故障时，现有这样的设计任务：当系统无故障时，现有这样的设计任务：当系统无故障时，3 3个故障源输入端个故障源输入端个故障源输入端个故障源输入端X1X1X3 X3 全为低电平，对应的三盏显示灯全灭；当某部分出现故全为低电平，对应的三盏显示灯全灭；当某部分出现故全为低电平，对应的三盏显示灯全灭；当某部分出现故全为低电平，对应的三盏显示灯全灭；当某部分出现故障时，其对应的输入端由低电平变为高电平，且点亮对应的指障时，其对应的输入端由低电平变为高电平，且点亮对应的指障时，其对应的输入端由低电平变为高电平，且点亮对应的指障时，其对应的输入端由低电平变为高电平，且点亮对应的指示灯，提示该部分有故障产生。示灯，提示该部分有故障产生。示灯，提示该部分有故障产生。示灯，提示该部分有故障产生。例例例例1 1利用故障引起利用故障引起利用故障引起利用故障引起80518051单片机中单片机中单片机中单片机中断，在中断服务程序中判定断，在中断服务程序中判定断，在中断服务程序中判定断，在中断服务程序中判定故障源，并点亮对应的显示故障源，并点亮对应的显示故障源，并点亮对应的显示故障源，并点亮对应的显示灯。灯。灯。灯。P1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.3P1.4P1.4P1.5P1.5INT0INT080518051+X1X1X2X2X3X3+5V+5VR RR RR RLED1LED1LED2LED2LED3LED3 ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP SERVEMAIN：ORL P1，#0FFH SETB IT0 SETB EX0 SETB EA SJMP$SERVE：JNB P1.0，L1 CLR P1.3 SJMP L3L1：JNB P1.1，L2 CLR P1.4 SJMP L3 L2：JNB P1.2，L3 CLR P1.5 L3：ORL P1，#07H RETI END；外部中断；外部中断；外部中断；外部中断0 0的入口的入口的入口的入口；灯全灭；准备读入；灯全灭；准备读入；灯全灭；准备读入；灯全灭；准备读入；选择边沿触发方式；选择边沿触发方式；选择边沿触发方式；选择边沿触发方式；允许外部中断；允许外部中断；允许外部中断；允许外部中断0 0中断中断中断中断；CPU CPU 开中断开中断开中断开中断；等待中断；等待中断；等待中断；等待中断；若；若；若；若X1 X1 无故障，跳到无故障，跳到无故障，跳到无故障，跳到L1L1；点亮；点亮；点亮；点亮LED1LED1；若；若；若；若X2 X2 无故障，跳到无故障，跳到无故障，跳到无故障，跳到L2L2；点亮；点亮；点亮；点亮LED2LED2；若；若；若；若X3 X3 无故障，跳到无故障，跳到无故障，跳到无故障，跳到L3L3；点亮；点亮；点亮；点亮LED3LED3P1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.3P1.4P1.4P1.5P1.5INT0INT080518051+X1X1X2X2X3X3+5V+5VR RR RR RLED1LED1LED2LED2LED3LED3 例例2 若若规规定定外外部部中中断断1为为边边沿沿触触发发方方式式,低低优优先先级级,在在中中断断服服务务程程序序中中将将寄寄存存器器B的的内内容容左左环环移移一一位位,B的的初初值值设设为为01H。试编写主程序与中断服务程序。试编写主程序与中断服务程序。解：程序如下解：程序如下 MAIN:SETB EA ;开中断开中断 SETB EX1 ;允许外中断允许外中断1中断中断 CLR PX1 ;设为低优先级设为低优先级 SETB IT1 ;边沿触发边沿触发 MOV B,01H ;设设B的初值的初值HALT:SJMP HALT ;暂停等待中断暂停等待中断INT:MOVA,B ;AB RL A ;左环移一位左环移一位 MOV B,A ;回送回送 RETI ;中断返回中断返回 ORG 0000H ;主程序主程序LJMP MAIN ;主程序转至主程序转至MAIN处处ORG 0013H ;中断服务程序入口中断服务程序入口LJMP INT ;转至转至INT处处7.2MCS-51定时定时/计数器系统计数器系统在单片机应用系统中，常需要对外部脉冲进行在单片机应用系统中，常需要对外部脉冲进行计数计数或每隔或每隔特定时间执行某一操作，因此定时特定时间执行某一操作，因此定时/计数器是单片机控制系统重计数器是单片机控制系统重要的外设部件之一，几乎所有单片机控制系统均有一个或几个要的外设部件之一，几乎所有单片机控制系统均有一个或几个定时定时/计数器。计数器。MCS-51系列单片机内置了系列单片机内置了2个个16位位的定时的定时/计数计数器，分别称为器，分别称为T0、T1。定时定时/计数功能概述计数功能概述定定时时/计计数数器器的的核核心心部部件件是是一一个个加加法法(或或减减法法)计计数数器器，可可工工作作在在定定时时方方式式或或计计数数方方式式，因因此此称称为为定定时时/计计数数器器。不不过过这这两两种种工工作作方方式式没没有有本本质质的的区区别别，只只是是计计数数脉脉冲冲来来源源不不同同而而已已：如如果果计计数数脉脉冲冲是是频频率率相相对对稳稳定定的的系系统统时时钟钟信信号号(一一般般是是系系统统时时钟钟的的分分频频信信号号)时时，则则称称为为定定时时方方式式；反反之之，当当计计数数脉脉冲冲取取自自I/O引引脚脚的的外部信号外部信号时，称为时，称为计数方式计数方式。单片机内定时单片机内定时/计数器属于可编程部件，除了计数器属于可编程部件，除了加法加法计数器计数器(部分单片机芯片采用减法计数器部分单片机芯片采用减法计数器)外，尚有工作方式控制寄存外，尚有工作方式控制寄存器，一般具有如下特点：器，一般具有如下特点：(1)工工作作方方式式寄寄存存器器。定定时时/计计数数器器有有多多种种定定时时或或计计数数方方式式，使使用用前前必必须须初初始始化化工工作作方方式式寄寄存存器器，设设置置定定时时/计计数数器器的的工工作作方方式式(定定时时还还是是计计数数；硬硬件件启启动动还还是是软软件件启启动动；计计数数长长度度即作为即作为16位计数器使用还是位计数器使用还是8位计数器使用等位计数器使用等)。(2)可可以以从从0开开始始计计数数，也也可可以以从从特特定定值值开开始始计计数数，因因此此定定时时/计计数数器器是是一一个个可可读读写写的的寄寄存存器器，使使用用前前一一般般需需要要设设置置定定时时/计计数器的数器的初值初值。(3)对于每来一个脉冲加对于每来一个脉冲加1的定时的定时/计数器，当计数器溢出时，计数器，当计数器溢出时，可向可向CPU发出发出中断请求中断请求(定时时间到定时时间到)，以便，以便CPU处理。处理。特点总结：特点总结：(1)定时器定时器/计数器可以是计数方式也可以是定时方式。计数器可以是计数方式也可以是定时方式。(2)定时器定时器/计数器的计数值是可变的，但计数的最大值是有计数器的计数值是可变的，但计数的最大值是有限的，这取决于计数器的位数。计数的最大值也就限定了定时的限的，这取决于计数器的位数。计数的最大值也就限定了定时的最大值。最大值。(3)在到达设定的定时或计数值时发出中断申请，以便实现定在到达设定的定时或计数值时发出中断申请，以便实现定时控制。时控制。核心部件：核心部件：16位加法器位加法器定定时时器器/计计数数器器的的核核心心是是16位位加加法法计计数数器器，用用特特殊殊功功能能寄寄存存器器TH0、TL0及及TH1、TL1表表示示。TH0、TL0是是定定时时器器/计计数数器器0加加法法计计数数器器的的高高8位位和和低低8位位，TH1、TL1是是定定时时器器/计计数数器器1加加法计数器的高法计数器的高8位和低位和低8位。位。作计数器用时，加法计数器对芯片引脚作计数器用时，加法计数器对芯片引脚T0(P3.4)、T1(P3.5)上的输入脉冲计数。每输入一个脉冲，加法计数器增加上的输入脉冲计数。每输入一个脉冲，加法计数器增加1。加法。加法计数溢出时可向计数溢出时可向CPU发出中断请求信号。发出中断请求信号。K1K2可预置初值计数器可预置初值计数器中断中断请求请求功能功能选择选择启动启动控制控制内部时钟脉冲内部时钟脉冲（定时）（定时）外部输入脉冲外部输入脉冲（计数）（计数）溢出信号溢出信号计数脉冲计数脉冲计数初值计数初值TF0/TF1TF0/TF1TR0/TR1TR0/TR1C/TC/TTMODTMOD控制字控制字7.2.3定时定时/计数器计数器T0、T1结构及控制结构及控制1.定时定时/计数器的控制计数器的控制在在MCS-51中中，与与定定时时/计计数数器器T0、T1工工作作方方式式有有关关的的寄寄存存器器为为TMOD和和TCON。其其中中TMOD控控制制定定时时/计计数数器器T0、T1的的工工作方式作方式，而，而TCON控制定时控制定时/计数器的计数器的启动启动和定时中断和定时中断标志标志。1)工作方式寄存器TMODTMOD寄存器各位含义寄存器各位含义定时/计数器工作方式M1M0工作方式说明00方式0(不推荐)13位定时/计数器，主要是为了与Intel公司早期的MCS-48系列兼容，由TL0的低5位和TH0(8位)构成，装入初值要注意，容易出错。01方式1(常用)16位定时/计数器10方式2(常用)自动重装初值的8位定时/计数器11方式3定时/计数器T0可以工作于这一方式，相当于两个独立的8位定时/计数器。但T0工作于方式3时，占用了定时/计数器T1的部分资源，限制了T1的使用范围(在这种情况下，T1可作为串行口发送、接收波特率发生器)定时/计数方式选择。当位为0时，计数脉冲来自CPU内部分频器，计数脉冲频率是单片机的机器周期，即处于定时方式；当位为1时，计数脉冲来自P3.4引脚，即处于计数方式。GATE门控方式选择位=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。2)控制字寄存器TCONTCON寄存器中与定时/计数器控制有关的位2.工作方式工作方式定时/计数器T0有四种工作方式(即方式0、方式1、方式2和方式3)，主要用于定时和计数；定时/计数器T1有三种工作方式(即方式0、方式1和方式2)，除了用作定时、计数外，T1还作为串行口的波特率发生器。值得注意的是，初始化时如果错将定时/计数器T1置为方式3，T1将停止工作。1)方式0(13位定时/计数器)THx8位和TLx低5位组成加1计数器。计数外部脉冲个数：计数外部脉冲个数：1 181928192(2(21313)定时时间定时时间(若若T=1T=1 s)s)：1 1 s s8.19ms8.19ms如果定时器初值为M，则方式0的定时时间t为：2)方式1(16位定时/计数器)定时/计数器T0(T1)方式1结构当当位位为为0时时，定定时时/计计数数器器T0处处于于定定时时状状态态，计计数数脉脉冲冲是是系系统统时时钟钟信信号号的的12分分频频器器，即即每每隔隔12/fOSC秒秒，TL0加加1，当当TL0溢溢出出(如如果果TL0当当前前值值为为FFH，则则再再来来一一个个脉脉冲冲，TL0将将溢溢出出，变变为为00)时时，TH0自自动动加加1；当当TH0也也溢溢出出时时，定定时时器器T0中中断断标标志志TF0位位置置位位1。如如果果定定时时器器T0溢溢出出中中断断开开关关ET0为为1(即即允允许许T0中中断断)，将将向向CPU发发出出定定时时器器溢溢出出中中断断请请求求(CPU能能否否响响应应，取决于中断响应条件取决于中断响应条件)。如果定时器初值为M，则方式1的定时时间t为：【例例7.1】假假设设晶晶振振频频率率为为12MHz，定定时时器器工工作作于于方方式式1，初值为初值为9800(即即2648H)，计算定时时间计算定时时间t。t=55736s=55.736ms显然，当晶振频率为显然，当晶振频率为12MHz，定时器初值为定时器初值为0时，方式时，方式1定定时时间最长为：时时间最长为：tmax=65536s【例例7.2】定定时时器器工工作作于于方方式式1，假假设设晶晶振振频频率率为为12MHz，所需定时时间为所需定时时间为10ms，计算定时器初值计算定时器初值M。将定时时间将定时时间10ms(即即10000s)、晶振频率晶振频率12MHz代入，可代入，可得初值：得初值：即定时器初值即定时器初值TH0为为0D8H，TL0为为0F0H。当当位为位为1时，定时时，定时/计数器计数器T0处于计数状态，计数脉冲来处于计数状态，计数脉冲来自自CPU的的P3.4引脚。每来一个脉冲引脚。每来一个脉冲TL0加加1，当，当TL0溢出时，溢出时，TH0自动加自动加1；当；当TH0也溢出时，计数器也溢出时，计数器T0中断标志中断标志TF0位置位置1。3)方式2自动重装的8位定时计数器定时/计数器T0(T1)方式2结构由于方式由于方式2的计数长度为的计数长度为8位，因此定时时间位，因此定时时间T与初值与初值M之间关系为：之间关系为：显然，当晶振频率显然，当晶振频率fOSC为为12MHz时，时，“12时钟时钟/机器周期机器周期”模式下方式模式下方式2的最长定时时间为：的最长定时时间为：4)方式3定时/计数器T0方式3结构T0工作在方式3下T1的结构(a)T1方式1；(b)T1方式2方方式式3只只适适用用于于定定时时器器T0。当当定定时时器器T1处处于于方方式式3时时相相当当于于TR1=0,停止计数。停止计数。当当T0工工作作在在方方式式3时时,TH0和和TL0被被拆拆成成2个个独独立立的的8位位计计数数器器。这这时时,TL0既既可可作作为为定定时时器器使使用用,也也可可作作为为计计数数器器使使用用,它它占占用用了了定定时时器器T0所所使使用用的的控控制制位位(C/、GATE、TR0、TF0),其其功功能能和和操操作作与与方方式式0或或方方式式1完完全全相相同同;而而TH0只只能能作作定定时时器器用用,并并且且占占据据了了定定时时器器T1的的两两个个控控制制信信号号TR1和和TF1。在在这这种种情情况况下下,定时器定时器T1虽仍可用于方式虽仍可用于方式0、1、2,但不但不能使用中断方式。能使用中断方式。T0T0运行于定时器状态，时钟振荡周期为运行于定时器状态，时钟振荡周期为12MH12MHZ Z，要求定，要求定时时100100 s s。求不同。求不同工作方式时的定时初值工作方式时的定时初值C C。解：解：foscfosc=12MHz,T=1=12MHz,T=1 s s X=100 X=100 s s/1/1 s s=(100)=(100)D D=64H=64H方式方式0 0(13(13位方式位方式)：C=(64H)C=(64H)求补求补=0 0000 0110 0100 B+1=0 0000 0110 0100 B+1 =1F9CH =1F9CH方式方式1 1(16(16位方式位方式)：C=(64H)C=(64H)求补求补=0000 0000 0110 0100 B+1=0000 0000 0110 0100 B+1 =FF9CH =FF9CH方式方式2 2、3 3(8(8位方式位方式)：C=(64H)C=(64H)求补求补=0110 0100 B+1=0110 0100 B+1 =9CH =9CH注意：注意：工作方式工作方式0 0的初值装入方法：的初值装入方法：1F9CH=0001F9CH=000 11111100 11111100 1110011100 B B 可见，可见，TH0=FCHTH0=FCH，TL0=1CHTL0=1CHTL0TL0的低的低5 5位位TH0TH0的的8 8位位MOVMOVTH0TH0，#0FCH#0FCHMOVMOVTL0TL0，#1CH#1CH例题例题7.2.5定时定时/计数器应用计数器应用【例例7.4】假假设设晶晶振振频频率率为为12MHz，试试利利用用定定时时/计计数数器器T0的的方式方式2，在，在P1.7引脚输出周期为引脚输出周期为200s的方波。的方波。分析：定时器工作方式分析：定时器工作方式2的最长定时时间为的最长定时时间为256s，而方波而方波周期为周期为200s，即方波高、低电平时间各为即方波高、低电平时间各为100s，可令可令T0工作工作于方式于方式2，定时时间设为，定时时间设为100s，定时时间到对定时时间到对P1.7引脚锁存器引脚锁存器取反，即获得周期为取反，即获得周期为200s的方波。的方波。定时器定时器T0初值初值M为：为：主程序主程序中断服务程序中断服务程序参考程序如下：ORG0000HLJMPMAIN;跳到主程序入口ORG000BHLJMPCTC0;定时器T0中断入口地址ORG100HMAIN:MOVSP,#4FH;初始化堆栈指针SPMOVA,TMOD;为了不影响定时/计数器T1的工作状态，先读出TMODANLA,#0F0H;与F0H相与，使高4位不变，低4位清零ORLA,#00000010B;由TR0控制计数器开和关，GATE位为0;定时状态，M1M0为10,即方式2MOVTMOD,A;将工作方式控制字写入TMODMOVTL0,#9CH;送初值MOVTH0,#9CH;送重装初值SETBET0;允许定时器T0中断SETBEA;开中断SETBTR0;启动定时器T0HERE:SJMPHERE;循环等待，相当于虚拟主程序;定时器T0的中断服务程序CTC0:CPLP1.7RETI【例7.5】假设晶振频率为12MHz，试编写一程序，在P1.7引脚输出周期为2s的方波。分析：本例表面上与上例区别不大，只是方波周期长了，但我们知道当系统晶振频率为12MHz时，即使定时/计数器工作在方式1，最长定时时间也不过65.536ms，而目前需要在P1.7引脚上输出周期为2s(高低电平时间为1s)的方波，属于超长定时问题，除了使用定时器功能外，还要使用软件计数方法。要获得1s(即1000ms)的定时时间，可使用定时器T0方式1，定时时间可设为50ms，软件计数器初值为20。定时器T0溢出时，软件计数器减1，当软件计数器减到0时，就获得了1s的时间。具体程序如下：参考程序如下：TIMECONDATA28H;把28H单元作为软件计数器ORG0000HLJMPMAIN;跳到主程序入口ORG000BHLJMPCTC0;定时器T0中断入口地址ORG1000HMAIN:MOVSP,#4FH;初始化堆栈指针SPMOVA,TMOD;为了不影响定时/计数器T1的工作状态，先读出TMODANLA,#0F0H;与F0H相与，使高4位不变，低4位清零ORLA,#00000001B;由TR0控制计数器开和关，GATE位为0;定时状态，即位为0，M1M0为01,即方式1MOVTMOD,A;将工作方式控制字写入TMODMOVTL0,#0B0H;送初值MOVTH0,#3CH;定时时间为50ms(即50000s)，初值为3CB0HSETBET0;允许定时器T0中断SETBEA;开中断SETBTR0;启动定时器T0MOVTIMECON,#14H;软件计数器初值为14H(即20)HERE:SJMPHERE;循环等待，相当于虚拟主程序;定时器T0的中断服务程序CTC0:MOVTL0,#0B0H;重装定时器初值MOVTH0,#3CH;为了减少定时误差，进入中断服务后，先重装定时器初值DJNZTIMECON,NEXT;软件计数器减1，不等于0，就返回MOVTIMECON,#14H;重装软件计数器初值CPLP1.7;对P1.7取反NEXT:RETI【例7.6】利用定时/计数器T1门控信号GATE功能，测量引脚上脉冲信号的宽度(单位为机器周期)。从定时/计数器T1结构可以看出：当GATE位为1时，计数脉冲开关状态由TR1和(即P3.3)引脚控制。因此，可令定时/计数器T1工作在方式1，并处于定时状态(即用频率稳定的时钟信号度量引脚上正脉冲宽度)，参考程序如下：ORG0000HLJMPMAIN;跳到主程序入口ORG1000HMAIN:MOVSP,#4FH;初始化堆栈指针SP;初始化定时器T1(工作在方式1)MOVA,TMOD;为了不影响定时/计数器T0的工作状态，先读出TMODANLA,#0FH;与0FH相与，使高4位清零，低4位保持不变ORLA,#10010000B;由和TR1共同控制计数器开和关，GATE位为1;定时状态，即位为0，M1M0为01,即方式1MOVTMOD,A;将工作方式控制字写入TMODMOVTL1,#00H;计数器初值为0MOVTH1,#00HWAITL:JBP3.3,WAITL;等P3.3引脚为低电平SETBTR1;当P3.3引脚为低电平，即可启动计数器WAITH:JNBP3.3,WAITH;等待P3.3引脚变高电平WAITHL:JBP3.3,WAITHL;等待P3.3引脚正脉冲的下降沿CLRTR1;关闭计数器T1第8章 单片机接口技术8.1 程序存储器和数据存储器接口8.2 键盘及其接口8.3 显示器接口8.4 打印机接口8.5 A/D转换接口8.6 D/A转换接口主要内容8.1.1存储器接口技术概述存储器接口技术概述回顾第回顾第4章，章，MCS-51单片机的存储器单片机的存储器数据存储器数据存储器128B64KB程序存储器程序存储器4KB64KB8.1.2单片机的三总线结构单片机的三总线结构为了使单片机能方便地与各种外围扩展芯片连接为了使单片机能方便地与各种外围扩展芯片连接,通常将单片通常将单片机的外部连线变为一般的机的外部连线变为一般的3总线结构形式总线结构形式：地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线MCS-51系列单片机系列单片机,其其3总线由下列通道口的引线组成总线由下列通道口的引线组成:地址总线地址总线:由由P2口提供高口提供高8位地址线位地址线,此口具有输出锁存此口具有输出锁存 的功能。的功能。由由P0口提供低口提供低8位位地址线。地址线。数据总线数据总线:由由P0口提供（口提供（P0口分时复用地址口分时复用地址/数据总线）数据总线）控制总线控制总线:扩展系统时常用的控制信号为扩展系统时常用的控制信号为ALE地址锁存信号地址锁存信号,用以实现对低用以实现对低8位地址的锁存位地址的锁存片外程序存储器选通信片外程序存储器选通信号号片外存储器读信片外存储器读信号号片外存储器写信号片外存储器写信号图图8-1单片机的单片机的3总线结构形式总线结构形式系统扩展的基本方法系统扩展的基本方法:扩展连接的方法实际上是扩展连接的方法实际上是三总线对接三总线对接。地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线地址总线地址总线数据总线数据总线控制总线控制总线对接对接对接对接对接对接单片机外围设备1、8D锁存器锁存器74LS37374LS373是是一一种种带带输输出出三三态态门门的的8D锁锁存存器器，其其结结构构示示意图如图意图如图8-2所示。所示。其中：其中：1D8D为为8个输入端。个输入端。1Q8Q为为8个输出端。个输出端。G为为数数据据打打入入端端：当当G为为“1”时时，锁锁存存器器输输出出状状态态(1Q8Q)同同输输入入状状态态(1D8D)；当当G由由“1”变变“0”时，时，数据打入锁存器中。数据打入锁存器中。常用扩展器件简介常用扩展器件简介图图8-274LS373的结构示意图的结构示意图图图8-374LS373用作地址锁存器用作地址锁存器P0口地址信息由口地址信息由ALE控制锁存，即在控制锁存，即在ALE由高变低由高变低时，时，74LS373锁存锁存P0口地址，直到下一次口地址，直到下一次ALE变高时才发生变化。变高时才发生变化。ALE为低电平期间，为低电平期间，P0口用作数据总线。口用作数据总线。2、总线驱动器、总线驱动器74LS244,74LS245在在单单片片机机应应用用系系统统中中,扩扩展展的的三三总总线线上上挂挂接接很很多多负负载载,如如存存储储器器、并并行行接接口口、A/D接接口口、显显示示接接口口等等,但但总总线线接接口口的的负负载能力有限载能力有限,因此常常需要通过连接总线驱动器进行总线驱动。因此常常需要通过连接总线驱动器进行总线驱动。总总线线驱驱动动器器对对于于单单片片机机的的I/O口口只只相相当当于于增增加加了了一一个个TTL负负载载,因因此此驱驱动动器器除除了了对对后后级级电电路路驱驱动动外外,还还能能对对负负载载的的波波动动变化起变化起隔离隔离作用。作用。系系统统总总线线中中地地址址总总线线和和控控制制总总线线是是单单向向的的,因因此此驱驱动动器器可可以以选选用用单单向向的的,如如7474LS244LS244。74LS24474LS244还还带带有有三三态态控控制制,能能实实现现总总线线缓缓冲冲和和隔隔离离。其其内内部部有有8 8个个三三态态驱驱动动器器，分分成成两两组，分别由控制端组，分别由控制端 和和 控制。控制。系系统统中中的的数数据据总总线线是是双双向向的的,其其驱驱动动器器也也要要选选用用双双向向的的,如如74LS245。74LS245有有16个个三三态态驱驱动动器器，每每个个方方向向8个个。在在控控制制端端有有效效时时(为为低低电电平平)，由由DIR端端控控制制驱驱动动方方向向DIR=1时输出时输出(AnBn),DIR=0时输入时输入(AnBn)。74LS244和和74LS245的引脚图如图的引脚图如图8-4所示。所示。图图8-4总线驱动器芯片管脚图总线驱动器芯片管脚图3、38译码器译码器74LS13838译译码码器器74LS138为为一一种种常常用用的的地地址址译译码码器器芯芯片片，其其管管脚脚图图如如图图8-5所所示示。其其中中G1、，,为为控控制制端端，只只有有当当G1为为“”且且,均均为为“0”时时，译译码码器器才才能能进进行行译译码码输输出出。否否则则译译码码器器的的8个个输输出出端端全全为为高高阻阻状状态态。译译码码输输入入端端与与输输出出端端之之间间的的译码关系如表所示。译码关系如表所示。具具体体使使用用时时，G1、与与既既可可直直接接接接至至+5V端端和和地地，也也可可参参与与地地址址译译码码。但但其其译译码码关关系系必必须须为为100。需要时也可通过反相器使输入信号符合要需要时也可通过反相器使输入信号符合要求。