第5章定时器计数器和中断系统

第五章定时器/计数器和中断系统,第5.1节定时/计数器,5.1.1定时/计数器结构5.1.2定时/计数器工作方式5.1.3定时/计数器控制寄存器5.1.4定时/计数器常数的计算,返回本章首页,5.1.1定时/计数器结构,是MCS一51单片机的重要功能模块之一。可实现定时控制、延时、对外部事件计数，还可用定时器产生毫秒宽的脉冲驱动步进电动机一类的电气机械。计数器主要用于外部事件的计数。8031/8051/8751单片机有2个16位的定时/计数器：定时器0（T0）和定时器1（T1）。它们都有定时器或事件计数的功能。可由程序选择作为定时器用或作为计数器用，定时时间或计数值也可由程序设置。T0由2个特殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1则由TH1和TL1构成。,返回本节,16位加法计数器,功能,作计数器用时：通过芯片引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）加法计数器对外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号从1到0的负跳变时，计数器就自动加1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。,作定时器用时：加法计数器对内部机器周期脉冲计数。由于机器周期是定值，所以对内部机器周期脉冲计数也就是定时，内部机器周期1um，计数值100，相当于定时100um。,5.1.2定时/计数器工作方式,每个定时/计数器还有4种工作模式，也就是每个定时器可构成4种电路结构模式。在模式0、1和2，T0和T1的工作模式相同，在模式3，两个定时器的模式不同。下面以T1为例，分述各种工作模式的特点和用法。,1模式0,图2-8定时/计数器T1（T0）工作模式0,13位定时器/计数器,5位,8位,213=8192,测引脚脉冲宽度,2模式1,图5-2定时/计数器T1（T0）工作模式1,16位定时器/计数器,3模式2,图5-3定时/计数器T1（T0）工作模式2,自动重新装入初值8位定时/计数器,8位加法计数器,8位初值寄存器,4模式3,定时/计数器T0工作模式3,返回本节,2个8位方式。工作方式3只适用于定时器T0,当定时器T1处于方式3时，相当于TR1=0，停止计数。,当T0为工作方式3时，THo和TL0分成2个独立的8位计数器。其中，TL0既可用作定时器，又可用作计数器;TH0只能用作定时器.,通常情况下，T0不运行于工作方式3，只有在T1处于工作方式2，并不要求中断的条件下才可能使用。,5.1.3定时/计数器控制寄存器,定时器共有2个控制寄存器TMOD和TCON，由软件写入TMOD和TCON两个8位寄存器，设置各个定时器的操作模式和控制功能。,1工作模式控制寄存器TMOD（89H）,图5-5定时器工作模式寄存器TMOD,2定时器控制寄存器TCON（88H）,图5-6定时器工作模式寄存器TCON,返回本节,5.1.4定时/计数器常数的计算,1计数器初值的计算把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为TC，由此可得到公式：TC=M-C式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213；在方式1时M为216；在方式2和方式3时M为28。,2定时器初值的计算在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定时器定时时间T的公式：T=（M-TC）T计数上式也可写成：TC=M-T/T计数式中，M为模值，和定时器的工作方式有关；T计数是单片机振荡周期TCLK的12倍；TC为定时器的定时初值。,返回本节,设T0(或T1)运行于计数器方式，要求计数X个外部脉冲后T0(或T1)回零，则计数初值C的求取方法如下：因为回零的含义是指加满到计数器的模值，即x十C模所以C模一x模十(一x)(x)求补由此可见，计数初值的大小等于需要计数的个数x求补运算后的结果,3、求补算法,例1：T0运行于计数器状态，工作于方式1（16位方式），要求外部引脚出现3个脉冲后，TH0，TL0全回零（以便申请中断）。求计数初值C。,解：C=（0003H）求补=FFFDH,例2：T0运行于定时器状态，时钟振荡周期为12MHZ，要求定时100us。求不同工作方式时的定时初值。,解：因为机器周期MC=12/12MHZ=1us所以要计数的机器周期个数为64H。,应注意定时器在工作方式0时的初值装入方法。由于方式0是13位定时/计数方式，对于T0而言，高8位初值装入TH0，低5位初值装入TL0的低5位（TL0的高3位无效）。所以对于上例，要装入1F9CH初值时，可安排成：,在具体装入初值时，必须把11111100B装入TH0，而把*11100B装入TL0。用指令表示即：MOVTH0，#0FCH；#FCH=TH0MOVTL0，#1CH；#1CH=TL0,5.2中断系统结构及管理,5.2.1中断概念及请求5.2.2中断系统的结构5.2.3中断控制5.2.4中断响应过程,返回本章首页,5.2.1有关中断的概念,返回本节,什么是中断？什么可能引起中断？中断源中断的嵌套与优先级处理中断的响应过程,五个中断源，每个中断产生后都到一个固定的地方去找处理这个中断的程序，当然在去之前首先要保存下面将执行的指令的地址，以便处理完中断后回到原来的地方继续往下执行程序。,具体地说，中断响应可以分为以下几个步骤：1、保护断点，即保存下一将要执行的指令的地址，就是把这个地址送入堆栈。2、寻找中断入口，根据5个不同的中断源所产生的中断，查找5个不同的入口地址。在这5个入口地址处存放有中断处理程序（这是程序编写时放在那儿的，如果没把中断程序放在那儿，就错了，中断程序就不能被执行到）。3、执行中断处理程序。4、中断返回：执行完中断指令后，就从中断处返回到主程序，继续执行。,5.2.2中断系统的结构,1外部中断源由P3.2端口线引入，低电平或下降沿引起。由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引起。2内部中断源T0：定时/计数器0中断，由T0回零溢出引起。T1：定时/计数器1中断，由T1回零溢出引起。TI/RI：串行I/O中断，完成一帧字符发送/接收引起。,51单片机的中断系统基本特点是：有5个固定的可屏蔽中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务程序；5个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套；2个特殊功能寄存器用于中断控制和条件设置的编程。,中断系统的结构框图,返回本节,外部中断有下跳沿引起和低电平引起的选择；串行中断有发送(TI)与接收(R1)的区别；各个中断源打开与否，受中断自身的允许位和全局允许位的控制，并具有高优先级和低优先级的选择。,5.2.3中断控制,1中断允许寄存器IE（A8H）字节地址A8H，位地址分别是A8HAFH。IE控制CPU对中断源总的开放或禁止以及每个中断源是否允许中断。2中断优先寄存器IP（B8H）字节地址为B8H，位地址分别是B8HBFH，IP用来锁存各中断源优先级的控制位。,中断允许寄存器IE,中断优先寄存器IP,返回本节,优先级：单片机采用了自然优先级和人工设置高、低优先级的策略，即可以由程序员设定哪些中断是高优先级、哪些中断是低优先级，由于只有两级，必有一些中断处于同一级别，处于同一级别的，就由自然优先级确定。,五个中断源的自然优先级与中断服务入口地址外中断0：0003H定时器0：000BH外中断1：0013H定时器1：001BH串口：0023H,高级,低级,先高后低;停低转高;高不睬低;事先规定.,3、定时器控制寄存器,4、串行口SCON寄存器,寄存器的地址为98H，其中各位都可以位寻址，位地址为98H-9FH。串行口的中断申请标志只占用SCON中的两位，分布如下：,TI发送中断标志：当发送完一帧串行数据后置1，必须由软件清0。RI接收中断标志：当接收完一帧串行数据后置1，必须由软件清0。串行口的中断申请标志是由TI和RI相或以后产生的，并且串行口中断申请在得到CPU响应之后不会自动撤除。,5.2.4中断响应过程,1响应条件单片机响应中断的条件是：中断源有请求、CPU允许所有中断源请求(EA1)、中断允许寄存器IE相应位置1。,2、中断响应过程,单片机在每个机器周期的S5P2期间，顺序采样每个中断源，CPU在下一个机器周期S6期间按优先级顺序查询中断标志，如查询到某个中断标志为1，将在再下一个机器周期S1期间按优先级进行排队处理。,中断得到响应后自动清除中断标志，由硬件将程序计数器PC内容压入堆栈保护，然后将对应的中断入口地址装入程序计数器PC，使程序转向中断入口地址单元中去执行相应的中断服务程序,下列任何一种情况存在中断申请将被封锁：,（1）CPU正在执行一个同级或高一级的中断服务程序。（2）当前正在执行的那条指令还未执行完。（3）当前正在执行的指令是RETI或对IE，IP寄存器进行读/写指令，执行这些指令后至少再执行一条指令才会响应中断。,5.2.4中断请求的撤除,中断过程有以下几点应注意:1.没有对现场进行保护(如PSW,RAM寄存器的内容)2.不能清除T1,R1标志.,CPU响应中断请求后，在中断返回（执行RETI）前，必须撤除请求，否则会错误地再次引起中断过程。CPU响应中断后没有用硬件清除串口中断标志，必须由用户编制的中断服务程序来清除相应TI、RI。,对于电平触发的外部中断，由于CPU对INT0、INT1脚没有控制作用，也没有相应的中断请求志位，因此需要外接电路来撤除中断请求信号。ANLP1，#0FEHORLP1，#01H,5.2.5定时/计数器及中断系统综合应用,【例】设MCS-51单片机系统时钟频率CLK为6MHZ，请编出利用定时/计数器T0在P1.0引脚上产生周期为2秒，占空比为50%的方波信号的程序.,返回本章首页,（1）主程序,任务：1）T0工作方式的设定：选择方式1（16位方式）（最大定时131ms）2）定时常数的设定：TC=216-100ms/2s=15536=3CB0H即：TH0应装3CH，TL0应装B0H,3）中断管理：允许T0中断，开放总中断即：IE应装10000010B。4）启动定时器T0：SETBTR05）设置软件计数器初值：（如使用R7）即R7应装0AH6）动态停机：SJMP$,主程序如下：MAIN：MOVTMOD，#01H；设定T0为方式1MOVTH0，#3CH；装入定时常数高8位MOVTL0，#0B0H；装入定时常数低8位MOVIE，#82H；开放T0中断SETBTR0；启动T0MOVR7，#0AH；设置软件计数器SJMP$,（2）中断服务程序,任务：1）恢复T0常数；2）软件计数器减1；3）判断软件计数器是否为0。为0时，改变P1.0状态，并恢复软件计数器初值；不为0时中断返回。,程序如下：TOINT：MOVTL0，#0B0H；恢复定时常数MOVTH0，#3CH；DJNZR7，NEXT；CPLP1.0；定时1到，P1.0取反MOVR7，#0AH;恢复软件计数器初值NEXT：RETI,完整程序如下：,ORG0000HAJMPMAINORG000BHAJMPTOINTORG0030HMAIN：MOVTMOD，#01HMOVTH0，#3CHMOVTL0，#0B0HMOVIE，#82HSETBTR0MOVR7，#0AHSJMP$,TOINT：MOVTL0，#0B0HMOVTH0，#3CHDJNZR7，NEXTCPLP1.0MOVR7，#0AHNEXT：RETIEND,返回本节,2.88051单片机的节电工作方式,两种节电工作方式：掉电方式和空闲（等待）方式属于低功耗的工作方式，适用于采用干电池或停电时依靠备用电源供电的智能仪表。,PD/0为掉电方式，此时振荡器停止工作，备用电源投入，仅对片内RAM供电，只有片内RAM的内容被保存。,IDL/=0等待方式。此时振荡器依然工作，中断系统、串行接口、定时器计数器电路驱动工作。但时钟不送往CPU，即CPU处在等待状态,控制寄存器PCON：,(1)串行接口波特率系数控制位SMOD串行接口用。(2掉电方式控制位PD。PD=1时进人掉电方式。(3)等待方式控制位IDLIDL=1时进人等待方式。(4)通用标志位GFl、GF0用户设置软件标志用,退出等待方式有两种方法：(1)中断退出：由于在等待方式