MCS-51的中断系统、定时.计数器.ppt

第5章 MCS-51的中断系统、 定时/计数器,5-1 MCS-51单片机的中断系统,5-2 MCS-51单片机的定时/计数器,5-1 MCS-51单片机中断系统,一、概述,当中央处理器CPU正在处理某件事情的时候，外部发生了某一更为重要或更为紧迫的事件，需要CPU暂时停下正在执行的工作去处理这一突发事件，之后再继续执行以前被暂停下来的工作，这个过程就叫中断,1、什么叫中断？,信息交换过程中，如果CPU完全采用查询方式等待诸如打印机这类低速设备，那么整个计算机系统将陷于严重的低效率运行状态。我们常利用中断去提高执行效率,CPU与外设的数据传送方式： 1、无条件传送方式 2、查询传送方式 3、中断传送方式,中断常用于处理如：掉电、现场故障、外部强行干预等可能发生但未知发生时刻的事件 中断也常用于CPU与外设之间的数据传输,实现与低速设备的同步。 CPU与外部设备并行工作,以中断方式相联系,提高工作效率,2、中断的作用,掉电保护,信号采集,打印机 串口通信,CPU中能够控制实现这种中断响应的逻辑机构称为中断系统。中断有以下优点：,实现故障处理，避免系统灾难。对突发事故，做出紧急处理,提高实时处理系统的即时性。根据现场随时变化的各种参数、信息，做出实时监控,3、中断响应与子程序调用的区别,子程序调用是程序设计者的主动行为，完全是计划内的任务，它是为主程序服务的，我们知道何时去调用子程序，也就是说，子程序的断点是已知的。但是，对于中断我们却不知道应该具体什么时候去执行中断响应程序，中断的断点是未知的，中断的发生也是随机的，也许有些中断永远都不会发生,中断响应就是停下正在执行的程序转而去执行另一个子程序。显然，中断响应的过程与子程序调用的作用基本相似,1、中断逻辑结构,二、MCS51单片机中断系统,中断允许与优先控制,中断入口地址发生,控制寄存器,2、中断源, 5个中断源,外部中断,内部中断,INT0,INT1,CT1,定时器中断,串行口中断,CT0,可设置为电平或边沿触发,16位，4种方式,UART，全双工,2个中断优先级,高优先级,低优先级,中断逻辑,中断允许寄存器IE,中断优先权寄存器IP,中断的开/关设置,中断的优先权设置,每个中断源都可设置为高或低优先级,5个标志触发器,IE0、IE1以及TF0、TF1位于特殊功能寄存器TCON中 TI、RI位于特殊功能寄存器SCON中,3、MCS51单片机的中断控制,4个特殊功能寄存器与中断控制相关,中断允许寄存器 IE,中断优先权寄存器 IP,定时/计数器状态寄存器 TCON,串行口状态寄存器 SCON（用2位）,中断允许寄存器 IE,IE：,EA 总控制位,未定义位,ES 串口控制位,ET1 T1中断控制位,EX1 /INT1控制位,ET0 T0中断控制位,EX0 /INT0控制位,若为“1”，开关接通，允许 例如 SETB EA 若为“0”，开关断开，不允许 例如 CLR IE.7,中断管理的第1级 解决是否允许中断问题,中断优先级,中断管理的第2级 解决谁优先问题,CPU同一时间只能响应一个中断请求。若同时来了两个或两个以上中断请求，就必须有先有后处理顺序 5个中断源可分成高、低两个级别，高级优先，由IP控制,P S 串口的中断优先级别 PT1 定时 / 计数器T1的中断优先级别 PX1 外部中断1 的中断优先级别 PT0 定时 / 计数器T0的中断优先级别 PX0 外部中断0 的中断优先级别,该位是“1”时，为高优先级 该位是“ 0”时，为低优先级,同一级中的5个中断源的默认优先顺序,/INT0中断 CT0溢出中断 /INT1中断 CT1溢出中断 串口中断,高,低,复位时默认为同一级,中断优先原则： 1、低级不打断高级 2、高级不睬低级 3、同级不能打断 4、同级、同时中断，按默认顺序响应,4、MCS-51中断的响应过程, 中断源有请求 CPU允许中断，即EA=1 中断源允许中断，即中断允许寄存器IE相应位置1,中断被响应的前提条件：, 无同级或高级中断正在服务 现行指令执行到最后一个机器周期且已结束 若现行指令为RETI或是访问特殊寄存器IE或IP的指令，则需执行完该指令以及紧随其后的另一条指令,在每个机器周期内，单片机都要对所有中断源进行顺序检测，并可在任一个周期的S6状态期间，找到所有有效的中断请求，并对其进行优先级排队。中断被响应的必要条件：, 中断被响应的条件：,总结：系统中只有1个中断源时，响应时间为38个机器周期。若还有其它中断源,则响应时间由其优先级别以及具体应用程序执行情况而定,中断响应入口：,中断响应时间：,中断逻辑系统中有专门的中断入口矢量地址发生电路，当某中断源被CPU响应时，该电路负责将对应的中断源的中断入口地址提供给程序指针PC,外部中断请求信号在每个机器周期的S5P2期间被锁存到IE0或IE1, CPU在下一个机器周期才会查询到这些值。CPU响应中断时,需执行一条两个机器周期的调用指令,以转到相应的中断服务入口。这样,从外部中断请求有效到开始执行中断服务程序的第一条指令,至少需3个机器周期,如在申请中断时，CPU正在执行乘除法指令，则至少需6个机器周期,如在申请中断时，CPU正在执行RETI或访问IE、IP指令，则至少需8个机器周期,响应过程：,假设某中断请求被响应,即获得系统权限，则： （1）置位相应低或高优先级有效触发器设置级别 （2）执行一个硬件调用, 清零相应中断请求标志（UART的TI、RI需软件清除）清除请求 （3）将当前PC内容压入堆栈保护断点 （4）将中断矢量地址送PC，中断服务,中断返回的过程即是RETI的执行过程。硬件自动从栈顶弹出的两个字节，送PC恢复断点,返回过程,单片机响应中断后，只保护断点而不保护程序现场。PC断点的保护由是硬件自动完成，而对ACC、PSW、DPTR、B、Rn等应用程序现场的保护则必须由软件在中断服务程序中完成,断点恢复硬件自动实现，现场恢复则同样由软件完成,可略去,单片机响应中断后，定时/计数器中断申请标志TF0和TF1以及外部中断申请标志IE0和IE1由硬件自动清除 串行口中断申请标志TI和RI则不能由硬件自动清除，需采用软件清除,中断请求的撤除,系统硬件可以自动撤除外部中断申请标志IE0和IE1，但无法清除外部中断INT0和INT1申请源信号。因此，对于电平方式的外部中断，仍然存在对外部中断的重复响应的可能 用户在编制中断服务程序时，一方面可以通过软件控制外部中断申请源复位，另一方面也应该采用诸如单稳态触发等方法对中断源进行预处理,图为一个典型的外部中断撤除电路，中断响应后，软件控制从P1.0口输出低电平0使D触发器置1，撤除外部中断申请,中断请求的撤除,外部中断源 重复响应问题,例：图示MCS51单片机系统，开光每按下1次由P3.2口控制继电器翻转1次，试编制程序。,ORG 0000H MAIN: AJMP 0100H ORG 0003H AJMP 0500H ORG 0100H ;主程序 SETB IT0 ;设置为边沿触发 SETB EA ;开系统中断 SETB EX0 ;开INT0中断 CLR PX0 ;设INT0为低优先级 ORG 0500H ;INT0中断服务程序入口 CPL P3.2 ;执行应用程序 RETI END,解:INT0设置为边沿触发方式。,设置,服务,入口,思考 1、MCS-51单片机中断系统有几个中断源？分别是什么？事先约定的优先顺序是怎样的？ 2、IE和IE分别是什么？ 3、中断入口地址是哪些？ 4、一个中断源被响应的时间大约需多少？,18051单片机提供了几个中断源？它们的中断标志是什么？又如何清除陈这些中断标志？各中断源所对应的中断欠量地址是多少？ 28051单片机有几级中断优先级别？试分析以下几种中断优先级的排列顺序（级别由高到低）是否可能？若可能，则应如何设置中断源的中断级别？否则，请简述不可能的理出， （1）定时器T0溢出中断，定时器T1溢出中断，外中断0，外中断1，串行口中断； （2）串行口中断，外中断0，定时器T0滥出中断，外中断1，定时器T1溢出中断； （3）外中断0，定时器T1溢出中断，外中断1，定时器T0溢出中断，串行口中断； （4）外中断0，外中断1，串行口中断，定时器T0溢出中断，定时器T1溢出中断； 3外部中断有几种触发方式?如何选择? 4解释断点保护与现场保护？,作业,5-2 定时 / 计数器,一、基本结构与功能,1. 基本结构,2个16位可编程定时/计数器，可编程工作于4种模式：模式0、模式1、模式2、模式3,相关的寄存器包括： CT0的时间常数寄存器TH0、TL0 CT1的时间常数寄存器TH1、TL1 工作模式控制寄存器TMOD 工作状态寄存器TCON,相关引脚： CT0：T0、/INT0 CT1：T1、/INT1,在SFR存储体中,51子系列单片机内有2个十六位增1 定时 / 计数器，有6个工作寄存器与之相关,2. 工作寄存器,THi、TLi：设置计数器初值 TMOD：设置工作模式（计数or定时、4种模式选择） TCON：设置工作状态（启or停）,（1）工作方式控制寄存器 TMOD,GATE门控位 C/T定时/计数方式选择位 M1、M0模式控制位,注意：TMOD不可以位寻址,定时/计数器逻辑结构,定时or计数？,开启or停止？,TRi启/停控制位（在SCON中） GATE门控位，对/INTi引脚实施门控 /INTi引脚用于对外部脉宽信号进行测量,C/T定时/计数方式选择,都为1？,TRi、GATE、/INTi 启/停控制 开启的条件：TRi=1，同时GATE=0 或 TRi=1，同时GATE=1，/INTi1,软件置1，启动 软件清0，停止,CTi溢出（由全1再加1变为全0时）使TFi=1，并申请中断 系统响应中断服务后自动清除该标志,3、四种工作模式,（1）、模式013位,04 07,计数寄存器TLi（低5位） + THi（高8位）,计数：对Ti引脚外部脉冲计数，脉冲可以不等间隔,C/T = 0 定时； C/T = 1 对外计数,波形等间隔，次数已定，时间确定 即对机器周期进行计数,每个下降沿计数一次 确认一次负跳变需两个机器周期， 所以，计数频率最高为fosc / 24,定时：时钟基准为内部时钟源，fosc / 12 = 1 /（12/fosc） = 1 / TCY,（2）、模式116位 计数寄存器：THi（高8位）+ TLi（低8位） 与模式0相似，区别仅为：计数位数不同,（3）模式28位自动重装载 模式0、1的区别： 1）计数位数不同 2）初值自动重装,溢出后自动将THi中的初值送TLi，重新启动,模式2主要用于URAT波特率发生,（4）、模式3 T1停止计数，但可作波特率发生器 T0分成两独立定时/计数器TL0和TH0 TL0使用C/T、GATE、TR0、/INT0、TF0定时/计数 TH0使用TR1、TF1 因此，只能用于定时,（a）TL0作8位定时/计数器,拆解位3个受限定的定时/计数器 应用较少,模式3时，T1可定时为模式0、1、2的定时/计数，但不可中断，所以一般只作串口波特率发生器用,(a) T0模式3时T1模式0,(b) T0模式3时T1模式1,(c) T0模式3时T1模式2,（4）计数初值 加1计数、16位,计数：X=MN M=213=8192（模式0） M=216=65536（模式1） M=28=256 （模式2、模式3） 定时： X=MN =M t/T t为所要求的定时时间，T为机器周期,（3）工作模式 M1、M0,二、定时/计数器的应用,编程前确定参数：,（1）定时/计数器 T0、T1选择其一,（2）工作方式 C/T及GATE,编制初始化程序： （1）写TMOD GATE、C/T、M1、M0 （2）确定IE、IP PTi （3）写计数初值 THi、TLi； （4）启动计数 TRi,例1：单片机系统时钟为12MHz。利用定时/计数器0控制每隔1ms从P1.0口输出1个TCY宽度的负脉冲。,解： 1）、工作模式设置 设置CT0为模式0，即TMOD=XXXX0000B 2）、时间常数确定 C/T=0，选择系统时钟作为基准源,M1M0=00 设置为方式0,C/T=0，选择系统时钟作为基准源,GATE0=0，不需 要/INT0管脚参与,系统时钟=12106Hz 设定时/计数器0为模式0，是13位定时/计数方式，采用加计数时间常数为X即计数器的初值X为 即 得 X=7192=1C18H=0001,1100,0001,1000B 取后13位为1110000011000B 高8位送TH0=0E0H 取低5位 TL0的高3位无效，以000补齐，TL0=18H 即TH0=0E0H，TL0=18H,注意这里TH0、TL0 取值的方法,7192 16 449 8 16 28 1 1 C,注意这里的长除方法,0001,1100,0001,1000B TH0=11100000H TL0=00011000,4）、程序设计 ORG 0000H AJMP 0100H ORG 000BH AJMP 0200H ORG 0100H MOV SP，#30H ；置栈顶 LOOP： CLR EA CLR 20H.0 ；清标志 MOV A，#0F0H ANL TMOD，A ；设置模式0 MOV TH0，#0E0H ；设置时间常数