第5章80C51的中断系统及定时计数器课件

单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,单击此处编辑母版标题样式,2024/8/28,1,第,5,章,80C51,的中断系统与定时器,/,计数器,80C51,的,中断系统,5.1,80C51,单片机的,定时器,/,计数器,5.2,5.3,2023/9/41第5章 80C51的中断系统与定时器/计数,2024/8/28,2,5.1,80C51,的中断系统,5.1.1,中断及中断嵌套的概念,中断的概念,当,CPU,正在处理某项事务,的时候，如果外界或内部发生,了紧急事件，要求,CPU,暂停正,在处理的工作转而去处理这个,紧急事件，待处理完后再回到,原来被中断的地方，继续执行,原来被中断了的程序，这样的,过程称为,中断,。,2023/9/425.1 80C51的中断系统5.1.1,2024/8/28,3,与中断有关的几个术语：,1,、,中断源,：引起,CPU,中断的因源。,2,、,中断请求,（中断申请）,：中断源向,CPU,提出的处理要求。,3,、,中断响应过程,：,CPU,暂时中断原来的工作,A,，转去处理事件,B,的过程。,4,、,中断服务,（中断处理）,：,对事件,B,的整个处理过程。,5,、,中断返回,： 事件处理完毕后，再回到原来被中断的地方（断点），继续执行程序。,6,、,中断系统,：实现中断功能的部件。,一个完整的中断过程应包括：,中断请求,、,中断判优,、,中,断响应,、,中断服务,和,中断返回,。,2023/9/43与中断有关的几个术语：1、中断源：引起CP,2024/8/28,4,对于多重中断，若新来的中断优先级别更高，则,CPU,应该中断现行的中断服务程序，响应优先级别高的中断，在高级中断处理完后，再返回原先的中断服务程序，这个过程就是,中断嵌套,。,中断嵌套的概念,2023/9/44 对于多重中断，若新来的中断优先级别,2024/8/28,5,80C51,中断系统的结构,5,个中断源、,2,个优先级,5.1.2,中断请求源和中断控制,2023/9/45 80C51中断系统的结构5个中断源、2个,2024/8/28,6,中断请求源及中断请求标志,5.1.2,中断请求源和中断控制,外部中断,0,（,INT0,）,外部中断,1,（,INT1,）,T0,溢出中断（,TF0,）,T1,溢出中断（,TF1,）,串行口中断（,RI,或,TI,）,2023/9/46 中断请求源及中断请求标志5.1.2 中断,2024/8/28,7,TCON,寄存器：,5.1.2,中断请求源和中断控制,中断控制,TCON,寄存器,2023/9/47TCON寄存器：5.1.2 中断请求源和中,2024/8/28,8,触发方式设置及中断标志,7,6,5,4,3,2,1,0,TCON,TF1,TR1,TF0,TR0,IE1,IT1,IE0,IT0,字节地址：,88H,电平方式（,ITx=0,），,INTx,引脚,低电平,时,IEx=1,，,响应中断后,IEx,不自动清,0,（,INTx,引脚状态）。,边沿方式（,ITx=1,），,INTx,引脚,负跳变,时,IEx=1,，,响应中断后,IEx,自动清,0,。,外部中断标志,IE1,、,IE0,（用,IEx,表示）,2023/9/48 触发方式设置及中断标志 76543210,2024/8/28,9,两种触发方式比较：,电平方式,时，,INTx,低电平必须保持到响应时，否则就会漏掉；在中断服务结束前，,INTx,低电平必须撤除，否则中断返回之后将再次产生中断。,边沿方式,时，采样到有效下降沿后，在,IEx,中将锁存一个,1,。若,CPU,暂时不能响应，申请标志也不会丢失，直到响应时才清,0,。,2023/9/49两种触发方式比较： 电平方式时， INTx,2024/8/28,10,溢出中断标志,TF1,、,TF0,（用,TFx,表示）,溢出中断请求标志,TFx,，,Tx,启动后就开始由初值进行加,1,计数，直至最高位产生溢出使,TFx=1,向,CPU,请求中断。,CPU,响应中断后,TFx,自动清,0,。,2023/9/410 溢出中断标志TF1、TF0（用TFx表,2024/8/28,11,中断控制,SCON,寄存器,7,6,5,4,3,2,1,0,SCON,TI,RI,字节地址：,98H,RI,：串口,接收,中断标志，响应中断时,不能自动清除,TI,：串口,发送,中断标志，响应中断时,不能自动清除,2023/9/411 中断控制SCON寄存器7654321,2024/8/28,12,补充知识,-,中断请求的撤除,1,、定时器中断请求的撤除：,对于定时器,0,或定时器,1,溢出中断，,CPU,在响应中断后由硬件自动清除中断标志位,TF0,或,TF1,，无须采取其他措施。,2,、串行口中断的撤除：,对于串行口中断，在,CPU,响应中断后，硬件不能清除中断请求标志,TI,或,RI,，必须在中断服务程序中由软件来清除相应的标志。,3,、外部中断的撤除：,外部中断分为边沿触发和电平触发两种方式。,（,1,）对于边沿触发的外部中断,0,或外部中断,1,，,CPU,在响应中断后由硬件自动清除中断标志位,IE0,或,IE1,，无须采取其他措施。,（,2,）对于电平触发的外部中断,0,或外部中断,1,，其中断请求撤除方法较复杂。,2023/9/412补充知识-中断请求的撤除1、定时器中,2024/8/28,13,中断源的开放和屏蔽由,IE,控制（,1,，开放；,0,，禁止,）,7,6,5,4,3,2,1,0,IE,EA,ES,ET1,EX1,ET0,EX0,字节地址：,A8H,EX0:,外中断,0,允许,ET0:T0,中断允许,EX1:,外中断,1,允许,ET1:T1,中断允许,ES :,串口中断允许,EA,:,CPU,中断允许,中断控制,IE,寄存器,2023/9/413中断源的开放和屏蔽由IE控制（1，开放；,2024/8/28,14,IE,寄存器,2023/9/414IE寄存器,2024/8/28,15,中断控制,IP,寄存器,中断优先级由,IP,控制（,1,，高级；,0,，低级,）,7,6,5,4,3,2,1,0,IP,PS,PT1,PX1,PT0,PX0,字节地址：,B8H,PX0:,外中断,0,优先级,PT0:T0,中断,优先级,PX1:,外,中断,1,优先级,PT1:T1,中断,优先级,PS :,串口中断,优先级,同一优先级的自然顺序：,自高至低：,INT0,、,TO,、,INT1,、,T1,、串口。,2023/9/415 中断控制IP寄存器中断优先级由IP控,2024/8/28,16,IP,寄存器,2023/9/416IP寄存器,2024/8/28,17,中断优先级控制,几个中断同时申请，先响应高级的中断,正进行的中断服务，同级或低级中断不能对其中断，但可以被高级中断所中断。,为此，中断系统内设有对应高、低,2,个,优先级状态触发器,（用户不能寻址）。,状态触发器的复位由中断返回指令,RETI,控制。,2023/9/417 中断优先级控制几个中断同时申请，先响应,2024/8/28,18,1,、低优先级中断源可被高优先级中断源所中断,（中断嵌套），反之不能（即高优先级中断源不能被低,优先级中断源中断）。,2,、一种中断源（不管是什么优先级），一旦得到,响应，与它同级的中断源不能再中断它。,3,、当,CPU,同时,收到几个,同一优先级,的中断请求时，,按,自然优先级,的顺序响应中断。,2023/9/4181、低优先级中断源可被高优先级中断源,2024/8/28,19,表,5-1,自然优先级排列表,中断源,同级内的中断优先级,外部中断,0,最高,定时器,/,计数器,0,溢出中断,外部中断,1,定时器,/,计数器,1,溢出中断,串行口中断,最低,2023/9/419表5-1 自然优先级排列表中断源同级内的,2024/8/28,20,5.1.3,中断处理过程,中断响应条件,有中断请求,相应的中断允许位为,1,CPU,开中断（即,EA=1,）,遇下面情况之一将不被响应（,此间中断条件失效，中断丢失,）,正在处理同级或高级中断,（没有高优先级或同级优先级的中断服务在执行）,当前查询周期不是所执行指令的最后一个机器周期,（正在执行的指令已结束）,正在执行,RETI,或,访问,IE,或,IP,的指令,（如果执行的指令是,RETI,，或访问,IE,、,IP,，必须再执行一条其他的指令才去中断响应）,1,、中断响应,2023/9/4205.1.3 中断处理过程 中断响应条件,2024/8/28,21,中断响应时间,中断响应至少需要,3,个完整的机器周期,（,3,8,个）！,受阻时要附加,3,5,个机器周期（,无同级或高级中断正进行,）,查询周期不是当前指令的最后机器周期,(,如,MUL,，,+3,),查询周期恰逢,RETI,类指令,(,且后跟,MUL,指令,+5,),2023/9/421 中断响应时间中断响应至少需要3个完整的,2024/8/28,22,CPU,响应中断过程,将相应优先级状态触发器置,1,（,阻断后来同级或低级中断,）,执行硬件,LCALL,指令（,PC,入栈，中断服务程序入口址送,PC,）,执行中断服务程序,编写中断服务程序注意,中断服务程序入口存放指令,LJMP,或,AJMP,现场保护与现场恢复,2023/9/422 CPU响应中断过程将相应优先级状态触发,2024/8/28,23,中断服务程序入口地址表,2023/9/423 中断服务程序入口地址表,2024/8/28,24,开中断,中断否？,保护现场,设备服务,恢复现场,开中断,中断返回,中断服务程序,中断响应,程序断点进栈,向量地址,PC,是,单重中断,中断返回,保护现场,设备服务,恢复现场,开中断,中断否？,中断响应,程序断点进栈,向量地址,PC,是,中断服务程序,多重中断,2,、中断处理,2023/9/424开中断中断否？保护现场设备服务恢复现场,2024/8/28,25,3,、中断返回,中断服务程序最后指令必须是,RETI,，其功能：,将断点从堆栈弹出送,PC,，,CPU,从原断点继续执行程序,将相应优先级状态触发器清,0,，恢复原来工作状态,注意,不能用,RET,代替,RET,I,中断服务程序中,PUSH,和,POP,必须成对使用,2023/9/4253、中断返回 中断服务程序最后指令必须是,2024/8/28,26,小 结,2023/9/426小 结,2024/8/28,27,5.1.4,应用举例,【,例,5-1】,设有,5,个外部中断源，中断优先级由高到低排队顺序为,XI0,、,XI1,、,XI2,、,XI3,、,XI4,。试设计它们与,80C51,单片机的接口。,2023/9/4275.1.4 应用举例【例5-1】设有5,2024/8/28,28,中断服务程序,:,ORG 0003H,LJMP INSE0,ORG 0013H,LJMP INSE1,INSE0:PUSH PSW ;XI0,中断服务,PUSH ACC,POP ACC,POP PSW,RETI,(,转下页,),2023/9/428中断服务程序: ORG,2024/8/28,29,INSE1:PUSH PSW,(,接上页,),PUSH ACC,JB P1.0,DV1,；,P1.0,为,1,，转,XI1,中断服务程序,JB P1.1,DV2,；,P1.1,为,1,，转,XI2,中断服务程序,JB P1.2,DV3,；,P1.2,为,1,，转,XI3,中断服务程序,JB P1.3,DV4,；,P1.3,为,1,，转,XI4,中断服务程序,INRET:POP ACC,POP PSW,RETI,DV1:,；,XI1,中断服务程序,AJMP INRET,DV4:,；,XI4,中断服务程序,AJMP INRET,2023/9/429INSE1:PUSH PSW,2024/8/28,30,5.2,80C51,单片机的定时器,/,计数器,结构,基本型：,T0,，定时、计数。,T1,，定时、计数、串口波特率发生器。,5.2.1,定时器,/,计数器的结构与工作原理,TH1,、,TL1,TH0,、,TL0,TCON,TMOD,2023/9/4305.2 80C51单片机的定时器/计数,2024/8/28,31,由两个特殊功能寄存器,TCON,、,TMOD,以及,T0,、,T1,组成。,1,、,T0,：分为两个独立的,8,位计数器（加,1,计数器），,分别是：低,8,位计数器,TL0,和高,8,位计数器,TH0,。,2,、,T1,：分为两个独立的,8,位计数器（加,1,计数器），,分别是：低,8,位计数器,TL1,和高,8,位计数器,TH1,。,3,、,TMOD,：定时器的模式（方式）控制寄存器。,4,、,TCON,：定时器的控制寄存器。,2023/9/431 由两个特殊功能寄存器TCON、,2024/8/28,32,方式寄存器,TMOD,7,6,5,4,3,2,1,0,TMOD,GATE,C/T,M1,M0,GATE,C/T,M1,M0,字节地址：,89H,GATE,：门控位。,GATE,0,时，只要,TRx,为,1,，就可启动计数器工作；,GATA,1,时，定时器的启动还要加上,INTx,引脚为高电平这一条件。,C/T,：模式选择位。 清,0,为定时模式，置,1,为计数方式。,M1M0,：工作方式设置位。可设置四种工作方式,(,见下页,）。,2023/9/432方式寄存器TMOD 76543210TM,2024/8/28,33,M1M0,工作方式,说 明,00,方式,0,13,位定时,/,计数器,01,方式,1,16,位定时,/,计数器,10,方式,2,8,位自动重装定时,/,计数器,11,方式,3,T0,分成两个独立的,8,位定时,/,计数器；,T1,此方式停止计数,注意：,TMOD,不能进行位寻址,2023/9/433M1M0工作方式说,2024/8/28,34,2023/9/434,2024/8/28,35,控制寄存器,TCON,7,6,5,4,3,2,1,0,TCON,TF1,TR1,TF0,TR0,字节地址：,88H,TFx,：,Tx,溢出标志位。,响应中断后,TFx,有硬件自动清,0,。用软件设置,TFx,可产生同硬件置,1,或清,0,同样的效果。,TRx,：,Tx,运行控制位。,置,1,时开始工作；清,0,时停止工作。,TRx,要由软件置,1,或清,0,（,即启动与停止要由软件控制,）。,2023/9/435控制寄存器TCON 76543210TC,2024/8/28,36,工作原理,实质是,加,1,计数器,定时器模式,时，是对内部,机器周期,计数。计数值乘以机器周期就是定时时间（每一个机器周期使计数器的值加,1,）,计数器模式,时，是对,外部事件,计数。脉冲由,T0,（,P3.4,）或,T1,(,P3.5,),引脚输入。,2023/9/436工作原理实质是加1计数器定时器模式时，是,2024/8/28,37,5.2.2,定时器,/,计数器的工作方式,T0,有方式,0,、,1,、,2,、,3,；,T1,有方式,0,、,1,、,2,。以,T0,为例说明。,方式,0,：,13,位方式,2023/9/4375.2.2 定时器/计数器的工作方式T,2024/8/28,38,方式,1,：,16,位方式,X=2,16,-N=65536-N,计数范围：,1,65536,计数初值要,分成,2,个字节,分别送入,TH0,、,TL0,2023/9/438方式1：16位方式 X=216-N=6,2024/8/28,39,方式,2,：,8,位自动重装方式,X=2,8,-N=256-N,计数范围：,1,256,特别适合与脉冲信号发生器,2023/9/439方式2：8位自动重装方式 X=28-N,2024/8/28,40,方式,3,：,（仅,T0,有此方式，,T1,的方式,3,将停止计数）,TL0,进行,8,位定时,/,计数,TH0,进行,8,位定时（,T1,方式,2,时，可出借,TR1,、,TF1,）,2023/9/440方式3：（仅T0有此方式，T1的方式3将,2024/8/28,41,5.2.3,定时器,/,计数器的初始化,初始化步骤：,对,TMOD,赋值，以确定,T0,和,T1,的工作方式；,求初值,并写入,TH0,、,TL0,或,TH1,、,TL1,；,中断方式时，要对,IE,赋值，开放中断；,使,TR0,或,TR1,置位，启动定时,/,计数器工作。,2023/9/4415.2.3 定时器/计数器的初始化 初,2024/8/28,42,1,、定时工作方式时：,X=M-,计数值,=,2,、计数工作方式时：,X=M-,计数值,式中：,X,：计数初值；,t,：要求定时的时间，单位是 ；,fosc,：振荡器的振荡频率，单位是,Mhz,。,计数器初值的计算,M,：最大计数值,模式,0,下：,M=2,13,=8192,模式,1,下：,M=2,16,=65536,模式,2,下：,M=2,8,=256,模式,3,下：,M=2,8,=256,2023/9/442 1、定时工作方式时： 计数器初,2024/8/28,43,【,例,5-2】,已知单片机时钟频率,=6MHZ,，当定时器,T0,分别工作于方式,0,和方式,1,，定时时间为,1ms,时，计算送入,TH0,和,TL0,的计数初值各为多少？,2023/9/443【例5-2】已知单片机时钟频率 =6MH,2024/8/28,44,【,例,5-3】,若单片机时钟频率 ，请计算定时,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,。,若采用方式,0,，则根据公式可求得定时器初值为：,TC=213-2ms/1us=6192=1830H,即：,TH0,应装入,C1H,；,TL0,应装入,10H,（高三位为,0,）,若采用方式,1,，则有：,TC=216-2ms/1us=63536=F830H,即：,TH0,应装入,F8H,；,TL0,应装入,30H,2023/9/444 【例5-3】若单片机时钟频率,2024/8/28,45,定时时间较小时（小于,65ms,）,求计数初值,X:,Tcy,为,1,S,N=10ms/1,S=10,000,X=65536-10000=D8F0H,应将,D8,送,TH0, F0H,送,TL0,5.2.4,应用举例,【,例,5-4】,设系统的晶振频率为,12MHZ,，利用定时,/,计数器,T0,的方式,1,，编制程序使,P1.0,引脚上输出周期为,20ms,的方波。,确定方式字：,T0,在定时的方式,1,时：,M1M0=01,，,GATE=0,，,C/T=0,方式控制字为,01,H,2023/9/445 定时时间较小时（小于65ms）求计数初,2024/8/28,46,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG 000BH,LJMP DVT0,ORG 0100H,MAIN:MOV TMOD,#01H ;,置,T0,方式,1,MOV TH0,#0D8H;,装入计数初值,MOV TL0,#0F0H,SETB ET0 ;T0,开中断,SETB EA ;CPU,开中断,SETB TR0 ;,启动,T0,SJMP $ ;,等待中断,DVT0:CPL P1.0,MOV TH0,#0D8H,MOV TL0,#0F0H,RETI,END,主程序,中断服务程序,2023/9/446 ORG 0000HDVT0,2024/8/28,47,采用软件查询方式完成的源程序如下：,ORG 0000H,LJMP MAIN ;,跳转到主程序,ORG 0100H ;,主程序,MAIN:MOV TMOD,#01H ;,置,T0,工作于方式,1,LOOP:MOV TH0,#0D8H ;,装入计数初值,MOV TL0,#0F0H,SETB TR0 ;,启动定时器,T0,JNB TF0,$ ;TF0=0,，查询等待,CLR TF0 ;,清,TF0,CPL P1.0 ;P1.0,取反输出,SJMP LOOP,END,2023/9/447采用软件查询方式完成的源程序如下：,2024/8/28,48,定时时间较大时（大于,65ms,）,。实现方法：一是采用,1,个定时器定时一定的间隔（如,20ms,），然后用软件进行计数；二是采用,2,个定时器级联，其中一个定时器用来产生周期信号（如,20ms,为周期），然后将该信号送入另一个计数器的外部脉冲输入端进行脉冲计数。,【,例,5-5】,编写程序，实现用定时,/,计数器,T0,定时，使,P1.7,引脚输出周期为,2s,的方波。设系统的晶振频率为,12MHz,。,确定方式字：,T0,在定时的方式,1,时：,M1M0=01,，,GATE=0,，,C/T=0,方式控制字为,01,H,求计数初值,X:,Tcy,为,1,S,N=20ms/1,S=20,000,X=65536-20000=4E20H,应将,4E,送,TH0, 20H,送,TL0,采用定时,20ms,，然后再计数,50,次的方法实现,2023/9/448 定时时间较大时（大于65ms）。实现方,2024/8/28,49,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG 000BH,LJMP DVT0,ORG 0030H,MAIN:MOV TMOD,#01H;,置,T0,方式,1,MOV TH0,#4EH ;,装入计数初值,MOV TL0,#20H ;,首次计数值,MOV R7,#50,;,计数,50,次,SETB ET0 ;T0,开中断,SETB EA ;CPU,开中断,SETB TR0 ;,启动,T0,SJMP $ ;,等待中断,DVT0:DJNZ R7,NT0,MOV R7,#50,CPL P1.7,NT0:MOV TH0,#4EH,MOV TL0,#20H,SETB TR0,RETI,END,主程序,中断服务程序,2023/9/449 ORG 0000HDVT0,2024/8/28,50,【,例,5-6】,定时器,/,计数器用于外部中断扩展。,用,T0,扩展一个外部中断源。将,T0,设置为计数器方式，按方式,2,工作，,TH0,、,TL0,的初值均为,0FFH,，,T0,允许中断，,CPU,开放中断。其初始化程序如下：,MOV TMOD,#06H ;,置,T0,为计数器方式,2,MOV TL0,#0FFH ;,置计数初值,MOV TH0,#0FFH,SETB TR0 ;,启动,T0,工作,SETB EA ;CPU,开中断,SETB ET0 ;,允许,T0,中断,T0,外部引脚上出现一个下降沿信号时，,TL0,计数加,1,，产生溢出，将,TF0,置,1,，向,CPU,发出中断请求,2023/9/450【例5-6】定时器/计数器用于外部中断扩,Thank You !,Thank You !,