C的中断系统及定时计数器实用

会计学1C的中断系统及定时计数器实用2023/1/172

CPU进行工作A时发生了事件B，请求CPU马上处理

CPU暂时中断当前工作A，转去处理事件B

事件B处理完后，回到工作A被中断的地方继续处理A工作第1页/共67页2023/1/173

中断系统需要解决的问题

(1)中断源：中断请求信号的来源。包括中断请求信号的产生及该信号怎样被CPU有效地识别。而且要求中断请求信号产生一次，只能被CPU接收处理一次，即不能一次中断申请被CPU多次响应。这就涉及到中断请求信号的及时撤除问题。

(2)中断响应与返回：CPU采集到中断请求信号后，怎样转向特定的中断服务子程序及执行完中断服务子程序怎样返回被中断的程序继续正确地执行。中断响应与返回的过程中涉及到CPU响应中断的条件、现场保护等问题。第2页/共67页2023/1/174(3)优先级控制：一个计算机应用系统，特别是计算机实时测控应用系统，往往有多个中断源，各中断源所要求的处理具有不同的轻重、缓急程度。与人处理问题的思路一样，希望重要紧急的事件先处理，而且如果当前处于正在处理某个事件的过程中，有更重要、更紧急的事件到来，就应当暂停当前事件的处理，转去处理新事件。这就是中断系统优先级控制所要解决的问题。中断优先级的控制形成了中断嵌套。第3页/共67页2023/1/175MCS-51单片机的中断系统结构执行主程序主程序继续执行主程序断点中断请求中断响应执行中断处理程序中断返回第4页/共67页2023/1/176随着计算机技术的应用，人们发现中断技术不仅解决了快速主机与慢速I/O设备的数据传送问题，而且还具有如下优点：分时操作。CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用率；实时响应。CPU能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。第5页/共67页2023/1/1775.1.280C51中断系统的结构中断源中断标志中断允许中断优先级第6页/共67页2023/1/178中断源5.1.280C51中断系统的结构外部中断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）80C51的中断系统有5个中断源（8052有6个），2个优先级，可实现二级中断嵌套。第7页/共67页2023/1/1791、外部中断0（P3.2），可由IT0(TCON.0)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0(TCON.1)置1，向CPU申请中断。2、外部中断1(P3.3），可由IT1(TCON.2)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1(TCON.3)置1,向CPU申请中断。3、TF0（TCON.5），片内定时/计数器T0溢出中断请求标志。当定时/计数器T0发生溢出时，置位TF0，并向CPU申请中断。第8页/共67页2023/1/1710

4、TF1（TCON.7），片内定时/计数器T1溢出中断请求标志。当定时/计数器T1发生溢出时，置位TF1，并向CPU申请中断。5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据时置位TI，向CPU申请中断。第9页/共67页2023/1/1711

80C51的中断系统——中断标志位中断源中断标志位CPUINT0IE0T0TF0INT1IE1T1TF1串口TI/RI第10页/共67页2023/1/1712(1)TCON的中断标志IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。当IT0=0时，为电平触发方式。当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。

76543210TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0字节地址：88H第11页/共67页2023/1/1713触发方式设置及中断标志

76543210TCONTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0字节地址：88H电平方式（ITx=0），INTx引脚低电平时IEx=0，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）第12页/共67页2023/1/1714两种触发方式比较：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。第13页/共67页2023/1/1715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。第14页/共67页2023/1/1716RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位RI。同样，RI必须由软件清除。TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬件置位TI。CPU响应中断时，不能自动清除TI，TI必须由软件清除。(2)SCON的中断标志76543210SCONTIRI字节地址：98H第15页/共67页2023/1/171780C51的中断系统——中断允许中断源中断标志位中断允许CPUINT0IE0T0TF0INT1IE1T1TF1串口TI/RI5.1.380C51中断的控制第16页/共67页2023/1/1718中断允许控制器IECPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。

76543210IEEAESET1EX1ET0EX0字节地址：A8HEX0(IE.0)，外部中断0允许位；ET0(IE.1)，定时/计数器T0中断允许位；EX1(IE.2)，外部中断1允许位；ET1(IE.3)，定时/计数器T1中断允许位；ES（IE.4)，串行口中断允许位；EA(IE.7)，CPU中断允许（总允许）位。第17页/共67页2023/1/1719中断源中断标志位中断允许优先控制CPUINT0IE0PX0T0TF0PT0INT1IE1PX1T1TF1PT1串口TI/RIPSMCS-51的中断系统——中断优先级第18页/共67页2023/1/1720中断优先级控制器IP80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的

。

76543210IPPSPT1PX1PT0PX0字节地址：B8H同一优先级的自然顺序：自高至低：INT0、TO、INT1、T1、串口。

PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位；PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位；PX1（IP.2），外部中断1优先级设定位；PT1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位；PS

（IP.4），串行口优先级设定位；第19页/共67页2023/1/1721同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中断优先权排队问题。同一优先级的中断优先权排队，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如所示：第20页/共67页2023/1/1722中断优先级遵循的原则几个中断同时申请，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。

为了实现上述后两条原则，中断系统内部设有两个用户不能寻址的优先级状态触发器。其中一个置1，表示正在响应高优先级的中断，它将阻断后来所有的中断请求；另一个置1，表示正在响应低优先级中断，它将阻断后来所有的低优先级中断请求。。状态触发器的复位由中断返回指令RETI控制。第21页/共67页2023/1/172380C51中断系统的结构5个中断源、2个优先级第22页/共67页2023/1/17245.2

80C51单片机中断处理过程5.2.1中断响应条件和时间中断响应条件有中断请求

相应的中断允许位为1CPU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

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RETI或访问IE或IP

的指令

第23页/共67页2023/1/1725中断响应时间中断响应至少需要3个完整的机器周期（3~8个）！受阻时要附加3~5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)第24页/共67页2023/1/17265.2.2中断响应过程

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第25页/共67页2023/1/1727中断服务子程序：

INITT0：PUSHACCPUSHDPHPUSHDPLPUSHPSW

中断源服务

POPPSWPOPDPLPOPDPHPOPACCRETI保护现场恢复现场第26页/共67页2023/1/17285.2.3中断返回中断服务程序最后指令必须是RETI，其功能：将断点从堆栈弹送PC，CPU从原断点继续执行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必须成对使用第27页/共67页2023/1/1729中断处理过程示意图由硬件自动完成例：允许外部中断0：

SETBEASETBEX0或者：

MOVIE,#81H第28页/共67页2023/1/17305.2.4中断程序举例【例5-1】单外部中断源示例ORG0000HSTART:LJMPMAIN

ORG0003H

LJMPINTO

ORG0030HMAIN:CLRIT0;电平

SETBEA

SETBEX0

MOVDPTR，#1000H

…

…

主程序：第29页/共67页2023/1/1731中断服务程序:ORG0200HINT0:PUSHPSWPUSHACCCLRP3.0；由P3.0输出0NOPNOPSETBP3.0MOVP1,#0FFH；置P1口为输入

MOVA,P1；输入数据

MOVX@DPTR,A；存入数据存储器

INCDPTR；修改数据指针，指向下一个单元

…

…POPACC；恢复现场

POPPSWRETI第30页/共67页2023/1/1732【例5-2】多外部中断源示例中断服务程序:

ORG0003HLJMPINSE0

ORG0013HLJMPINSE1

…

…INSE0:PUSHPSW;XI0中断服务

PUSHACC

…

…POPACCPOPPSWRETI(转下页)

第31页/共67页2023/1/1733INSE1:PUSHPSW(接上页)

PUSHACCJBP1.0,DV1；P1.0为1，转XI1中断服务程序

JBP1.1,DV2；P1.1为1，转XI2中断服务程序

JBP1.2,DV3；P1.2为1，转XI3中断服务程序

JBP1.3,DV4；P1.3为1，转XI4中断服务程序INRET:POPACCPOPPSWRETIDV1:…

…

；XI1中断服务程序

AJMPINRET

…

…DV4:…

…

；XI4中断服务程序

AJMPINRET

第32页/共67页2023/1/1734【例5-3】在8051单片机的INT0引脚外接脉冲信号，要求每送来一个脉冲，把30H单元值加1，若30H单元计满则进位31H单元。试利用中断结构，编制一个脉冲计数程序。采用中断方法编制的程序，一般要包括以下几个内容：1）主程序，必须有一个初始化部分，用于设置堆栈位置、定义触发方式以及对优先寄存器、中断允许控制寄存器赋值等。2）选择中断服务程序的入口地址。3）编制中断服务程序第33页/共67页2023/1/1735

ORG0000HAJMPMAIN；设置主程序入口ORG0003H；外部中断入口AJMPSUBG；设置中断服务程序入口ORG0100HMAIN:MOVA,#00H；30H,31H清零MOV30H,AMOV31H,AMOVSP,#70H；设置堆栈指针SETBIT0；设INTO为边沿触发SETBEA；开中断SETBEX0；允许INT0中断AJMP$；等待中断SUBG:PUSHACC；保护现场INC30HMOVA,30HJNZBACKINC31HBACK:POPACC；恢复现场RETI第34页/共67页2023/1/17365.3

80C51单片机的定时/计数器两个16位内部定时器/计数器（T/C，Timer/Counter）若是计数内部晶振驱动时钟，则是定时器；若是计数8051的输入引脚的脉冲信号，则它是计数器。定时器实际上也是工作在计数方式下，只不过对固定频率的脉冲计数。由于脉冲周期固定,由计数值可以计算出时间，有定时功能。第35页/共67页2023/1/17375.3.1定时/计数器的结构和工作原理一、定时/计数器的结构TH1、TL1TH0、TL0TCONTMOD定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。第36页/共67页2023/1/1738二、定时/计数器的工作原理加1计数输入的计数脉冲有两个来源：一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来（称为机器周期脉冲）；另一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。每来一个脉冲，计数器加1.当计数器回零的同时，产生信号使TCON中TF0或TF1置1，并向CPU发出终端请求（定时/计数器中断允许时）。此“溢出事件”具有重要的含义。如果定时/计数器工作于定时模式，表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。第37页/共67页2023/1/1739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。

注意:(若计数值为N,计数初值为X)溢出信号使TF0或TF1置1，并发出中断请求，16位时有：

N=65536-X，或X=65536-N12MHz晶振时，计数频率低于0.5MHz

第38页/共67页2023/1/17405.3.2定时/计数器的控制TMOD:设置其工作方式TCON:用于控制其启动和中断申请一、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。

76543210TMODGATEC/TM1M0GATEC/TM1M0字节地址：89H第39页/共67页2023/1/1741

1.C/T定时器方式或计数器方式选择位

若C/T=1时,为计数器方式;C/T=0时,为定时器方式。

2.GATE定时器/计数器运行门控标志位当GATE=1时,T/C的启动受双重控制，即要求INT0(或INT1)引脚为高电平且TR0(或TR1)置1时,相应的T/C才被选通工作。若GATE=0,T/C的启动仅受TR0(或TR1)控制，即置1,T/C就被选通,而不管INT0(或INT1)的电平是高还是低。3.M1M0：工作方式设置位。可设置四种工作方式(见下页）。第40页/共67页2023/1/1742M1M0工作方式说明00方式013位定时/计数器(TH的8位和TL的低5位）

01方式116位定时/计数器10方式28位自动重装定时/计数器11方式3T0分成两个独立的8位定时/计数器；T1此方式3停止计数注意：TMOD不能进行位寻址

第41页/共67页2023/1/1743二、控制寄存器TCON

76543210TCONTF1TR1TF0TR0字节地址：88HTF0、TF1分别是定时器/计数器T0、T1的溢出中断标志位,加法计数器计满溢出时置1,申请中断,在中断响应后自动复0。TF产生的中断申请是否被接受,还需要由中断是否开放来决定。

TR1、TR0分别是定时器/计数器T1、T0的运行控制位,通过软件置1后,定时器/计数器才开始工作,在系统复位时被清0。第42页/共67页2023/1/17445.3.3定时/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

第43页/共67页2023/1/1745当TMOD中M1M0=00时，为方式0方式0为13位的T/C，由TH提供高8位，TL提供低5位，满计数值为213。计数脉冲能否加到计数器上，受启动信号的控制。当GATE=0,TR=1，则启动。当GATE=1,启动信号=TR.INT，启动受到双重控制。T/C启动后立即加1计数，当13位计数满时，TH向高位进位，进位将中断溢出标志TF置1，产生中断请求，表示定时时间到，或计数次数到。T/C开中断，ET=1,且CPU开中断，EA=1，则CPU转向中断服务程序，TF自动清零。第44页/共67页2023/1/1746C/T=1时，则为计数模式，有：X=213-N=8192-N(N为计数次数)C/T=0时，则为定时模式，有：X=213-N=8192-N，N=t/Tcy（t为定时时间，Tcy为机器周期）【例5-3】若计数个数N为2，求计数初值。公式法计算：X＝8192－2=8190=1FFEH求补法计算：对0000000000010B取反加1为：

1111111111110B(1FFEH)计数初值X的计算：公式法

求补法：X=对N求补第45页/共67页2023/1/1747门控位作用:当GATE=0时仅由TR0控制与门的开启。与门输出1时，控制开关接通，计数开始；当GATE=1时与门的开启由INT0和TR0共同控制。这种方式可以用来测量INT0引脚上正脉冲的宽度。

注意：方式0的计数初值高8位和低5位确定麻烦

，实际应用中常由16位的方式1取代。第46页/共67页2023/1/1748方式1：16位方式

X=216-N=65536-N计数范围：1～65536

计数初值要分成2个字节分别送入TH0、TL0第47页/共67页2023/1/1749【例5-4】若要求定时器T0工作于方式1，定时时间为1ms，当晶振为6MHz时，求送入TH0和TL0的计数初值各为多少？应怎样送入TH0和TL0？由于晶振为6MHz，所以机器周期Tcy为2µS，因此：N=t/Tcy=1×10-3/2×10-6＝500X＝216-N＝65536-500＝65036＝FE0CH也可以利用以下2条指令完成：MOVTL0,#(65536-500)MOD256;余数为计数初值的低字节MOVTH0,#(65536-500)/256;商为计数初值的高字节用传送指令分别将FEH送入TH0中，0CH送入TL0中即可。第48页/共67页2023/1/1750方式2：8位自动重装方式

X=28-N=256-N计数范围：1～256适用于循环定时或循环计数应用。当TMOD中M1M0=10时，为方式2电路的逻辑结构第49页/共67页2023/1/1751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）当TMOD中M1M0=11时，为方式3第50页/共67页2023/1/1752方式3只适合于T/C0，TH0和TL0成为两个独立的计数器。TL0可作定时器/计数器，占用T/C0在TCON和TMOD寄存器的控制位和标志位；而TH0只能作定时器，占用T/C1的资源TR1和TF1。在这种情况下，T/C1还可以用于方式0，1，2，但不能使用中断方式。第51页/共67页2023/1/1753定时器/计数器的初始化1)初始化步骤 在使用51系列单片机的T/C前，应对它进行编程初始化，主要是对TCON和TMOD编程，还需要计算和装载T/C的计数初值。一般完成以下几个步骤：

1、确定T/C的工作方式——编程TMOD寄存2、计算T/C中的计数初值，并装载到TH和TL；3、T/C在中断方式工作时，必须开CPU中断和源中断——编程IE寄存器；4、启动定时器/计数器——编程TCON中TR1或TR0位。第52页/共67页2023/1/17542）计数初值的计算

定时器的计数初值：在定时器方式下，T/C是对机器周期脉冲计数的，fOSC=6MHZ，一个机器周期为12/fOSC=2us，则方式013位定时器最大定时间隔=213*2us=16.384ms方式116位定时器最大定时间隔=216*2us=131.072ms

方式28位定时器最大定时间隔=28*2us=512us

若T/C工作在定时器方式1时，要求定时1ms，求计数值。如设计数初值为x，则有：(216-x)*2us=1000us推出x=216-500因此，TH,TL可置65536-500第53页/共67页2023/1/1755计数器的计数初值在计数器方式下：

方式013位计数器的满计数值=213=8192方式116位计数器的满计数值=216=65536

方式28位计数器的满计数值=28=256

若T/C工作在计数器方式2时，则要求计数10个脉冲的计数初值，如设计数初值为x。则有

28-x=10即x=28-10因此，TH=TL=256-10第54页/共67页2023/1/17565.3.4定时/计数器用于外部中断扩展例：用T0扩展一个外部中断源。将T0设置为计数器方式，按方式2工作，TH0、TL0的初值均为0FFH，T0允许中断，CPU开放中断。其初始化程序如下：

MOVTMOD,#06H;置T0为计数器方式2MOVTL0,#0FFH;置计数初值

MOVTH0,#0FFHSETBTR0;启动T0工作

SETBEA;CPU开中断

SETBET0;允许T0中断

…

…T0外部引脚上出现一个下降沿信号时，TL0计数加1;产生溢出时，TF0硬件置1，向CPU发出中断请求…

…

第55页/共67页2023/1/17575.3.5定时/计数器应用举例初始化程序应完成：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。第56页/共67页2023/1/1758计数应用【例5-5】有一包装流水线，产品每计数24瓶时发出一个包装控制信号。试编写程序完成这一计数任务。用T0完成计数，用P1.0发出控制信号。确定方式字：T0在计数的方式2时：M1M0=10，GATE=0，C/T=1方式控制字为06H

求计数初值X:N=24X=256-24=232=E8H应将E8H送入TH0和TL0中第57页/共67页2023/1/1759ORG0000HLJMPMAIN

ORG000BHLJMPDVT0

ORG0100HMAIN:MOVTMOD,#06H;置T0计数方式2MOVTH0,#0E8H;装入计数初值

MOVTL0,#0E8HSETBET0;T0开中断

SETBEA;CPU开中断

SETBTR0;启动T0SJMP$;等待中断DVT0:SETBP1.0NOPNOPCLRP1.0RETIEND主程序

中断服务程序

第58页/共67页2023/1/1760【例5-6】设单片机晶振频率为6MHZ，使用定时器1以方式0产生周期为500us的等宽方波连续脉冲，并由P1.0输出。确定方式字：T1定时在方式0时:M1M0=00;C/T=0;GATE=0控制方式字为00H求计数初值：Tcy=2usN=250us/2us=125X=213-N=8067用二进制表示为1111110000011故TH1=0FCH;TL1=03HMOVTMOD,#00HMOVTH1，#0FCHMOVTL1，#03HMOVIE,#00HSETBTR1;启动定时LOOP:JBCTF1，LOOP1AJMPLOOPLOOP1：MOVTH1，#0FCHMOVTL1，#03HCPLP1.0AJMPLOOP第59页/共67页2023/1/1761定时应用

定时时间较小时（小于65ms）。晶振为12MHz时，Tcy为1µS。可直接采用方式1完成定时任务。

【例5-7】利用定时/计数器T0的方式1，产生10ms的定时，并使P1.0引脚上输出周期为20ms的方波，采用中断方式，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1µSN=10ms/1µS=10

000X=65536-10000=D8F0H应将D8送TH0,F0H送TL0

第60页/共67页2023/1/1762ORG0000HLJMPMAIN

ORG000BHLJMPDVT0

ORG0100HMAIN:MOVTMOD,#01H;置T0方式1MOVTH0,#0D8H;装入计数初值

MOVTL0,#0F0H