C51的中断系统及定时计数器.ppt

2019/9/15,1,第5章 80C51的中断系统与定时器/计数器,5.3,2019/9/15,2,5.1 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。,2019/9/15,3,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。,2019/9/15,4,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,2019/9/15,5,80C51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,2019/9/15,6,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）,2019/9/15,7,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,2019/9/15,8,触发方式设置及中断标志,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）,2019/9/15,9,两种触发方式比较：,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。,2019/9/15,10,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。,2019/9/15,11,中断控制SCON寄存器,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,2019/9/15,12,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。,2019/9/15,13,中断源的开放和屏蔽由IE控制（1，开放；0，禁止）,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,2019/9/15,14,IE寄存器,2019/9/15,15,中断控制IP寄存器,中断优先级由IP控制（1，高级；0，低级）,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。,2019/9/15,16,IP寄存器,2019/9/15,17,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。,2019/9/15,18,1、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。,2019/9/15,19,2019/9/15,20,5.1.3 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,2019/9/15,21,中断响应时间,中断响应至少需要3个完整的机器周期（38个）！,受阻时要附加35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),2019/9/15,22,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,2019/9/15,23,中断服务程序入口地址表,2019/9/15,24,2、中断处理,2019/9/15,25,3、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RETI 中断服务程序中PUSH和POP必须成对使用,2019/9/15,26,小 结,2019/9/15,27,5.1.4 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。,2019/9/15,28,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),2019/9/15,29,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,2019/9/15,30,5.2 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,2019/9/15,31,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。,2019/9/15,32,方式寄存器TMOD,GATE：门控位。GATE0时，只要TRx为1，就可启动计数器工作；GATA1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）。,2019/9/15,33,注意：TMOD不能进行位寻址,2019/9/15,34,2019/9/15,35,控制寄存器TCON,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）。,2019/9/15,36,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。,2019/9/15,37,5.2.2 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,2019/9/15,38,方式1：16位方式,X=216-N=65536-N 计数范围：165536 计数初值要分成2个字节分别送入TH0、TL0,2019/9/15,39,方式2：8位自动重装方式,X=28-N=256-N 计数范围：1256 特别适合与脉冲信号发生器,2019/9/15,40,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）,2019/9/15,41,5.2.3 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。,2019/9/15,42,1、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=213=8192 模式1下： M=216=65536 模式2下： M=28=256 模式3下： M=28=256,2019/9/15,43,【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？,2019/9/15,44,【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,2019/9/15,45,定时时间较小时（小于65ms）,求计数初值X: Tcy为1S N=10ms/1S=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01H,2019/9/15,46,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,2019/9/15,47,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,2019/9/15,48,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01H,求计数初值X: Tcy为1S N=20ms/1S=