情境三简易秒表

1、1情境三 简易秒表n子情境一子情境一 中断系统中断系统 n子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器 n子情境三子情境三 基于单片机控制的秒表基于单片机控制的秒表2子情境一子情境一 中断系统中断系统n一、任务目标 n 通过学习使读者了解中断的基本概念，中断的执行过程，中断的控制方法和具有中断的单片机控制程序编写。n二、任务分析n 当CPU正在处理某项事务的时候，如果系统出现了某些急需处理的异常情况或特殊的请求，这时要求CPU暂停正在处理的工作，而转去处理这个随机发生的紧急或特殊事件，待该事件处理完后，自动回到原来被中断的地方，继续执行被中断的程序，这个过程称做中断。 3n 51系列单片机中断系统

2、，是众多8位单片机中功能较强的一种，可以提供5个中断源，分别是外部中断0、外部中断1、定时/计数器T0、定时/计数器T1和串行口中断。 n中断处理过程由以下几个阶段完成。n（1）中断请求n当中断源发出中断请求时，将相应的中断请求标志位置“1”。子情境一子情境一 中断系统中断系统4n（2）中断允许控制n 51系列单片机有专门的中断允许寄存器IE对中断源的开放或屏蔽进行两级控制。当IE的控制位EA=“0”时，屏蔽所有的中断申请；当EA=“1”时，CPU开放允许控制的第一级，但5个中断源是否响应中断请求，还要看IE中与这5个中断源直接对应的中断允许控制位的状态，当对应位的状态为“1”时，则允许响应相

3、应的中断请求，否则不响应中断请求。 子情境一子情境一 中断系统中断系统5n （3）中断查询n CPU查询TCON和SCON中的各个中断标志位的状态，确定有哪个中断源发生请求，查询时根据中断优先级控制寄存器IP的状态，按优先级顺序进行，如果查询某个中断源所对应的中断标志位为“1”，表明有中断请求发生，在中断允许的情况下，紧接着从下一机器周期开始进行中断响应。 子情境一子情境一 中断系统中断系统6n（4）中断响应n1）中断响应条件n 51系列单片机CPU响应中断的条件有以下3个。n 有中断源发出中断请求。n 中断总允许控制位EA=“1”，即CPU允许所有中断源申请中断。n 申请中断的中断源其中断允

4、许控制位为“1”，即该中断源可以向CPU申请中断。n当以上3个条件都满足时，中断请求才可能被CPU响应。 子情境一子情境一 中断系统中断系统7n 2）中断响应过程n 当中断源发出中断请求后，满足中断响应条件，且不存在受阻情况时，CPU将立即响应该中断请求，如有多个中断源同时提出中断请求时，将按中断源的优先级别做出响应，先响应高优先级的中断源，后响应低优先级的中断源。在响应中断请求后，先将断点地址压入堆栈保存，以备中断结束后返回原程序；接着将相应中断处理程序的入口地址送入程序计数器PC，使程序转向该中断入口地址，并执行中断服务程序。子情境一子情境一 中断系统中断系统8n（5）中断处理n 中断处理

5、分保护现场、中断服务、恢复现场和中断返回4个步骤。保护现场是指中断响应后，在中断服务程序的开头采用PUSH指令将服务程序中要使用的累加器、通用寄存器中的数据压入堆栈。在现场保护时应关闭中断，预防正在保护数据时又响应中断级别更高（中断嵌套）的中断请求，而丢失数据；然后紧接着根据中断事件的要求编写中断服务程序；在中断服务结束后，立即关闭中断，然后通过POP指令恢复现场；最后用中断返回指令RETI，硬件自动将存放在堆栈中的断点地址弹出至PC，使CPU继续执行原来的程序。子情境一子情境一 中断系统中断系统9n三、相关知识 n 下面对中断控制中用到的4个专用寄存器的相关知识进行讲解。n 51系列单片机为

6、用户提供了4个专用寄存器：定时/计数器控制寄存器TCON、串行口控制寄存器SCON、中断允许控制寄存器（IE）、中断优先级控制寄存器IP，来控制单片机的中断系统。子情境一子情境一 中断系统中断系统10n1定时/计数器控制寄存器n 该寄存器用于锁存外部中断请求标志以及定时/计数器的溢出中断请求标志等。进行字节操作时，寄存器地址为88H；按位操作时，各位的地址为88H8FH。寄存器各位的含义及位地址如表4-2所示。 位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH 89H88H位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0子情境一子情境一 中断系统中断系统表4-2定时/计数器控制寄存器11n 其

7、中与中断有关的控制位共4位。n（1）IT0 和IT1外部中断T0和T1的中断请求触发方式控制位nIT0（IT1）=1：脉冲触发方式，下降沿有效（下降沿时产生中断请求）。nIT0（IT1）=0：电平触发方式，低电平有效（低电平时产生中断请求）。n（2）IE0和IE1外中断请求标志位n当CPU采样到（或）端出现有效中断请求信号时，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0。n 高4位的功能在本章第二节中讲解。子情境一子情境一 中断系统中断系统12n2串行口控制寄存器n 进行字节操作时，寄存器地址为98H；按位操作时，各位的地址为98H9FH。寄存

8、器的各位含义及位地址如表4-3所示。 位地址 9FH 9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符号 SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI表4-3 串行口控制寄存器子情境一子情境一 中断系统中断系统13n 其中与中断有关的控制位共两位。n（1）TI串行口发送中断请求标志位n 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。n（2）RI串行口接收中断请求标志位n 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，即无论是发送标志还是接收标志，都会产生串行中断请求。子情境一子情境一 中断系统中断系统14n3中

9、断允许控制寄存器n 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。寄存器的各位含义及位地址如表4-4所示。 表4-4 中断允许控制寄存器位地址AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位符号EA / /ESET1EX1ET0EX0子情境一子情境一 中断系统中断系统15n n 其中与中断有关的控制位共6位。n（1）EA中断允许总控制位n EA=0：中断总禁止，禁止所有中断。n EA=1：中断总允许,总允许后中断的禁止或允许由各中断源中断允许控制位进行设置。n（2）EX0和EX1外部中断0和外部中断1的中断允许控制位。n EX0（EX1）=0：禁止外部中断。

10、n EX0（EX1）=0：允许外部中断。子情境一子情境一 中断系统中断系统16n（3）ET0和ET1定时/计数器中断允许控制位n ET0（ET1）=“0”：禁止定时/计数器中断。n ET0（ET1）=“1”：允许定时/计数器中断。n（4）ES串行中断允许控制位n ES=“0”：禁止串行中断。n ES=“1”：允许串行中断。子情境一子情境一 中断系统中断系统17n4中断优先级控制寄存器n 51系列单片机的中断优先级控制比较简单，因为系统只定义了高、低两个优先级。高优先级用“1”表示，低优先级用“0”表示。各中断源的优先级由中断优先级寄存器进行设定。IP寄存器地址为0B8H，位地址为0BFH0B8

11、H。该寄存器的位含义及位地址如表4-5所示。位地址BFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8H位符号/PSPT1PX1FT0PX0表4-5 中断优先级控制寄存器子情境一子情境一 中断系统中断系统18n（1）PX0外部中断0的中断优先级设定位；n（2）PT0定时/计数器0的中断优先级设定位；n（3）PX1外部中断1的中断优先级设定位；n（4）PT1定时/计数器1的中断优先级设定位；n（5）PS串行口中断优先级设定位。n 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。子情境一子情境一 中断系统中断系统19n优先级的控制原则是：n 当两个不同优先级的中断源同

12、时提出中断请求，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，51系列单片机最多只有两级中断嵌套。n 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n 外部中断0定时/计数器0溢出中断外部中断1定时/计数器1中断串行中断。子情境一子情境一 中断系统中断系统20n1简述中断处理过程。n2简述中断编程结构。n3单片机如何确定5个中断源的中断优先级别？分别写出中断优先级控制寄存器IP=05H和IP=00H时5个中断源的中断优先级顺序。n4用伟福6000软件或Keil uVision2软件输入本节任务二的

13、源程序并编译调试。n5用Proteus软件绘制出本节任务二仿真电路图并仿真运行。n6根据本节任务二的电路原理图连接成电路板，用编程器将仿真通过的程序烧录到单片机中，脱机运行并观察电路运行情况。 子情境一子情境一 中断系统中断系统思考与练习21n一、任务目标n 本任务让读者掌握定时/计数器的工作原理，掌握定时/计数器的工作方式及定时/计数初值的计算，熟悉定时/计数器的编程结构，了解定时/计数器的应用领域。n二、任务分析n 51系列单片机有两个16位可编程的定时/计数器，分别称为定时/计数器T0和T1。其实就是由两个独立的8位专用寄存器TH0，TL0和TH1，TL1组成16位加法计数器。它们各自都

14、兼有定时和计数的功能。分别由工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON对定时/计数器的工作方式、启停及溢出中断请求进行控制。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器 22n1定时/计数器工作在定时方式时n 当定时/计数器工作方式寄存器TMOD中的功能选择位为“0”时，定时/计数器工作于定时方式。此时定时器T0或T1对机器周期进行计数，当启动控制位TR0和TR1为1时，定时器就从某一初始值开始计数，每一机器周期定时器加1，当计数值达到最大值时计数溢出，将定时器的溢出标志位TF0或TF1置1，并提出一次中断请求，如允许定时器中断的话，将产生一次定时器中断，进行定时器溢出中断服务处理；如采用查询方

15、式进行定时器溢出处理的话，则程序查询到TF0或TF1位为1时，就进行相应的定时器溢出处理操作。子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器23n 2定时/计数器工作在计数方式时n 当定时/计数器工作方式寄存器TMOD中的功能选择位为“1”时，定时/计数器工作于计数方式。此时计数器T0或T1对外部计数脉冲（外部引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）输入的计数脉冲信号）进行计数，每来一个外部输入脉冲信号计数器加1。在计数工作方式时，单片机每个机器周期对外部引脚T0（P3.4）或T1（P3.5）电平进行一次采样，当在某一机器周期采样到高电平，跟接着在下一机器周期采样到低电平时，则在再下一机器周期计数器加

16、1；所以计数工作方式时是对外部输入的负脉冲进行计数，计数器每次加1需用两个机器周期，则计数脉冲信号的最高频率为机器周期频率的二分之一。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器24n 当启功控制位TR0和TR1位为1时，计数器从某一初始值开始计数，每来一个外部计数脉冲计数器加1，当计数值达到最大值时，计数器溢出，将计数器的溢出标志位TF0或TF1置“1”，并提出一次中断请求，如允许计数器中断的话，将产生一次中断请求，进行计数器溢出中断服务处理；如果采用查询方式进行计数器溢出处理的话，则程序查询到TF0或TF1位为“1”时，就进行相应的计数器溢出处理操作。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数

17、器25n三、相关知识n 下面讲解对定时/计数器进行控制的两个特殊功能寄存器及工作方式。n1定时/计数器控制寄存器n（1）定时/计数器工作方式寄存器（TMOD）n TMOD的作用是对T0和T1的功能、工作方式及启动方式进行控制，地址为89H，其各位的含义如表4-6所示，高4位对T1进行控制，低4位对T0进行控制，高4位与低4位的作用相同。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器26n 表4-6 定时/计数器工作方式寄存器n1）GATE门控位n GATE=“0”：定时/计数器仅受TR（TCON中的TR0或TR1）控制，当TR为“1”时，定时器开始工作，此时称软启动方式。 子情境二子情境二 定时定

18、时/计数器计数器27n GATE=“1”：只有（外部引脚（P3.2）和（P3.3）)为高电平，且TR为“1”时，定时/计数器才工作，如两个信号中任意一个为低电平，则定时器不工作，此时称为硬启动。n2）C/T功能选择位n C/T=“0”：定时功能。n C/ T=“1”：计数功能。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器28 n3）M0 M1工作方式选择位n M0和M1组合可以定义4种工作方式，如表4-7所示。M0 M1工 作 方 式功 能 描 述0 00 11 01 1方式0方式1方式2方式313位计数器16位计数器自动重装初值8位计数器T0：分成两个独立的8位计数器T1：停止计数表4-7 定

19、时/计数器工作方式选择 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器29 n（2）定时/计数器控制寄存器（TCON）n TCON作用是对定时/计数器的启动、停止、溢出中断请求及外部中断请求和触发方式控制，地址为88H，可以进行位寻址。其中高4位是对定时/计数器进行控制，低4位是对外部中断进行控制，低4位在本章的第一节中已经介绍过，其各位的含义及位地址如表4-8所示。 位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位符号TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0表4-8 定时/计数器控制寄存器 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器30n1）TF0，TF1T0和T1溢出标志位n 当计

20、数满溢出时，由硬件将TF0或TF1置“1”。n2）TR0，TR1T0和T1启动控制位n TR0 (TR1)=“1”：T0或T1开始计数。n TR0 (TR1)=“0”：T0或T1停止计数。n 其余4位对外部中断进行控制，在前面已详细介绍过，在此不再赘述。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器31n 2定时/计数器工作方式n 51系列单片机定时器/计数器共有4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/计数器0为例介绍4种工作方式。n（1）方式0n 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，

21、TL0高三位未用。定时器/计数器0工作在方式0的逻辑结构如图4-5所示。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器32图4-5 T0(T1)方式0结构33n 当 C/T=“0”时，多路转换开关接通振荡器的12分频输出，13位计数器对此脉冲信号（即机器周期）进行计数。计数器从某一计数初值开始每个机器周期加1，当加了N个1时计数器从初值计数到最大值，则所用时间为N个机器周期。从而改变不同的计数值N（因最大值是固定，通过改变计数初值来实现），可以实现不同的定时时间，这就是定时/计数器的定时工作原理。定时时间为: 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器34n（2）方式1n 方式1是16位计数结构的工

22、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。定时时间为： 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器35 图4-6 T0(T1)方式2结构36n（4）方式3n1）T0工作于方式3n T0工作于方式3时的结构图如图4-7（a）、（b）所示。在方式3下，定时/计数器0被拆为两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作为计数功能使用，又可以作为定时功能使用，占用了原T0的控制位、引脚和中断源，即，GATE，TR0，TF0，T0（P3.4）， （P3.2）引脚均用于TL0的控制。对于TH0只能作为定时器使用，由于定时/

23、 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/计数器1的运行控制位TR1和溢出标志位TF1，并占用了T1的中断源，即TH0定时器的启动和停止受TR1的状态控制，而计数溢出时则置位TF1。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器INT037 图4-7 T0方式3结构38n2）T0工作于方式3时T1的工作情况n 当定时器/计数器T0工作在方式3时，定时器/计数器T1可工作在方式0、方式1和方式2，此时T1的结构如图4-8（a）、（b）所示。由于TR1，TF1和T1中断源均被定时/计数器0占用，此时仅有控制位切换其定时或计数工作方式，计数溢出时，只能将输出送入

24、串行口。在这种情况下定时器/计数器1只能作为波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。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/计数器1设置在工作方式3即可。通常把定时/计数器T1设置为方式2作为波特率发生器比较方便。 子情境二子情境二 定时定时/计数器计数器39图4-8 T0方式3时的T1结构40n一、任务目标n 利用单片机作为主控制器实现电子秒表，用4位LED数码管显示时间。设置外部按键SB，当按键SB第一次按下时启动秒表开始计时；当第二次按下按键S1时秒表停止计时，当第三次按下按键S1时秒表回零；即用一个按键S1来控制秒表的启动、停止和回零功能。n 通过本次任务的学习

25、，使读者了解秒表的电路设计及程序设计，熟悉定时器的应用及其编程方法。 子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表41n二、任务分析n1秒表硬件电路设计n 采用ATMEL公司生产的AT89C51单片机控制器，用4位共阴LED数码管显示时间，为了节省单片机的I/O资源，LED数码管采用动态显示方式，由P2口的低4位输出位选信号，P1口输出LED数码管的显示段码。用非门来提高P2口的驱动能力，使LED管达到合适的亮度。完成设计的仿真电路如图4-9所示。子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表42n 图4-9 基于单片机控制的秒表仿真电路图43n 2程序设计n 采用主程序调用子程序的

26、设计方法，主程序首先对定时器和有关寄存器及存储单元进行初始化，调用按键扫描子程序和显示子程序，判断计时时间是否到9分59秒。主程序设计流程图如图4-10所示。 子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表44 图4-10 主程序设计流程图45（1）定时初值的计算n 按12MHz的时钟频率计算，其机器周期为1s，选用定时/计数器工作方式1，定时时间50ms。计算初值如下：n 计数值N = 定时/计数器最大值M 定时/计数器初值Xn 则 初值X=MNn 机器周期为TM=121/osc=121/12106=1sn 采用定时器工作方式1，所以初值为n X=21650ms/1us=15536=3C

27、B0Hn 所以TH0=3CH，TL0=B0H 子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表46n（2）初始化n 通过初始化设定定时器0工作方式为方式1，开放定时器0的中断及总中断，分别给存放毫秒、秒、分的计数单元3FH，40H，41H，42H清零。关闭定时/计数器T0。给存储按键次数的寄存器R1清零。 子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表47n（3）判断有无键按下，并进行按键处理n 因为只有一个与P3.0相连的接独立式按键，所以用JB P3.0，KEYEND指令来读按键的状态。当P3.0=0时则有键按下，然后进行10ms的延时消抖，延时消抖后将存放按键次数的寄存器R7加1，

28、接着判断R1中的值是多少？如果是1（表示第一次按键）则用SETB TR0指令启动定时器T0；如果是2则用CLR TR0指令关闭定时器T0；如果是3则将存放时间的3FH，40H，41H，42H单元及存放按键次数的R1清零。程序设计流程图如图4-11所示。子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表48图4-11 按键确认程序设计流程图49n（4）显示子程序设计n 显示子程序的主要作用是根据存放在3FH，40H，41H，42H单元的计数值查表找到跟计数值对应的段码，然后送到对应的LED数码管进行显示。程序设计流程图如图4-12所示。子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表50图4-

29、12 显示子程序流程图51n（5）中断子程序设计n 本任务中定时器T0定时50ms，每到50ms，T0产生一次中断，进入中断服务程序。在中断服务程序中，首先将累加器A中内容压入堆栈，保护好现场，接着给T0重装初值。然后50ms计数单元加1，再判断计数单元是否加到2（即0.1s），若没有则中断返回；若加到了，则首先50ms计数单元清零，接着将毫秒的计数单元加1。子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表52n 再判断毫秒计数单元是否到10（即1s），若没有则中断返回；若到了10，则将毫秒计数单元清零。然后将秒的个位计数单元加1，秒的个位计数单元加1后判断是否加到10，若不是则中断返回；若

30、是则将秒的个位计数单元清零，然后秒的10位计数单元加1，再判断秒的10位计数单元是否到6，若不是则中断返回；若是则将秒的十位清零，分计数单元加1。程序设计流程图如图4-13所示。子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表53图4-13 中断服务程序设计流程图54n AJMP TIMER n ORG 0030Hn MAIN: MOV DPTR, #TABLE n MOV SP, #50H n MOV TMOD, #01H ；定时器T0的工作方式为方式1n MOV IE, #82H n CLR TR0 n CALL CLEAR ；对计分、秒、毫秒计数单元清零n LOOP: CALL SCA

31、NKEY ；调用按键扫描子程序 子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表55n CALL DISP ;调用显示子程序n MOV A, 42H ;判断定时时间是否到9分59秒n CJNE A, #09, E3n MOV A, 41Hn CJNE A, #05, E3n MOV A, 40Hn CJNE A , #09, E3n MOV A, 3FHn CJNE A, #09, E3n CLR TR0 n CALL CLEAR ;时间到了9分59秒 关闭定时器并自动回零子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表56n E3: AJMP LOOPn CLEAR: MOV A, #0

32、0H ;对分、秒、毫秒计数单元清0n MOV R1, #3FHn E2: MOV R1, An INC R1n CJNE R1, #43H, E2n MOV R7, #00Hn RETnSCANKEY: PUSH An JB P3.0, KEYEND ;判断按键SB是否按下？ 子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表57n CALL DELAY_10MS ；延时消抖 n INC R7 ；按键次数寄存器加1n MOV A, R7n CJNE A, #01, STOP ；是第1次按下吗？n SETB TR0 ；启动秒表计时n AJMP KEYENDn STOP: CJNE A, #02,

33、 RESET ；是第2次按下吗；n CLR TR0 ；秒表停止计时n AJMP KEYENDn RESET: CJNE A, #03, KEYEND；是第3次按下吗？n CALL CLEAR ；秒表复位nKEYEND: POP An RET子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表58n 显示子程序：nDISP: CLR A n MOV R0, #3FH n MOV R2, #08Hn MOV R3, #04n E1:MOV A, R0 ；读取分、秒、毫秒计数单元的值n MOVC A, A+DPTR ；查表找跟计数值相对应的显示段码n MOV P2, #00H ；消隐n MOV P1, A n MOV A, R2子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表59n MOV P2, An MOV R6, #255 ；显示时间n DJNZ R6, $n INC R0n RR An MOV R2, An DJNZ R3, E1n RET 子情境三子情境三 单片机控制的秒表单片机控制的秒表60n 中断子程序：nTIMER: PUSH A n MOV TH0, #3CH ；送定时50ms的初值n MOV TL0, #0B0Hn INC 43H ；中断次数单元加1n MOV A, 43Hn CJNE A, #02,