单片机定时与中断讲解

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本章内容,定时,/,C,语言的函数,中断系统,第4章 定时与中断系统,1,定时/计数器,8051单片机内部有两个16位的可编程定时/计数器，称为T0（T0）和T1（T1）,2,定时/计数器,8051定时器/计数器逻辑结构,3,定时/计数器,设置定时/计数器工作方式,通过对方式寄存器,TMOD,的设置，确定相应的定时,/,计数器是定时功能还是计数功能，工作方式以及启动方法。,定时,/,计数器工作方式有四种：方式,0,、方式,1,、方式,2,和方式,3,。,定时,/,计数器启动方式有两种：软件启动和硬软件共同启动。除了从控制寄存器,TCON,发出的软件启动信号外，还有外部启动信号引脚，这两个引脚也是单片机的外部中断输入引脚。,4,定时/计数器,设置计数初值,T0,、,T1,是,16,位加法计数器，分别由两个,8,位专用寄存器组成，,T0,由,TH0,和,TL0,组成，,T1,由,TH1,和,TL1,组成。,TL0,、,TL1,、,TH0,、,TH1,的访问地址依次为,8AH,8DH,，每个寄存器均可被单独访问，因此可以被设置为,8,位、,13,位或,16,位计数器使用。,在计数器允许的计数范围内，计数器可以从任何值开始计数，对于加,1,计数器，当计到最大值时（对于,8,位计数器，当计数值从,255,再加,1,时，计数值变为,0,），产生溢出。,定时,/,计数器允许用户编程设定开始计数的数值，称为赋初值。初值不同，则计数器产生溢出时，计数个数也不同。例如：对于,8,位计数器，当初值设为,100,时，再加,1,计数,156,个，计数器就产生溢出；当初值设为,200,时，再加,1,计数,56,个，计数器产生溢出。,5,定时/计数器,启动定时/计数器,根据设置的定时/计数器启动方式，启动定时/计数器。如果采用软件启动，则需要把控制寄存器中的TR0或TR1置1；如果采用硬软共同启动方式，不仅需要把控制寄存器中的TR0或TR1置1，还需要相应外部启动信号为高电平。,6,定时器的方式寄存器TMOD,作用：,TMOD用来确定两个定时器的工作方式。低半字节设置定时器T0，高半字节设置定时器T1。,字节地址：,89H，不可以位寻址。,格式：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0,定时器1 定时器0,各位的含义：,C/T：,功能选择位。0为定时器方式；1为计数器方式。,M1，M0：,方式选择位。可以选择为四种工作方式0、1、2、3之1。,四种工作方式的区别后面讲解。,7,GATE：,门控位。,0：只要软件控制位TR0或TR1置1即可启动定时器开始工作；,1：,只有INT0或INT1引脚为高电平，且TR0或TR1置1时,，才能启动相应的定时器开始工作。,返回,TF0,TH0,TL0,12,分频,OSC,中断,高8位,低5位,控制,+,T0(P3.4),TR0,GATE,INT0,(P3.2),C/T=0,C/T=1,8,例如：设定时器T0为定时工作方式，要求用软件启动,定时器T0工作，按方式1工作；定时器T1为计数,工作方式，要求软件启动，工作方式为方式2。,则根据TMOD各位的定义可知，其控制字为：,即控制字为61H，其指令形式为：,MOV TMOD，#61H,格式：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0,0 1 1 0 0 0 0 1,9,定时器的控制寄存器TCON,作用：,TMOD用来控制两个定时器的启动、停止，表明定时器的溢出、中断情况。,字节地址：,88H，可以位寻址。系统复位时，所有位均清零。,格式：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0,各位的含义：,TC,ON中的低4位与中断有关，在中断章节中讨论。,TF1 (8FH)：,定时器1溢出标志。计满后自动置1。,TR1 (8EH)：,定时器1运行控制位。由软件清零关闭定时器1。,当GATE=0时，TR1 软件置1即启动定时器1 。（SETB TR1）,当GATE=1时，且INT1为高电平时，TR1置1启动定时器1 ；,10,定时器的四种工作方式,方式的选择：根据M1，M0来选择。,00：方式0 01：方式1 10： 方式2 11： 方式3,主要特点：,方式0：13位定时器。 TH0的8位+TL0的低5位,方式1：16位定时器。 TH0的8位+TL0的8位,方式2：能重复置初始值的8位定时器 。 TL0和TH0必须赋相同的值。,方式3：只适用于定时器0，T0被拆成两个独立的8位定时器TL0,TH0。,其中：,TL0与方式0、1相同，可定时或计数,。用定时器T0的,GATE、C/T、TR0、TF0、T0、和INT0控制。,TH0只可用作简单的内部定时功能。,占用T1的控制位TF1、TR1和INT1，启动关闭仅受TR1控制。,11,定时器的方式0、1示意图,返回,TF0,TH0,TL0,12,分频,OSC,中断,高8位,8位或低5位,控制,+,T0(P3.4),TR0,GATE,INT0,(P3.2),C/T=0,C/T=1,12,定时器的方式2示意图,TH0,8位,8位,TL0,12,分频,OSC,控制,+,T0(P3.4),TR0,GATE,INT0,(P3.2),C/T=0,C/T=1,1,中断,TF0,0,溢出,13,定时器的初始值的计算,对于不同的工作方式，计数器位数不同，故最大计数值M也不同：,方式0：M=2,13,=8192,方式1：M=2,16,=65536,方式2：M=2,8,=256,方式3：定时器0分为2个8位计数器，每个M均为256。,因为定时/计数器是作加1计数，并在计满溢出时产生中断，因此初值X的计算如下：,X = M 计数值,计算出来的结果X转换为16进制数后分别写入TL0（TL1）、TH0（TH1）。,注意！方式0时初始值写入时，对于TL不用的高3位应填入0！,14,用T1、工作方式0实现1秒延时函数，晶振频率为12MHz。,方式0采用13位计数器，其最大定时时间为：81921,s = 8.192ms，因此，定时时间不可能象任务7中一样选择50ms，可选择定时时间为5ms，再循环200次。,定时时间为5ms，则计数值为5ms/1,s =5000，T1的初值为：,X = M,计数值= 8192,5000 = 3192 = C78H = 00B,13位计数器中TL1的高3位未用，填写0，TH1占高8位，所以，X的实际填写值应为：,X = 01100011,000,11000B = 6318H,举 例1,15,用T1方式0实现任务7中1秒延时函数如下：,void delay1s(),unsigned char i;,TMOD=0x00; / 置T1为工作方式0,for(i=0;i0xc8;i+) / 设置200次循环次数,TH1=0x63;/ 设置定时器初值,TL1=0x18;,TR1=1; / 启动T1,while(!TF1); / 查询计数是否溢出，即定时5ms时间到，TF1=1,TF1=0; / 5ms定时时间到，将定时器溢出标志位TF1清零,举 例1,16,用T1、工作方式2实现1秒延时，晶振频率为12MHz。,因工作方式2是8位计数器，其最大定时时间为：2561,s = 256,s，为实现1秒延时，可选择定时时间为250,s，再循环4000次。定时时间选定后，可确定计数值为250，则T1的初值为：X = M,计数值=256,250 = 6 = 6H。采用T1方式2工作，因此，TMOD =0x20。,举 例2,17,用定时器工作方式2实现的1秒延时函数如下：,void delay1s(),unsigned int i;/ i取值范围为04000，因此不能定义成unsigned char,TMOD=0x20; / 设置T1为方式2,TH1=6;/ 设置定时器初值，放在for循环之外,TL1=6;,for(i=0;i4000;i+) / 设置4000次循环次数,TR1=1; / 启动T1,while(!TF1); / 查询计数是否溢出，即定时250,s时间到，TF1=1,TF1=0; / 250,s定时时间到，将定时器溢出标志位TF1清零,举 例2,18,在,C,语言程序中，子程序的作用是由函数来实现的，函数是,C,语言的基本组成模块，一个,C,语言程序就是由若干个模块化的函数组成的。,C,程序都是由一个主函数,main( ),和若干个子函数构成，有且只有一个主函数，程序由主函数开始执行，主函数根据需要来调用其他函数，其它函数可以有多个。,C语言的函数,19,1.标准库函数,标准库函数是由C51的编译器提供的，用户不必定义这些函数，可以直接调用。KEIL C51编译器提供了100多个库函数供我们使用。常用的C51库函数包括一般I/O口函数、访问SFR地址函数等，在C51编译环境中，以头文件的形式给出。,2.用户自定义函数,用户自定义函数是用户根据需要自行编写的函数，它必须先定义之后才能被调用。,函数分类和定义,20,函数定义的一般形式是：,函数类型 函数名（形式参数表）,形式参数说明,局部变量定义,函数体语句,其中，“函数类型”说明了自定义函数返回值的类型。,“函数名”是自定义函数的名字。,“形式参数表”给出函数被调用时传递数据的形式参数，形式参数的类型必须要加以说明。ANSI C标准允许在形式参数表中对形式参数的类型进行说明。如果定义的是无参数函数，可以没有形式参数表，但是圆括号不能省略。,“局部变量定义”是对在函数内部使用的局部变量进行定义。,“函数体语句”是为完成函数的特定功能而设置的语句。,函数分类和定义,21,函数调用就是在一个函数体中引用另外一个已经定义的函数，前者称为主调用函数，后者称为被调用函数，函数调用的一般格式为：,函数名（实际参数列表）；,对于有参数类型的函数，若实际参数列表中有多个实参，则各参数之间用逗号隔开。实参与形参顺序对应，个数应相等，类型应一致。,函数调用,22,在一个函数中调用另一个函数需要具备如下条件：,（1）被调用函数必须是已经存在的函数（库函数或者用户自己已经定义的函数。,如果函数定义在调用之后，那么必须在调用之前（一般在程序头部）对函数进行声明。,（2）如果程序使用了库函数，则要在程序的开头用include预处理命令将调用函数所需要的信息包含在本文件中。如果不是在本文件中定义的函数，那么在程序开始要用extern修饰符进行函数原型说明。,函数调用,23,中断是指通过硬件来改变CPU的运行方向。计算机在执行程序的过程中，外部设备向CPU发出中断请求信号，要求CPU暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序，待处理程序执行完毕后，再继续执行原来被中断的程序。这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断”。,什么是中断,24,（1）中断服务程序：CPU响应中断后，转去执行相应的处理程序，该处理程序通常称之为中断服务程序。,（2）主程序：原来正常运行的程序称为主程序。,（3）断点：主程序被断开的位置（或地址）称为断点。,（4）中断源：引起中断的原因，或能发出中断申请的来源，称为中断源。,（5）中断请求：中断源要求服务的请求称为中断请求（或中断申请。,中断基本概念,25,同步工作,异常处理,实时处理,中断特点,26,中断系统的结构,MCS-51中断系统内部结构示意图,27,MCS-51系列单片机中断源,28,中断标志,中断标志位,位名称,说 明,TF1,T1溢出中断标志,TCON.7,T1被启动计数后，从初值开始加1计数，计满溢出后由硬件置位TF1，同时向CPU发出中断请求，此标志一直保持到CPU响应中断后才由硬件自动清0。也可由软件查询该标志，并由软件清0。前述的定时器编程都是采用查询方式实现。,TF0,T0溢出中断标志,TCON.5,T0被启动计数后，从初值开始加1计数，计满溢出后由硬件置位TF0，同时向CPU发出中断请求，此标志一直保持到CPU响应中断后才由硬件自动清0。也可由软件查询该标志，并由软件清0。,IE1,中断标志,TCON.3,IE1 = 1，外部中断1向CPU申请中断。,IT1,中断触发方式控制位,TCON.2,当IT1 = 0，外部中断1控制为电平触发方式；当IT1 = 1，外部中断1控制为边沿（下降沿）触发方式。,IE0,中断标志,TCON.1,IE0= 1，外部中断0向CPU申请中断。,IT0,中断触发方式控制位,TCON.0,当IT0= 0，外部中断0控制为电平触发方式；当IT0 = 1，外部中断0控制为边沿（下降沿）触发方式。,TI,串行发送中断标志,SCON.1,CPU将数据写入发送缓冲器SBUF时，启动发送，每发送完一个串行帧，硬件都使TI置位；但CPU响应中断时并不自动清除TI，必须由软件清除。,RI,串行接收中断标志,SCON.0,当串行口允许接收时，每接收完一个串行帧，硬件都使RI置位；同样，CPU在响应中断时不会自动清除RI，必须由软件清除。,29,中断的开放和禁止,MCS-51系列单片机的5个中断源都是可屏蔽中断，中断系统内部设有一个专用寄存器IE，用于控制CPU对各中断源的开放或屏蔽。IE寄存器格式如下：,EA,ES,ET1,EX1,ET0,EX0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,IE(A8H),30,中断的开放和禁止,中断允许位,位名称,说明,EA,总中断允许控制位,IE.7,EA = 1，开放所有中断，各中断源的允许和禁止可通过相应的中断允许位单独加以控制；EA = 0，禁止所有中断。,ES,串行口中断允许位,IE.4,ES = 1，允许串行口中断；ES = 0禁止串行口中断。,ET1,T1中断允许位,IE.3,ET1 = 1，允许T1中断；ET1 = 0，禁止T1中断。,EX1,）中断允许位,IE.2,EX1 = 1，允许外部中断1中断；EX1 = 0，禁止外部中断1中断。,ET0,T0中断允许位,IE.1,ET0 = 1，允许T0中断；ET0 = 0，禁止T0中断。,EX0,）中断允许位,IE.0,EX0 = 1，允许外部中断0中断；EX0 = 0，禁止外部中断0中断。,31,中断优先级,MCS-51,系列单片机有两个中断优先级：高优先级和低优先级。,每个中断源都可以通过设置中断优先级寄存器,IP,确定为高优先级中断或低优先级中断，实现二级嵌套。同一优先级别的中断源可能不止一个，因此，也需要进行优先权排队。同一优先级别的中断源采用自然优先级。,中断优先级寄存器,IP,，用于锁存各中断源优先级控制位。,IP,中的每一位均可由软件来置,1,或清,0,，,1,表示高优先级，,0,表示低优先级。,32,中断优先级,中断优先级控制位,位名称,说明,PS,串行口中断优先控制位,IP.4,PS = 1，设定串行口为高优先级中断；PS = 0，设定串行口为低优先级中断。,PT1,定时器T1中断优先控制位,IP.3,PT1 = 1，设定定时器T1为高优先级中断；PT1 = 0，设定定时器T1为低优先级中断。,PX1,外部中断1中断优先控制位,IP.2,PX1 = 1，设定外部中断1为高优先级中断；PX1 = 0，设定外部中断1为低优先级中断。,PT0,T0中断优先控制位,IP.1,PT0 = 1，设定定时器T0为高优先级中断；PT0 = 0，设定定时器T0为低优先级中断。,PX0,外部中断0中断优先控制位,IP.0,PX0 = 1，设定外部中断0为高优先级中断；PX0 = 0，设定外部中断0为低优先级中断。,33,中断处理过程,中断响应,中断响应是指,CPU,对中断源中断请求的响应。,CPU,并非任何时刻都能响应中断请求，而是在满足所有中断响应条件、且不存在任何一种中断阻断情况时才会响应。,CPU,响应中断的条件有：有中断源发出中断请求；中断总允许位,EA,置,1,；申请中断的中断源允许位置,1,。,CPU,响应中断的阻断情况有：,CPU,正在响应同级或更高优先级的中断；当前指令未执行完；正在执行中断返回或访问寄存器,IE,和,IP,。,34,中断处理过程,中断响应过程就是自动调用并执行中断函数的过程。,C51编译器支持在C源程序中直接以函数形式编写中断服务程序。常用的中断函数定义语法如下：,void 函数名（） interrupt n,其中n为中断类型号，C51编译器允许031个中断，n取值范围031。下面给出了8051控制器所提供的5个中断源所对应的中断类型号和中断服务程序入口地址：,中断源 n 入口地址,外部中断0 00003H,定时/计数器0 1000BH,外部中断1 20013H,定时/计数器1 3 001BH,串行口 4 0023H,35,中断处理过程,中断响应时间,中断响应时间是指从中断请求标志位置位到CPU开始执行中断服务程序的第一条语句所需要的时间。,1）中断请求不被阻断的情况,外部中断响应时间至少需要3个机器周期，这是最短的中断响应时间。一般来说，若系统中只有一个中断源，则中断响应时间为3,8个机器周期。,2）中断请求被阻断的情况,如果系统不满足所有中断响应条件、或者存在任何一种中断阻断情况，那么中断请求将被阻断，中断响应时间将会延长。,36,