单片微型计算机原理及接口技术(杨光友版)课件ch5

1、第五章第五章 定时定时/ /计数器与中断系统计数器与中断系统5-15-1 定时定时/ /计数器结构特点及控制计数器结构特点及控制K1K2可预置初值计数器可预置初值计数器中断中断请求请求功能功能选择选择启动启动控制控制内部时钟脉冲内部时钟脉冲（定时）（定时）外部输入脉冲外部输入脉冲（计数）（计数）溢出信号溢出信号计数脉冲计数脉冲计数初值计数初值5-1-1 定时定时/计数器结构计数器结构 定时器定时器/计数器简称定时器，计数器简称定时器，8031单片机有单片机有2个个16位的定时器位的定时器/计数计数器：定时器器：定时器0（T0）和定时器和定时器1（T1）。）。 作定时器时，对作定时器时，对803

2、1片内振荡器输出经片内振荡器输出经12分频后的脉冲计数，即分频后的脉冲计数，即每个机器周期使每个机器周期使T0或或T1的寄存器自动加的寄存器自动加1直至计满溢出。定时的分直至计满溢出。定时的分辨率是时钟振荡频率的辨率是时钟振荡频率的1/12。 作计数器时，通过引脚作计数器时，通过引脚T0（P3.4）和和T1（P3.5）对外部脉冲信号对外部脉冲信号计数，当输入脉冲信号从计数，当输入脉冲信号从1到到0的负跳变时，计数器就自动加的负跳变时，计数器就自动加1。计。计数的最高频率一般为振荡频率的数的最高频率一般为振荡频率的1/24。 工作过程如下：工作过程如下：5-1-2 5-1-2 定时器定时器/ /

3、计数器工作方式计数器工作方式定时器定时器/计数器有计数器有4种工作方式，种工作方式，由方式选择位由方式选择位M1M1、M0M0设定设定1.方式方式0 01313位定时位定时/ /计数器。计数器。 THx 8THx 8位和位和TLxTLx低低5 5位组成位组成1313位加位加1 1计数器计数器t=t=（2 21313-T1-T1初值）初值） 振荡周期振荡周期 12 12 计数外部脉冲个数：计数外部脉冲个数：1 18192(28192(21313) )工作结构如图工作结构如图。2.方式方式1 11616位定时位定时/ /计数器。计数器。 THx 8THx 8位和位和TLxTLx低低8 8位组成位组

4、成1616位加位加1 1计数器计数器t=t=（2 21616-T1-T1初值）初值） 振荡周期振荡周期 1212计数外部脉冲个数：计数外部脉冲个数：1 165536(265536(21616) )工作结构如图工作结构如图。3. 方式方式2 2自动恢复初值自动恢复初值8 8位定时位定时/ /计数器。计数器。TLxTLx为为8 8位加位加1 1计数器，计数器，THxTHx为为8 8位初值暂存器。位初值暂存器。用于需要重复定时和计数的场合。用于需要重复定时和计数的场合。最大计数值：最大计数值：256 (2256 (28 8) )最大定时时间最大定时时间( (T=1T=1 s)s)： 256 256

5、s s工作结构如图工作结构如图。4.4.方式方式3 3T0T0分成分成2 2个个8 8位定时器：位定时器：TL0TL0定时定时/ /计数器和计数器和TH0TH0定时器定时器TL0TL0占用占用T0T0控制位：控制位：C/TC/T，TR0TR0，GATEGATE；TH0TH0占用占用T1T1控制位：控制位：TR1TR1。T1T1不能使用方式不能使用方式3 3工作。工作。工作结构如图工作结构如图。1.1.TMTMOD D定时器工作方式寄存器（定时器工作方式寄存器（8989H H）1 1）功能选择位）功能选择位C/TC/T： =0 =0，定时功能，计数内部机器周期脉冲；定时功能，计数内部机器周期脉冲

6、； =1 =1，计数功能，计数引脚，计数功能，计数引脚T0(T1)T0(T1)输入的负脉冲。输入的负脉冲。2 2）方式选择位）方式选择位M1M1、M0M0：4 4种工作方式：种工作方式：13/16/813/16/8位位确定定时器工作方式指令：确定定时器工作方式指令：M MOV TMV TMOD D，# #方式字方式字3 3）门控方式选择位）门控方式选择位GATEGATE ： =0 =0，非门控方式非门控方式( (内部启动内部启动) )： TRx=1TRx=1，启动定时器工作；启动定时器工作； TRx=0TRx=0，停止定时器工作。停止定时器工作。 =1 =1，门控方式，门控方式( (外部启动外

7、部启动) )：TRx=1TRx=1且引脚且引脚INTx=1INTx=1才启动。才启动。M1 M0方方式式功功能能描描述述0 0013 位位0 1116 位位1 028 位位自自动动重重装装1 13T0 为为两两个个 8 位位5-1-3 5-1-3 定时器控制寄存器定时器控制寄存器 2个控制寄存器个控制寄存器TMOD和和TCON与定时器有关，分别设置各个与定时器有关，分别设置各个定时器的操作模式和控制功能。定时器的操作模式和控制功能。T1T0GATEC/TM1M0GATEC/TM1M02 2个可独立控制的个可独立控制的1616位定时器位定时器/ /计数计数器：器：T0T0、T1T12.2.TCT

8、CON N定时器控制寄存器定时器控制寄存器（8888H H） TCON位地址0DD1D2D3D4D5D6D7IT0IE0IT11IETR0TF0TR1TF188898A8B8C8D8E8F见下一节00：停T 计数01：启T 计数00：无T 中断（硬件复位）1：有T 溢出中断00：无T 中断（硬件复位）10：停T 计数1：有T 溢出中断1：启T 计数111TF1，TR1用于定时器用于定时器T1；TF0，TR0用于定时器用于定时器T0。TFx：定时器定时器Tx溢出标志，当定时器溢出标志，当定时器Tx溢出时由硬件自动使中断溢出时由硬件自动使中断触发器触发器TFx置置1，并向，并向CPU申请中断。当申

9、请中断。当CPU响应进入中断服务响应进入中断服务程序后，程序后，TFx又被硬件自动清零。又被硬件自动清零。TFx也可用软件清零。也可用软件清零。TRx：运行控制位。由软件置运行控制位。由软件置1或清零来启动或关闭定时器或清零来启动或关闭定时器Tx。IE1，IT1用于外部中断用于外部中断1；TE0，IT0用于外部中断用于外部中断0。IT：下跳沿下跳沿/低电平引起外部中断请求的选择位。低电平引起外部中断请求的选择位。IT=1，由下跳沿由下跳沿引起；引起；IT=0，由低电平引起。由低电平引起。IE：外部中断的中断申请标志。外部中断的中断申请标志。IE=0，无外部中断申请；无外部中断申请；IE=1，有

10、外部中断请求。有外部中断请求。CPU响应中断后，响应中断后，IE硬件清零。硬件清零。5-1-4 5-1-4 计算时间常数计算时间常数X(X(计算初值计算初值) )1. 计数器初值的计算：计数器初值的计算： 计数器模式下必须给计数器设置计数器初值，这个计数器初值是计数器模式下必须给计数器设置计数器初值，这个计数器初值是送到送到TH（TH0/TH1）和和TL（TL0/TL1）中的。中的。 计数器是在计数初值基础上以加法计数的，并能在计数器从全计数器是在计数初值基础上以加法计数的，并能在计数器从全“1”变为全变为全“0”时自动产生定时溢出中断请求。因此，可以把计时自动产生定时溢出中断请求。因此，可以

11、把计数器计满为零所需要的计数值设定为数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为计数初值设定为TC，由此由此便可得到如下的计算公式：便可得到如下的计算公式： TC=M-C式中，式中，M为计数器模值。在方式为计数器模值。在方式0时时M为为213；在方式；在方式1时时M为为216；在；在方式方式2和方式和方式3时时M为为28。2. 定时器初值的计算：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。因此分频后计数。因此，定时器定时时间，定时器定时时间T的计算公式为：的计算公式为： T=（M-TC）T计数计数上式也可写成：上式也可写

12、成： TC=M-T/ T计数计数 式中，式中，M为模值；为模值；T计数计数是单是单片机振荡周期片机振荡周期TCLK的的12倍；倍；TC为定时器的定时初值。若设为定时器的定时初值。若设TC=0，则定时器定时时间为最大。由于则定时器定时时间为最大。由于M的值和定时器工作方式有关，因的值和定时器工作方式有关，因此不同工作方式下定时器的最大定时时间也不一样。此不同工作方式下定时器的最大定时时间也不一样。 例：若单片机时钟频率为例：若单片机时钟频率为12MHZ，计算定时计算定时2ms所需的定时器初所需的定时器初值。值。解：由于定时器工作在方式解：由于定时器工作在方式2和方式和方式3下时的最大定时时间只有

13、下时的最大定时时间只有0.256ms，因此要想获得因此要想获得2ms的定时时间定时器必须工作在方式的定时时间定时器必须工作在方式0或方式或方式1。 T计数计数=12/12=1s若采用方式若采用方式0，则定时器的初值为：，则定时器的初值为： TC=213-2ms/1 =6192=1830H=1100 0001 10000B即：即：TH0应装应装C1H；TL0应装应装10H（TL1只用低只用低5位，高位，高3位填位填0）若采用方式若采用方式1，则定时器的初值为：，则定时器的初值为： TC=216-2ms/1s =63536=F830H即：即：TH0应装应装F8H；TH0应装应装30H。5-2-1

14、5-2-1 中断概念中断概念中断系统是计算机的重要指标之一。中断系统是计算机的重要指标之一。当当CPU正在处理某件事情正在处理某件事情时，外部发生了某一事件（如定时器时，外部发生了某一事件（如定时器/计数器溢出，被监视电平突计数器溢出，被监视电平突变等）请求变等）请求CPU迅速去处理，于是迅速去处理，于是CPU暂时中断当前的工作，转暂时中断当前的工作，转去处理所发生的事件；中断服务处理完成后，再回到原来被中断去处理所发生的事件；中断服务处理完成后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作。这一过程称为的地方，继续原来的工作。这一过程称为中断中断。举例：举例：某人看书某人看书 执行主程序执行主程序

15、 日常事务日常事务 电话铃响电话铃响 中断信号中断信号INT=0INT=0 中断请求中断请求 暂停看书暂停看书 暂停执行主程序暂停执行主程序 中断响应中断响应 书中作记号书中作记号 当前当前PCPC入栈入栈 保护断点保护断点 电话谈话电话谈话 执行执行I/I/O程序程序 中断服务中断服务 继续看书继续看书 返回主程序返回主程序 中断返回中断返回5-2 5-2 中断结构及管理中断结构及管理中断的执行过程如图所示。中断的执行过程如图所示。相关概念相关概念一中断源种类一中断源种类1 1可屏蔽中断可屏蔽中断可程控可程控“开中断开中断/ /关中断关中断”。软件设置。软件设置允许允许/ /禁止禁止CPUC

16、PU响应中断。响应中断。2 2非屏蔽中断非屏蔽中断不可程控不可程控“关中断关中断”。有中断请求信。有中断请求信号，号，CPUCPU必须响应。必须响应。二中断优先权二中断优先权1.1.当同时有多个中断请求信号，当同时有多个中断请求信号，先响应优先级别高的中断请求。先响应优先级别高的中断请求。2.2.高优先级中断请求信号可中高优先级中断请求信号可中断低优先级中断服务。断低优先级中断服务。三中断源三中断源能发出中断请求信号的各种事件。如能发出中断请求信号的各种事件。如I/I/O设备、定时时钟、设备、定时时钟、系统故障、软件设定等。系统故障、软件设定等。 INTNMI微型机微型机日常事务程序中断服务程

17、序1中断服务程序2 中断处理过程中断处理过程一一. .中断响应条件中断响应条件1 1有中断请求信号有中断请求信号2. 2. 系统处于开中断状态系统处于开中断状态二中断响应过程二中断响应过程1关中断：屏蔽其它中断请求信号。关中断：屏蔽其它中断请求信号。2保护断点：将断点地址压入堆栈保存，即当前保护断点：将断点地址压入堆栈保存，即当前PCPC值入栈。值入栈。3寻找中断源：中断服务程序入口寻找中断源：中断服务程序入口PCPC，转入中断服务。转入中断服务。4保护现场：将中断服务程序使用的所有寄存器内容入栈。保护现场：将中断服务程序使用的所有寄存器内容入栈。5中断处理：执行中断源所要求的程序段。中断处理

18、：执行中断源所要求的程序段。6恢复现场：恢复被使用寄存器的原有内容。恢复现场：恢复被使用寄存器的原有内容。7开中断：允许接受其它中断请求信号。开中断：允许接受其它中断请求信号。8中断返回：执行中断返回：执行RETIRETI指令，栈顶内容指令，栈顶内容PCPC，程序跳转回断点程序跳转回断点处。处。5-2-2 5-2-2 中断系统内部结构中断系统内部结构一一中断源信号中断源信号二二. . 中断允许控制中断允许控制三三. . 2 2级中断优先级控制级中断优先级控制 优先级选择开关：优先级选择开关：PSPS、PT1PT1、PX1PX1、PT0PT0、PX0PX0 2 2个外部中断源信号：个外部中断源信

19、号：INT0INT0、INT1INT12 2个定时器个定时器T0T0、T1T1溢出中断请求：溢出中断请求：TF0TF0、TF1TF11 1个串行口数据发送、接收结束中断请求：个串行口数据发送、接收结束中断请求：TITI、RIRI。_ _总允许开关：总允许开关：EAEA源允许开关：源允许开关：ESES、ET1ET1、EX1EX1、ET0ET0、EX0EX05-2-35-2-3 中断控制中断控制一一.中断控制寄存器中断控制寄存器寄存器名称D7D6D5D4D3D2D1D0TCON(88H) TF1TF0IE1IT1IE0IT0定时器控制寄存器位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HSC

20、ON(98H)TIRI串行口控制寄存器位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98HIE(A8H)EAESET1EX1ET0EX0中断允许寄存器位地址AFHACHABHAAHA9HA8HIP(B8H)PSPT1PX1PT0PX0中断优先级寄存器位地址BCHBBHBAHB9HB8H1.中断标志位：中断标志位： TF1、TF0、IE1、IE0、RI 、TI 登记各中断源请求信号：登记各中断源请求信号：=1，有中断请求；，有中断请求；= 0，无中断请求。，无中断请求。 CPU响应中断后，该中断标志自动清零。响应中断后，该中断标志自动清零。TI，RI标志必须软件标志必须软件清零。清零。2.外部

21、中断外部中断触发方式选择位：触发方式选择位：IT0、IT1=1=1：负边沿触发中断请求；负边沿触发中断请求；= 0= 0：低电平触发中断请求。：低电平触发中断请求。3. .中断允许控制位：中断允许控制位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0=1=1开中断；开中断；= 0= 0关中断。关中断。例：例：允许允许CPUCPU响应响应INT0INT0的中断请求的中断请求SETB EX0 SETB EX0 SETB EASETB EA 4 4中断优先级控制位：中断优先级控制位：PSPS、PT1PT1、PX1PX1、PT0PT0、PX0PX02 2级优先级：级优先级：=1=1为高优先级，为高优先级，

22、= 0= 0为低优先级。为低优先级。同一优先级别按内部查询顺序排列优先级：同一优先级别按内部查询顺序排列优先级：高高 INT0INT0、T0T0、INT1INT1、T1T1、SISIO 低低。5-2-45-2-4 中断响应中断响应 一一. .中断响应周期时序中断响应周期时序 每个机器周期采样中断标志位，若有中断请求，将在下一每个机器周期采样中断标志位，若有中断请求，将在下一个机器周期按优先级顺序进行中断查询。个机器周期按优先级顺序进行中断查询。中断源中断入口地址INT00003HT0000BHINT10013HT1001BHSIO0023H 二二. 各中断源中断服务程序的入口地址各中断源中断服

23、务程序的入口地址 三三. 中断响应阻断中断响应阻断1 . 当当CPUCPU未执行完一条指令。未执行完一条指令。2当有同级或高级中断服务。当有同级或高级中断服务。3执行执行RETIRETI指令或访问指令或访问IEIE、IPIP的指令的指令后，不能立即响应中断。后，不能立即响应中断。 四四. 中断返回中断返回中断返回指令：中断返回指令： RETI= RET指令指令 + + 通知通知CPUCPU中断服务已结束。中断服务已结束。5-3 定时/计数器与中断系统综合应用例：例：设设MCS-51MCS-51单片机系统时钟频率单片机系统时钟频率CLKCLK为为6 6MHMHZ Z，请编出利用定时器请编出利用定时器/ /计数器计数器T0T0在在P1.0P1.0引脚上引脚上产生周期为产生周期为2 2秒，占空比为秒，占空比为50%50%的方波信号的方波信号的程序。的程序。2ms（1）主程序）主程序 任务：任务： a.T0工作方式的设定：工作方式的设定： 选择方式选择方式1（16位方式）（最大定时位方式）（最大定时131ms）b.定时常数的设定：定时常数的设定： TC=216-100ms/2s =15536=3CB0H 即：即