第五章MCS-51单片机中断系统与定时计数器

1、1单片机原理及应用单片机原理及应用1、中断的基本概念，中断系统结构，中断响应过程，、中断的基本概念，中断系统结构，中断响应过程，中断初始化程序及中断服务程序的编写；中断初始化程序及中断服务程序的编写； 2、定时、定时/计数器结构和工作原理，定时计数器结构和工作原理，定时/计数器初始计数器初始化编程。化编程。5.1 中断系统中断系统5.2 定时定时/计数器计数器25.1 中断系统中断系统35.1 中断系统中断系统一、中断的基本概念一、中断的基本概念同学提问教师讲课教师答疑教师讲课中断示意图1、日常生活中断的例子、日常生活中断的例子教师讲课教师讲课过程过程中，同学遇有疑问，中，同学遇有疑问，随时向

2、老师随时向老师提问提问，教师终止当前的讲教师终止当前的讲课，课，解答解答学生疑问学生疑问后再后再继续之前的讲继续之前的讲课课。4中断申请主程序中断服务程序返回中断示意图2、计算机的中断概念、计算机的中断概念中断中断是指由于某种随机事件的是指由于某种随机事件的发生，计算机暂停现行程序的运发生，计算机暂停现行程序的运行，转去执行另一程序，以处理行，转去执行另一程序，以处理发生的事件，处理完毕后又自动发生的事件，处理完毕后又自动返回原来的程序继续运行。返回原来的程序继续运行。 能引起中断的事件称为能引起中断的事件称为中断源中断源。 CPU现行运行的程序称为现行运行的程序称为主程主程序序。 处理随机事

3、件的程序称为处理随机事件的程序称为中断中断服务子程序服务子程序。53、中断技术的优点、中断技术的优点 1）分时操作分时操作。CPU可以分时为多个可以分时为多个I/O设备服务，设备服务，提高了计算机的利用率；提高了计算机的利用率；2）实时响应实时响应。CPU能够及时处理应用系统的随机事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；件，系统的实时性大大增强； 3）可靠性高可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电等突发具有处理设备故障及掉电等突发性事件的能力，从而使系统可靠性提高。性事件的能力，从而使系统可靠性提高。6二、二、MCS-51的中断系统的中断系统1）中断请求信号中断请求信号的产生的

4、产生 ( 中断源如何申请中断？中断源如何申请中断？)2）CPU如何响应如何响应？(如何知道有中断请求？是否有求如何知道有中断请求？是否有求必应？响应后的处理过程？必应？响应后的处理过程？)3）中断）中断优先权优先权问题；问题； 4）中断的）中断的具体服务具体服务； 5）中断服务完毕，如何）中断服务完毕，如何返回返回原程序。原程序。中断系统应解决如下问题：中断系统应解决如下问题：7二、二、MCS-51的中断系统的中断系统80C51的中断系统有的中断系统有5个中断源个中断源，2个优先级个优先级，可，可实现实现二级中断嵌套二级中断嵌套 ，其结构如下图所示。，其结构如下图所示。 IE0TCONSCON

5、INT0 IT0=0 IT0=1INT1 IT1=0 IT1=1TF0 IE1TF1T0T1TIRITXDRXDESET0EX0EX1ET1EA自然优先级自然优先级矢量矢量地址地址高级中断请求高级中断请求自然优先级自然优先级矢量矢量地址地址低级中断请求低级中断请求PX0PT0PX1PT1PSIEIP中断标志位中断源允许总允许中断优先级81、中断源、中断源1）INT0（P3.2）。可由。可由IT0（TCON.0）选择其为低电选择其为低电平有效还是下降沿有效。当平有效还是下降沿有效。当CPU检测到检测到P3.2引脚上引脚上出现有效的中断信号时，中断标志出现有效的中断信号时，中断标志IE0（TCON

6、.1）置置1，向，向CPU申请中断。申请中断。2）INT1（P3.3）。可由。可由IT1（TCON.2）选择其为低电选择其为低电平有效还是下降沿有效。当平有效还是下降沿有效。当CPU检测到检测到P3.3引脚上引脚上出现有效的中断信号时，中断标志出现有效的中断信号时，中断标志IE1（TCON.3）置置1，向，向CPU申请中断。申请中断。 5个中断源包含个中断源包含2个外部中断个外部中断和和3个内部中断个内部中断。2个外部中断个外部中断91、中断源、中断源3）TF0（TCON.5），），片片内定时内定时/计数器计数器T0溢出溢出中断请求标中断请求标志。当定时志。当定时/计数器计数器T0发生溢出时，

7、置位发生溢出时，置位TF0，并向，并向CPU申请中断。申请中断。4）TF1（TCON.7），），片片内定时内定时/计数器计数器T1溢出溢出中断请求标中断请求标志。当定时志。当定时/计数器计数器T1发生溢出时，置位发生溢出时，置位TF1，并向，并向CPU申请中断。申请中断。 5）RI（SCON.0）或或TI（SCON.1），串行口中断请求串行口中断请求标标志。当串行口接收完一帧串行数据时置位志。当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口或当串行口发送完一帧串行数据时置位发送完一帧串行数据时置位TI，向，向CPU申请中断。申请中断。 3个内部中断个内部中断102、中断请求标志、中断请求标志IT

8、0：外部中断：外部中断0触发方式控制位。触发方式控制位。 当当IT0=0时，为时，为电平触发电平触发方式。方式。 当当IT0=1时，为时，为边沿触发边沿触发方式（下降沿有效）。方式（下降沿有效）。 IE0：外部中断：外部中断0中断请求标志位。中断请求标志位。 IT1：外部中断：外部中断1触发方式控制位。触发方式控制位。 IE1：外部中断：外部中断1中断请求标志位。中断请求标志位。 TF0：定时：定时/计数器计数器T0溢出中断请求标志位。溢出中断请求标志位。 TF1：定时：定时/计数器计数器T1溢出中断请求标志位。溢出中断请求标志位。 1）TCON的中断标志的中断标志TCON(88H)TF1TR

9、1TF0TR0IE1IT1IE0IT011若外部中断定义为电平触发方式：若外部中断定义为电平触发方式：中断标志位中断标志位的状态随的状态随CPU在每个机器周期采样到的外部中断在每个机器周期采样到的外部中断输入引脚的电平变化而变化，这样能提高输入引脚的电平变化而变化，这样能提高CPU对对外部中断请求的响应速度。但外部中断源外部中断请求的响应速度。但外部中断源若有请求若有请求，必须把必须把有效的低电平保持到请求获得响应时为止有效的低电平保持到请求获得响应时为止，不然就会漏掉；而在不然就会漏掉；而在中断服务程序结束之前中断服务程序结束之前，中断，中断源又源又必须撤消其有效的低电平必须撤消其有效的低电

10、平，否则中断返回之后，否则中断返回之后将再次产生中断。将再次产生中断。12若外部中断定义为边沿触发方式：若外部中断定义为边沿触发方式：在相继连续在相继连续的两次采样中，一个周期采样到外部中断输入为高的两次采样中，一个周期采样到外部中断输入为高电平，下一个周期采样到为低电平，则在电平，下一个周期采样到为低电平，则在IE0或或IE1中将锁存一个逻辑中将锁存一个逻辑1。即便是。即便是CPU暂时不能响应暂时不能响应，中断申请标志也不会丢失中断申请标志也不会丢失，直到，直到CPU响应此中断响应此中断时才清零。这样，为保证下降沿能被可靠地采样到，时才清零。这样，为保证下降沿能被可靠地采样到，外中断引脚上的

11、外中断引脚上的高低电平高低电平（负脉冲的宽度）均（负脉冲的宽度）均至少至少要保持一个机器周期要保持一个机器周期（若晶振为（若晶振为12MHz时，为时，为1微微秒）。秒）。 132、中断请求标志、中断请求标志RI：串行口：串行口接收中断接收中断标志位。当允许串行口接收数据标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位时，每接收完一个串行帧，由硬件置位RI。RI必必须由软件清除须由软件清除。 TI：串行口：串行口发送中断发送中断标志位。当标志位。当CPU将一个发送数据写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

12、行帧，由硬件置位送完一个串行帧，由硬件置位TI。CPU响应中断响应中断时，不能自动清除时，不能自动清除TI，TI必须由软件清除必须由软件清除。 2）SCON的中断标志的中断标志SCON(98H)TIRI143、中断的控制、中断的控制EX0：外部中断：外部中断0允许位；允许位； ET0：定时：定时/计数器计数器T0中断允许位；中断允许位； EX1：外部中断：外部中断0允许位；允许位； ET1：定时：定时/计数器计数器T1中断允许位；中断允许位； ES：串行口中断允许位；：串行口中断允许位； EA ：CPU中断允许（总允许）位。中断允许（总允许）位。1）中断允许控制）中断允许控制IE(A8H)EA

13、ESET1EX1ET0EX0CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由是由中断允许寄存器中断允许寄存器IE控制的。控制的。153、中断的控制、中断的控制PX0：外部中断：外部中断0优先级设置位；优先级设置位； PT0：定时：定时/计数器计数器T0优先级设置位；优先级设置位； PX1：外部中断：外部中断0优先级设置位；优先级设置位； PT1：定时：定时/计数器计数器T1优先级设置位；优先级设置位； PS：串行口优先级设置位。：串行口优先级设置位。2）中断优先级控制）中断优先级控制IP(B8H)PSPT1PX1PT0PX08051单片机有两个

14、中断优先级，可实现二级中断服务嵌单片机有两个中断优先级，可实现二级中断服务嵌套，由套，由中断优先级寄存器中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定每个中中的相应位的状态来规定每个中断源的优先级断源的优先级 。16同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中断优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：系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如所示：CPU主主程程序序INT0INT1T0T1串口IE0TF0IE1TF1TISI中断源中断源中断标志位中断标志位中断入

15、口地址中断入口地址0023H000BH0003H0013H001BH自然优先级自然优先级高低17CPU同时接收到几个中断时，首先响应优先级别同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最高的中断请求。最高的中断请求。 正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断。中断请求所中断。正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断请求所中断。请求所中断。 MCS-51单片机的中断优先级有单片机的中断优先级有三条原则三条原则：18三、中断处理过程三、中断处理过程1、中断响应的条件、中断响应的条件 中断源有中断

16、请求；中断源有中断请求； 此中断源的中断允许位为此中断源的中断允许位为1； CPU开中断（即开中断（即EA=1）。）。同时满足时，同时满足时，CPU才有可能响应中断。才有可能响应中断。CPU执行程序过程中，在每个机器周期的执行程序过程中，在每个机器周期的S5P2期间，中期间，中断系统对各个中断源进行断系统对各个中断源进行采样采样。这些采样值在下一个机器周。这些采样值在下一个机器周期内按期内按优先级优先级和和内部顺序内部顺序被依次查询。被依次查询。 如果某个中断标志在上一个机器周期的如果某个中断标志在上一个机器周期的S5P2时被置成了时被置成了1，那么它将于现在的查询周期中及时被发现。接着，那么

17、它将于现在的查询周期中及时被发现。接着CPU便便执行一条由中断系统提供的硬件执行一条由中断系统提供的硬件LCALL指令，转向被称作指令，转向被称作中中断向量断向量的特定地址单元，进入相应的的特定地址单元，进入相应的中断服务程序中断服务程序。 19若由于上述条件的阻碍中断未能得到响若由于上述条件的阻碍中断未能得到响应，当条件消失时该中断标志却已不再有效，应，当条件消失时该中断标志却已不再有效，那么该中断将不被响应。那么该中断将不被响应。遇以下任一条件，硬件将受阻，不产生遇以下任一条件，硬件将受阻，不产生LCALL指令：指令： CPU正在处理正在处理同级同级或或高优先级高优先级中断；中断； 当前查

18、询的机器周期不是所执行指令的最后一个机器当前查询的机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期，即在周期，即在完成所执行指令前完成所执行指令前，不会响应中断不会响应中断； 正在执行的指令为正在执行的指令为RET、RETI或任何访问或任何访问IE或或IP寄存寄存器的指令，即只有在这些指令后面至少再执行一条指器的指令，即只有在这些指令后面至少再执行一条指令时才能接受中断请求。令时才能接受中断请求。202、中断响应时间、中断响应时间 S1M1S2 S3 S4 S5 S6 S1M2S2 S3 S4 S5 S6 S1M3S2 S3 S4 S5 S6 S1M4S2 S3 S4 S5 S6 S1M5S2 S3

19、S4 S5 S6中断中断有效有效标志标志锁存锁存标志查询标志查询保护断点，长调用至入口保护断点，长调用至入口中断服务中断服务某中断的响应时序图：某中断的响应时序图： 若若M1周期的周期的S5P2前某中断生效，在前某中断生效，在S5P2期间其中断期间其中断请求被锁存到相应的标志位中去；请求被锁存到相应的标志位中去；M2恰逢指令的最恰逢指令的最后一个机器周期，且该指令不是后一个机器周期，且该指令不是RETI或访问或访问IE、IP的的指令。于是，指令。于是，M3和和M4便可以执行硬件便可以执行硬件LCALL指令，指令，M5周期将进入了中断服务程序；周期将进入了中断服务程序； 80C51的中断响应时间

20、（从标志置的中断响应时间（从标志置1到进入相应的中到进入相应的中断服务），至少要断服务），至少要3个完整的机器周期；个完整的机器周期；213、中断响应过程、中断响应过程v将相应的将相应的优先级状态触发器优先级状态触发器置置1（以阻断后来的同（以阻断后来的同级或低级的中断请求）。级或低级的中断请求）。 v执行一条执行一条硬件硬件LCALL指令，即把程序计数器指令，即把程序计数器PC的的内容内容压入堆栈压入堆栈保存，再将相应的中断服务程序的保存，再将相应的中断服务程序的入口地址入口地址送入送入PC。 v执行执行中断服务中断服务程序。程序。 中断响应过程的前两步是由中断系统内部自动中断响应过程的前两

21、步是由中断系统内部自动完成的，而中断服务程序则要由用户编写程序来完成的，而中断服务程序则要由用户编写程序来完成。完成。 224、中断返回、中断返回RETI指令的具体功能是：指令的具体功能是： v将中断响应时压入堆栈保存的将中断响应时压入堆栈保存的断点地址断点地址从栈顶弹出从栈顶弹出送回送回PC，CPU从原来中断的地方从原来中断的地方继续执行继续执行程序；程序； v将相应中断优先级状态触发器将相应中断优先级状态触发器清清0，通知中断系统，通知中断系统，中断服务程序已中断服务程序已执行完毕执行完毕。不能用不能用RET指令代替指令代替RETI指令。在中断指令。在中断服务程序中服务程序中PUSH指令与

22、指令与POP指令必须指令必须成对使成对使用用，否则不能正确返回断点，否则不能正确返回断点 。23四、应用四、应用1、主程序部分、主程序部分 1）给堆栈指针）给堆栈指针SP赋值，赋值，设置设置一个深度适宜的一个深度适宜的堆栈堆栈； 2）如为外部中断，）如为外部中断，定义触发方式定义触发方式；3）根据需要给）根据需要给IP赋值，赋值，定义中断优先级定义中断优先级； 4）给）给IE赋值，赋值，开放中断开放中断，即置位，即置位EA和其它需要的和其它需要的中断允许位；中断允许位； 5）安排好）安排好等待中断过程等待中断过程中主程序应做的操作。中主程序应做的操作。具体设计过程：具体设计过程：（包括（包括主

23、程序主程序和和中断服务程序中断服务程序的设计步骤）的设计步骤）242、中断服务程序部分、中断服务程序部分 1）在相应的）在相应的中断入口中断入口地址单元设置一条地址单元设置一条跳转跳转指令，使程序转移到中断服务程序的指令，使程序转移到中断服务程序的实际实际入口处入口处； 2）根据需要）根据需要保护现场保护现场； 3）若为电平触发的外部中断，应有）若为电平触发的外部中断，应有中断信号中断信号撤除撤除操作；操作；4）安排）安排中断服务中断服务所做的操作；所做的操作； 5）恢复现场恢复现场； 6）中断返回中断返回。25SETB IT0 ； SETB PX0 ；SETB EA ； SETB EX0 ；

24、 若规定外部中断若规定外部中断0为电平触发方式，高优先级，试写为电平触发方式，高优先级，试写出有关的初始化程序。出有关的初始化程序。解：解： 1) 设触发方式设触发方式 2) 设优先级设优先级 3) 开中断开中断用位操作指令用位操作指令2、应用举例、应用举例用字节操作指令用字节操作指令MOV TCON,#01H MOV IP,#01HORL IE,#81H26ORG 0000 H ；LJMP MAIN ；主程序转至主程序转至MAIN处处 ORG 0013H ； LJMP INT ；中断服务程序转至中断服务程序转至INT处处 ORG 0030H MAIN:MOV SP, #6FH SETB IT

25、1 ；边沿触发边沿触发 CLR PX1 ；设为低优先级设为低优先级 SETB EA ；开总中断开总中断 SETB EX1 ；允许外中断允许外中断1中断中断 MOV B, #01H ；设设B的初值的初值 HALT:SJMP HALT ；暂停等待中断暂停等待中断 INT： MOV A, B ；AB RL A ； 左环移一位左环移一位 MOV B, A ；回送回送 RETI ； 中断返回中断返回 若规定外部中断若规定外部中断1为边沿触发方式，低优先级，在中为边沿触发方式，低优先级，在中断服务程序中将寄存器断服务程序中将寄存器B的内容左环移一位，的内容左环移一位，B的初值设的初值设为为01H。试编写主

26、程序与中断服务程序。试编写主程序与中断服务程序。解：解：返返 回回275.2 定时定时/计数器计数器28定时器T0TH0TL0定时器T1TH1TL1工作方式工作方式启动启动工作方式工作方式控制寄存器方式寄存器溢出溢出溢出溢出启动启动中断中断内部总线内部总线T1(P3.5)T0(P3.4)一、结构及原理一、结构及原理1、结构、结构29一、结构及原理一、结构及原理2、工作原理（、工作原理（T0为例）为例）1）方式选择部分：）方式选择部分：选择不同的计数脉冲选择不同的计数脉冲2）计数部分：）计数部分：对脉冲进行加一计数对脉冲进行加一计数3）控制启停部分：）控制启停部分：控制计数启动控制计数启动/停止

27、停止定时方式：定时方式：对内部机器周期计数对内部机器周期计数计数方式：计数方式：对外部引脚对外部引脚P3.4输入脉冲计数输入脉冲计数TL0（低（低8位）位） + TH0（高（高8位）位） TF0（溢出位）（溢出位）TR0（启动位）（启动位） = 130二、方式和控制寄存器二、方式和控制寄存器1、TMOD方式寄存器方式寄存器T1 T0TMOD(89H)GATEC/TM1M0GATEC/TM1M0GATE：门控位：门控位M1M0：工作方式设置位：工作方式设置位GATE0时，只要用软件使时，只要用软件使TCON中的中的TR0或或TR1为为1，就，就可以启动定时可以启动定时/计数器工作；计数器工作；G

28、ATA1时，要用软件使时，要用软件使TR0或或TR1为为1，同时外部中断引，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。计数器工作。 定时定时/计数器有四种工作方式，由计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。进行设置。C/T :定时定时/计数模式选择位计数模式选择位C/T0为定时模式；为定时模式； C/T = 1为计数模式。为计数模式。 31二、方式和控制寄存器二、方式和控制寄存器2、TCON控制寄存器控制寄存器TCON(88H)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TR1（TR0）：）：T1（T0）运行控制位）运行控制位TF1（TF0）

29、：）：T1（T0）溢出中断请求标志位）溢出中断请求标志位32三、定时三、定时/计数器的工作方式（计数器的工作方式（T0为例）为例）1、方式、方式0（13位）位）振荡器12定时方式定时方式计数方式计数方式T0(P3.4)TL0低5位TH08位TF0&1TR0GATEINT0(P3.2)1C/T=0C/T=1控制控制计数范围：计数范围：1 213（8192）33三、定时三、定时/计数器的工作方式（计数器的工作方式（T0为例）为例）2、方式、方式1（16位）位）振荡器12定时方式定时方式计数方式计数方式T0(P3.4)TL08位TH08位TF0&1TR0GATEINT0(P3.2)1

30、C/T=0C/T=1控制控制计数范围：计数范围：1 216（65536）34三、定时三、定时/计数器的工作方式（计数器的工作方式（T0为例）为例）3、方式、方式2（8位重装）位重装）振荡器12定时方式定时方式计数方式计数方式T0(P3.4)TF0&1TR0GATEINT0(P3.2)1C/T=0C/T=1控制控制TL08位TH08位重装初值控制重装初值控制计数范围：计数范围：1 28（256）35三、定时三、定时/计数器的工作方式（计数器的工作方式（T0为例）为例）4、方式、方式3（8位，只位，只T0有）有）振荡器12定时方式定时方式计数方式计数方式T0(P3.4)TF0&1T

31、R0GATEINT0(P3.2)1C/T=0C/T=1控制控制TL08位计数范围：计数范围：1 28（256）振荡器12定时方式定时方式TF1TH08位TR1控制控制T1为波特率发生器为波特率发生器,可工作在方式可工作在方式0、1、2；T0被拆成两个被拆成两个8位定时位定时/计数器，借用计数器，借用T1的触发位和溢出标志。的触发位和溢出标志。36四、应用四、应用1、初始化编程、初始化编程1) 确定并设置工作方式确定并设置工作方式对对TMOD赋值赋值 原则：计数值原则：计数值最大计数值最大计数值 例：例：设机器周期为设机器周期为1us，则，则 延时延时100us：延时：延时100us100次计数

32、次计数各种方式均可（常为各种方式均可（常为1、2） 延时延时50ms：延时：延时50ms50000次计数次计数方式方式1适合适合2) 确定并预置初值确定并预置初值TH0(TH1)、TL0(TL1)赋值赋值3) 按需要开定时按需要开定时/计数器中断计数器中断直接对直接对IE赋值赋值4) 启动定时启动定时/计数器工作计数器工作将将TR0或或TR1置置“1” 定时时间：开始计数定时时间：开始计数溢出溢出定时方式：定时方式：C=M-X=M-t/T计数方式：计数方式：C=M-X37 设单片机系统的晶振频率为设单片机系统的晶振频率为12MHz，现用，现用T0实现实现5ms的延时，试编写初始化程序。的延时，试编写初始化程序。解：解：C=M-X=65536-5000=60536=0EC78HTH0=0ECH, TL0=78H机器周期机器周期 T=121/12=1us计数值计数值 X=t/T=5ms/1us=5000（可选方式（可选方式0或或1）TMOD=0 0 0 0 0 0 0 1 B=01H（方式（方式1）T1 T0GATE C/T M1 M02、应用举例、应用举例38 设单片机系统的晶振频率为设单片机系统的晶振频率为12MHz，编程实现，编程实现P1.0输出周期为输出周期为400us的方波。的方波。机器周期机器周期 T=121/12=1us计数值计数值 X=t/T=200u