定时计数器及中断系统.ppt

,4.1 定时器/计数器,MCS-51单片机内部共有两个16位可编程的定时器/计数器，即 定时器T0和定时器T1它们既有定时功能又有计数功能。,4.4.1 结构,定时器/计数器的基本结构如图4.1所示。基本部件是两个8位计 数器（其中TH1和TL1是T1的计数器，TH0和TL0是T0的计数器）。,图4.1 定时器/计数器结构,在作定时器使用时，输入的时钟脉冲是由晶体振荡器的输出 经12分频后得到的。 当它用作对外部事件计数时，接相应的外部输入引脚T0（P3.4） 或T1（P3.5）。,4.1.2 控制寄存器,1. 定时器控制寄存器（TCON）,各位定义：,TF0/TF1： 查询方式：禁止中断，软件查询TF0的值，软件清“0” 中断方式：硬件查询TF0的值，硬件自动清“0”,2. 工作方式寄存器（TMOD）,功能：确定定时器的工作方式及功能选择。,不能位寻址，TMOD各位的定义：,GATE：门控位 0：定时器/计数器仅受TR的控制,1：只有,为高电平，且TR=1时，定时器/计数器才工作,：功能选择位 0：定时功能 1：计数功能,：工作方式选择位,00 方式0 01 方式1 10 方式2 11 方式3,3. 中断允许控制寄存器（1E）,每一位的内容在前面已作详细介绍，在此不作赘述。 查询方式时：关闭中断，使用软件查询TF0/TF1 中断方式时：开放中断，使用硬件自动查询TF0/TF1,4.1.3 工方式,MCS-51的定时器/计数器共有四种工作方式。工作在方式0、方 式1和方式2时，定时器/计数器0和定时器/计数器1的工作原理完全 一样，现以定时器/计数器0为例介绍前三种工作方式。,1. 方式0（M1M0=00） （1）电路逻辑结构 方式0是13位计数结构的工作方式，其计数器由TH0全部8位 和TL0的低5位构成。TL0高三位弃之不用。图4.2 是定时器/计数 器0工作在方式0的逻辑结构。,图4.2 定时器/计数器方式0逻辑结构,当,时，多 路 转换开关接通 振 荡 脉冲的12分频输出，,13位计数器以此作为计数 脉冲，这时实现定时功能当,时，,多路换开关接通计数引脚（T0），计 数 脉冲由外部引入，当计数 脉冲发生负跳变时，计数器加1，这时实现计数功能。不管哪种功 能，当13位计数 发生溢 出时，硬件自动把13位清零，同时硬件置 位溢出标志位TF0。,在这里需要说明门控位（GATE）的用途，当GATE = 0时，或,输出的高电平与,无关，此时与门的输出只受运行控制位T R0控,制。如果TR0=0，则与门输出为低电平，则模 拟开关断开，定时器 /计数 器不工作。如果TR01，则与门输出为高电平，则模 拟开关 闭合，定时器/计数器工作。,当GATE=1时，只有TR0和,同时为高电平，定时器/计数 器,才工作，否则，定时器/计数器不工作。,（2）定时和计数的应用 计数范围：1213 计数计算公式：计数值213计数初值 定时范围：1机器周期213机器周期 定时计算公式：定时时间（213定时初值）机器周期 如果晶振频率为6MHz ，则最大定时时间为： 2131/6MHz12214（ ）,2. 方式1（M1M0=01） 方式1是16位计数结构的工作方式，其计数器由TH0全部8位 和TL0的全部8位构成。其逻辑电路和工作情况与方式0完全相同， 所不同的只是计数 器的位数。MCS-51单片机之所以设置几乎完 全一 样 的方式0和方式1，是出于与 MCS-48单片机兼容的要求。 因为，MCS48单片机的定时器/计数器是13位的计数结构。,定时和计数的应用 计数范围：1216 计数计算公式：计数值216计数初值 定时范围：1机器周期216机器周期 定时计算公式：定时时间（216定时初值）机器周期 如果晶振频率为6MHz ，则最大定时时间为： 2161/6MHz12217（ ）,【例4-1】设单片机晶振频率为6MHZ，使用T1以工作方式1，产生周 期为500,的等宽正方波，并由,输出，以中断方式编程。,分析：题目的要求可用下图来表示。,由上图可以看出只要使,的电位每隔250,取一次反即可。所,。,以定时时间应取250,。,1)计算计数初值 设计数初值为x，由定时计算公式知：,2)专用寄存器的初始化,所以，TMOD应设置为：10H 开放定时器/计数器1中断，所以IE应设置为：88H,3) 编写程序,3. 方式2（M1M0=10） （1）电路逻辑结构 电路逻辑结构如图6.5所示，由图可以总结出方式2具有以下特点：,图4.3 定时器/计数器方式0逻辑结构,8位计数器 TL0作计数器，TH0作预置寄存器使用，计数溢出时，TH0中的 计数初值自动装入TL0，即TL0是一个自动恢复初值的8位计数器。 在使用时，要把计数初值同时装入TL0和TH0中。 优点是提高定时精度，减少了程序的复杂程度。,（2）定时和计数的应用 计数范围：128 计数计算公式：计数值28计数初值 定时范围：1机器周期28机器周期 定时计算公式：定时时间（28定时初值）机器周期,【例6-2】 用定时器1以工作方式2实现计数，每计数100，累加器进 行加1操作，以查询方式编写程序。,解： 1)计算计数初值,2)专用寄存器初始化,0 1 1 0 0 0 0 0,所以，TMOD60H 使用查询方式，所以关闭中断，即IE=00H,3) 程序设计,4. 方式3（M1M0=11） 前面介绍的三种工作方式对两个定时器/计数器而言，工作原 理是完全一样的。但在工作方式3下，两个定时器工作原理却完全 不同，因此要分开介绍。 （1）工作方式3下的定时器/计数器0 在方式3下，定时器/计数器0被拆为两个独立的8位的计数器 TL0和TH0。其中TL0 既可以作为计数功能使用，又可以作定时功能 使用，享用定时器/ 计数器0的运行控制位TR0和溢出标志位TF0。 对于TH0，只能作定时器使用，由于定时器/ 计数器0的运行控制 位TR0和溢出标志位TF0已被TL0占用，因此TH0占用了定时器/计数 器1的运行控制位TR1和溢出标志位TF1。即定时的启动和停止受 TR1的状态控制，而计数溢出时则置位TF1。,（2）工作方式3下的定时器/计数器1 当定时器/计数器0工作在方式3时，定时器/计数器1只能工 作在方式0、方式1和方式2。在这种情况下定时器/计数器1只能 作波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。作波特率发生 器使用时，只要设置好工作方式，便可自动运行。如果要停止 工作，只需要把定时器/计数器1设置在工作方式3就可以了。因 为定时器/计数器1不能工作在方式3下，如果硬把它设置在方式 3，它就会停止工作。,例4.3,用T0作50ms内部定时，每50ms在T1引角产生一脉冲供T1计数器作记数脉冲，若T1计数器为20，便可得到定时1秒的定时程序： MOV TMOD，#61H；T0为16位定时， T1为8位自动重载 MOV DPTR，#15536；设定定时或记数初值 MOV TL0，DPL；T0为50ms内定时,MOV TH0，DPH MOV TL1，#236；T1计数初值 MOV TH1，#236 SETB TR0 SETB TR1 LOOP：JNB TF0，$ CLR TF0 MOV DPTR，#15536 MOV TL0，DPL,MOV TH0，DPH CLR P3.5 SETB P3.5 JNB TF1，LOOP CLR TF1,5 定时器举例 【例6-4】,通过定时器1来产生中断，控制P1.0线上的脉冲输出，并经,三极管驱动扬声器，发出音调信号。,1) 电路设计,2) 程序设计,DB 33H,33H,3DH,33H,26H DB 26H, 26H, 26H,2DH,2DH DB 26H,2DH,33H,33H,33H DB 33H, 33H,33H,4DH,45H DB 45H, 45H45H, 45H, 45H DB 45H, 45H,33H,33H,3DH DB 33H,26H,26H,26H, 28H DB 2DH, 2DH, 26H,26H,33H DB 33H,33H,33H,45H,3DH,4.2 中断系统 单片机在某一时刻只能处理一个任务，当多个任务同时要求单片机处理时，这一要求应该怎么实现呢？通过中断可以实现多个任务的资源共享。 所谓的中断就是，当CPU正在处理某项事务的时候，如果外界或者内部发生了紧急事件，要求CPU暂停正在处理工作而去处理这个紧急事件，待处理完后，再回到原来中断的地方，继续执行原来被中断的程序，这个过程称作中断。 从中断的定义我们可以看到中断应具备中断源、中断响应、中断返回这样三个要素。中断源发出中断请求，单片机对中断请求进行响应，当中断响应完成后应进行中断返回，返回被中断的地方继续执行原来被中断的程序。,4.2.1 中断源与入口地址 1. 外部中断源,外部中断0（,）：来自,引脚，采集到低电平或者下降,沿时，产生中断请求。,外部中断1（,）：来自,引脚，采集到低电平或者下降,沿时，产生中断请求。,2. 内部中断源,定时器计数器0（,）：定 时功能时，计数 脉冲来自片内；,计数功能时，计数脉冲来自片外,引脚。发生溢出时，产生中,定时器计数器1（,）：定时功能 时，计数 脉 冲来自片内；,计数功能时，计数脉冲来自片外,引脚。发生溢出时，产生中,串行口：为完成串行数据传送而设置。单片机完成接受或发 送 一组数据时，产生中断请求。,断请求。,断请求,IE0和IE1外中断请求标志位,当CPU采样到,（或,）端出现有效中断请求时，IE0,（IE1）位由硬件置“1”。当中断响应完成转向中断服务程序,时，由硬件把IE0（或IE1）清零。,TF0和TF1计数溢出标志位,当计数器产生计数溢出时，相应的溢出标志位由硬件置“1”。,当转向中断服务时，再由硬件自动清“0”。计数溢出标志位,的使用有两种情况：采用中断方式时，作中断请求标志位,来使用；采用查询方式时，作查询状态位来使用。,3 中断请求标志位,TI串行口发送中断请求标志位 当发送完一帧串行数据后，由硬件置“1”；在转向中断服务 程序 后，用软件清“0”。,RI串行口接收中断请求标志位 当接收完一帧串行数据后，由硬件置“1”；在转向中断服务 程序后，用软件清“0”。串行中断请求由TI和RI的逻辑或得 到。,4 中断入口地址,当CPU查询到中断请求时，由硬件自动产生一条LCALL指令， LCALL指令执行时，首先将PC内容压入堆栈进行断点保护，再把 中断入口地址装入PC，使程序转向相应的中断区入口地址。LCALL 指令的形式如下：,LCALL addr16 ；addr16：中断入口地址,入口地址已由系统设定，如下：,4.2.2中断允许控制寄存器（IE）中断优先级寄存器（IP）,进行字节操作时，寄存器地址为0A8H。按位操作时，各位的地,址为0A8H0AFH。寄存器的内容及位地址表示如下：,1 中断允许控制寄存器（IE）,其中与中断有关的控制位共6位：,EA中断允许总控制位,EA0 中断总禁止，禁止所有中断 EA1 中断总允许，总允许后中断的禁止或允许由各中断 源的中断允许控制位进行设置。,EX0和EX1外部中断允许控制位,EX0（EX1）0 禁止外部中断 EX0（EX1）1 允许外部中断,ET0和ET1定时器/计数器中断允许控制位,ET0（ET1）0 禁止定时器/计数器中断 ET0（ET1）0 允许定时器/计数器中断,ES串行中断允许控制位,ES=0 禁止串行中断 ES=1 允许串行中断,2. 中断优先级控制寄存器（IP）,IP寄存器地址0B8H，位地址为0BFH0B8H。寄存器的内容,及位地址表示如下：,其中：,PX0外部中断0优先级设定位；,PT0定时中断0优先级设定位；,PX1外部中断1优先级设定位；,PT1定时中断1优先级设定位；,PS串行中断优先级设定位。,以上各位设置为“0”时，则相应的中断源为低优先级；设置为,“1”时，则相应的中断源为高优先级。,优先级的控制原则是：,低优先级中断请求不能打断高优先级的中断服务；但 高优先级,中断请求可以打断低优先级的中断服务，从而实现中断嵌套。,如果一个中断请求已被响应，则同级的其它中断服务将被禁止。,即同级不能嵌套。,如果同级的多个中断同时出现，则按CPU查询次序确定哪个中,断请求被响应。其查询次序为：外部中断0定时中断外部中,断定时中断串行中断。,上述四个专用寄存器的用途可以用图6.1说明。,图4.2.2 MCS-51中断系统,4.2.3 中断响应过程,1. 中断采样, 电平触发方式的外中断请求（IT0/IT10）采样到高电平时，表 明没有中断请求，IE0或IE1继续为“0”。采样到低电平时，IE0/IE1 由硬件自动置“1”，表明有外中断请求发生。, 脉冲触发式的外中断请求（IT0/IT11）在相邻的机器周期采样 到的电平由高电平变为低电平时，则IE0/IE1由硬件自动置“1”， 否则为“0”。,2. 中断查询,由CPU测试TCON和SCON中的各个中断标志位的状态，确 定有那个中断源发生请求，查询时按 优先级 顺序进行查询，即 先询高优先级查询低优先级。,如果查询到有标志位为“1”，表明有中断请求发生，接着 就 从相邻的下一机器周期开始进行中断响应。,3. 中断响应,当CPU查询到中断请求时，由硬件自动产生一条LCALL指令， LCALL指令执行时，首先将PC内容压入堆栈进行断点保护，再把 中断入口地址装入PC，使程序转向相应的中断区入口地址。LCALL 指令的形式如下：,LCALL addr16 ；addr16：中断入口地址,入口地址已由系统设定，如下：,编写中断服务程序的格式一般如下： ORG 0000H SJMP MAIN ORG 0003H AJMP 1NJERRVP MAIN： HERE： SJMP HERE 1NJERRVP： ；中断响应程序 RETI 并不是所有的请求都被响应，当遇到下列情况之一时不响应 这些中断请求： （1）CPU正在处理一个同级或者高级的中断服务 （2）当前指令还没有执行完毕 （3）当前指令是RET、RETI或者是访问IP、IE的指令，执行完 这些指令后，还必须再执行一条指令，才响应中断请求。,4 中断请求