定时器和中断资料

1、51单片机之定时器和中断(zhngdun)1共六十七页定时器/计数器及其应用(yngyng)共六十七页3 定时器/计数器及其应用(yngyng)定时器/计数器的应用(yngyng)场合: 定时或延时控制、对外部事件的检测、计数等； MCS-51系列8031、8051单片机有两个16位定时器/计数器（即T0和T1）；8032、8052单片机有3个16位定时器/计数器（即T0、 T1和T2）；共六十七页4定时器/计数器及其应用(yngyng)所谓计数器就是对外部输入脉冲的计数；所谓定时器也是对脉冲(michng)进行计数完成的，计数的是MCS-51内部产生的标准脉冲，通过计数脉冲个数实现定时。所以

2、，定时器和计数器本质上是一致的，在以后的叙述中将定时器/计数器笼统称为定时器。共六十七页5定时器的结构及工作(gngzu)原理共六十七页6定时器的结构(jigu)及工作原理组成：两个16位的定时器T0和T1，以及他们的工作方式寄存器TMOD和控制寄存器TCON等组成。内部通过总线与CPU相连。定时器T0和T1各由两个8位特殊功能寄存器TH0、TL0、TH1、TL1构成。工作方式寄存器TMOD：用于设置定时器的工作模式和工作方式；控制寄存器TCON：用于启动和停止定时器的计数，并控制定时器的状态(zhungti)；单片机复位时，两个寄存器的所有位都被清0。8051定时器内部结构框图共六十七页7定

3、时器的结构及工作(gngzu)原理两个可编程的定时器/计数器T1、T0。每个定时器内部结构实际上就是一个可编程的加法计数器，由编程来设置它工作在定时状态还是计数状态。两种工作模式: (1) 计数器工作模式就是对外部事件进行计数。计数脉冲来自(li z)相应的外部输入引脚T0（P3.4)或T1(P3.5)。当输入信号发生由1至0的负跳变(下降沿)时，计数器（TH0，TL0或TH1，TL1）的值增1。计数的最高频率一般为振荡频率的1/24。Why?(2) 定时器工作模式也是通过计数实现的。计数脉冲来自内部时钟脉冲，每个机器周期计数值增1，每个机器周期=12个振荡周期，因此计数频率为振荡频率的1/1

4、2。所以定时时间=计数值机器周期。4种工作方式 (方式0-方式3) 。共六十七页8定时器的结构(jigu)及工作原理当控制信号 定时器工作在定时方式；加1计数器对脉冲f进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出； 因为 ，即一个计数脉冲的周期(zhuq)就是一个机器周期(zhuq)；计数器计数的是机器周期(zhuq)脉冲个数。从而实现定时。当控制信号 定时器工作在计数方式；加1计数器对来自输入引脚T0(P3.4)和T1(P3.5)的外信号脉冲进行计数，每来一个脉冲，计数器加1，直到计时器计满溢出；Tx THxTFxTLxTRxINTx定时计数 控制信号K“1”启动，计数器运行；“0

5、”停止，计数器停止；定时器/计数器原理框图加1计数器共六十七页9控制信号K可以(ky)控制计数器的“启动”和“停止”， TCON（88H）共六十七页10振荡周期：是振荡脉冲的周期，也成为“拍”，用P表示。就是晶体振荡器的周期，或外部(wib)振荡脉冲的周期。是MCS-51单片机的最小时序单位。P1P2S1振荡周期时钟周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2时钟周期：是振荡源信号经二分频后形成的时钟脉冲信号，用S表示。每个时钟周期分成P1、P2两个节拍，又被

6、称为一个状态。是MCS-51单片机的最基本的时序(sh x)单位。机器周期：通常将完成一个基本操作所需的时间称为机器周期，由6个状态（12拍）组成，所以一个机器周期可以依次表示为S1P1、S2P2S6P1、S6P2。通常算术逻辑操作发生在节拍P1期间，而内部寄存器到寄存器的传送发生在节拍P2期间。指令周期：是指CPU执行一条指令所需要的时间。是MCS-51单片机的最大的时序单位，由若干个振荡周期组成。一个指令周期通常含有14个机器周期，MCS-51典型的指令周期为一个机器周期。 振荡周期、时钟周期、机器周期和指令周期共六十七页11定时器的结构及工作(gngzu)原理在每个机器周期的S5P2期间

7、采样检测引脚输入电平。若前一个机器周期采样值为“1”，后一个机器周期采样值为“0”，则计数器加1。新的计数值在检测到输入引脚电平发生“1”到“0”的负跳变（下降沿）后，于下一个机器周期的S3P1期间装入计数器中。由于CPU需要两个机器周期来识别一个“1”到“0”的跳变信号，所以(suy)最高的计数频率为振荡周期的1/24。P1P2S1振荡周期状态周期机器周期机器周期指令周期XTAL2(OSC)S2S3S4S5S6S1S2S4S5S3S6P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P1P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2P2共六十七页12定时器的结构及工作(gngzu)原理定时(dn sh)/计

8、数器对输入信号的要求外部计数脉冲的最高频率为系统振荡器频率的1/24，例如选用12MHz频率的晶体，则可输入500KHz的外部脉冲。输入信号的高、低电平至少要分别保持一个机器周期。如图所示，图中Tcy为机器周期。共六十七页13可编程定时器的工作方式、启动、停止、溢出标志(biozh)、计数器等都是可编程的通过设置寄存器TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1和TL1 实现。当设置了定时器的工作方式并启动定时器工作后，定时器就按被设定好的工作方式独立工作，不再占用CPU，只有在计数器计满溢出时才向CPU申请中断，占用CPU。由此可见，定时器是单片机中工作效率高且应用灵活的部件。定时器的结构及工

9、作(gngzu)原理共六十七页14定时器的TMOD和TCON寄存器共六十七页15定时器的TMOD和TCON寄存器8051单片机定时器主要有几个特殊功能寄存器组成：TMOD,TCON,TH0,TL0,TH1,TL1。TMOD：设置定时器的工作方式；TCON：控制定时器的启动和停止(tngzh)；TH0和TL0 ：存放定时器T0的初值或计数结果； TH0存放高8位，TL0 存放低8位；TH1和TL1 ：存放定时器T1的初值或计数结果； TH1存放高8位，TL1 存放低8位；共六十七页16工作(gngzu)方式控制寄存器TMOD8位分为两组，高4位控制T1，低4位控制T0。(1) GATE 门控位

10、0: 以TRX (X=0,1) 来启动定时器/计数器运行(ynxng)。1: 用外中断引脚 (INT0*或INT1*) 上的高电平和TRX来启动定时器/计数器运行。(2) M1、M0 工作方式选择位 M1 M0 工 作 方 式 0 0 方式0，13位定时器/计数器。 0 1方式1，16位定时器/计数器。 1 0 方式2，8位常数自动重新装载 1 1 方式3，仅适用于T0，T0分成两个8位计数器，T1停止计数。(3) C/T* 计数器模式和定时器模式选择位0: 定时器模式。 1: 计数器模式。(4) TMOD无位地址，不能位寻址。(5) 复位时，TMOD所有位均为“0”。共六十七页17低4位与外

11、部(wib)中断有关，后面介绍。高4位的功能如下: (1) TF1、TF0 计数溢出标志位 定时器T0或T1计数溢出时，由硬件自动将此位置“1”；TFx可以由程序查询，也是定时中断的请求源；(2) TR1、TR0 计数运行控制位 TRx=1: 启动定时器/计数器工作 TRx=0: 停止定时器/计数器工作 控制(kngzh)寄存器TCON共六十七页18共六十七页19定时(dn sh)/计数器的初始化MCS-51单片机的定时器/计数器是可编程的，但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化，具体步骤如下：（1）对TMOD赋值，以确定定时器的工作模式；（2）置定时/计数器初值，直接(zhji)将初值写入

12、寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；（3）根据需要，对IE置初值，开放定时器中断；（4）对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，启动定时/计数器，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。共六十七页20定时(dn sh)/计数器的初始化初值计算(j sun)： 设计数器的最大值为M，则置入的初值X为： 计数方式：X=M-计数值 定时方式：由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/T T为计数周期，是单片机的机器周期。（模式0: M为213，模式1: M为216，模式2和3: M为28）例如：机器周期为1s 时， 若工作在模式0，则最大定时值为:2131s =8.192ms

13、 若工作在模式1,则最大定时值为: 2161s =65.536ms共六十七页21定时器的工作(gngzu)方式共六十七页22MCS-51的定时器T0有4种工作(gngzu)方式：即：方式0，方式1，方式2，方式3。MCS-51的定时器T1有3种工作方式：即：方式0，方式1，方式2。定时器的工作(gngzu)方式共六十七页23M1、M0设置(shzh)为00 ，为13位计数器，以T1为例，其框图如下:定时器的工作(gngzu)方式方式0计数脉冲输入加1计数器共六十七页24定时器的工作(gngzu)方式方式0TH1 D12 D11 D10 D9 D8 D7 D6 D5TL1 D4 D3 D2 D1

14、 D0在这种方式下，16位寄存器TH1和TL1只用13位，由TH1的8位和TL1的低5位组成。TL1的高3位不定。当TL1的低5位计数溢出时，向TH1进位。而TH1计数溢出时，则向中断标志位TF1进位（即硬件将TF1置1），并请求中断。可通过查询(chxn)TF1是否置“1”或考察中断是否发生来判定定时器T1的操作完成与否。共六十七页25定时器的工作(gngzu)方式方式0当C/T=0时，为定时工作模式，开关接到振荡器的12分频器输出上，计数器对机器周期(zhuq)脉冲计数。其定时时间为：(213-初值)振荡周期12例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(213-0)(1/12)12

15、us=8.191ms当C/T=1时，为计数工作模式，开关与外部引脚T1(P3.5)接通，计数器对来自外部引脚的输入脉冲计数。当外部信号发生负跳变时计数器加1。共六十七页26定时器的工作(gngzu)方式方式0GATE控制定时器Tx(T1或T0)的条件：(1) 当GATE=0时，“或门”输出恒为1，“与门”的输出信号K由TRx决定(即此时K=TRx)，定时器不受INTx输入电平的影响，由TRx直接控制定时器的启动(qdng)和停止。TRx=1；计数启动；TRx=0；计数停止；(2) 当GATE=1时， “与门”的输出信号K由INTx输入电平和TRx位的状态一起决定(即此时K=TRxINTx)，当

16、且仅当TRx=1且INTx=1(高电平)时，计数启动；否则，计数停止。返回共六十七页27M1、M0=01，为16位的计数器，除位数外，其他与方式0相同。其定时(dn sh)时间为：(216-初值)振荡周期12例如：若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(216-0)(1/12)12us=65.536ms定时器的工作(gngzu)方式方式1共六十七页28M1、M0=10 ，为自动恢复初值的8位计数器，等效框图如下(rxi): TLx作为8位计数器，THx作为重置初值的缓冲器。 定时器的工作(gngzu)方式方式2THx作为常数缓冲器，当TLx计数溢出时，在置“1”溢出标志TFx的同时，还自动

17、的将THx中的初值送至TLx，使TLx从初值开始重新计数。定时器/计数器的方式2工作过程如图 (x=0, 1) 。共六十七页29优点：方式0和方式1用于循环重复定时(dn sh)或计数时，在每次计数器挤满溢出后，计数器复0。若要进行新一轮的计数，就得重新装入计数初值。这样一来不仅造成编程麻烦，而且影响定时精度。而方式2具有初值自动装入的功能，避免了这个缺点，可实现精确的定时。缺点：只有8位计数器，定时时间短、计数范围小。其定时时间为： (28-初值)振荡周期12若晶振频率为12MHz，则最长的定时时间为(28-0)(1/12)12us=0.256ms定时器的工作(gngzu)方式方式2方式2工

18、作过程图 (x=0, 1) 。共六十七页30只适用于定时器/计数器T0。T1不能工作在方式3。如果将T1置为方式3，则相当于TR1=0，停止计数 (此时T1可用来作串行口波特率产生器) 。1. 工作方式3下的T0 T0在方式3时被拆成两个独立的8位计数器：TH0和TL0。8位计数器TL0使用T0的状态控制位C/T*、GATE、TR0、INT0，它既可以工作在定时(dn sh)方式，也可以工作在计数方式。8位定时器TH0被固定为一个8位定时器(不能作外部计数模式) ，并使用定时器T1的状态控制位TR1，同时占用定时器T1的中断请求源TF1。此时，定时器TH0的启动或停止只受TR1控制。TR1=1

19、时，启动TH0的计数； TR1=0时，停止TH0的计数定时器的工作(gngzu)方式方式3共六十七页31各引脚与T0的逻辑关系如图所示: 共六十七页322. T0工作在方式3下T1的各种工作方式 注意：当T0处于方式3时， T1仍可设置为方式0、方式1和方式2。当时由于TR1、TF1和T1的中断源都已被定时器T0(中的TH0)占用，所以定时器T1 仅有控制位C/T来决定其工作在定时方式或计数方式。当计数器计满溢出时，不能置位“TF1”，而只能将输出(shch)送往串口。所以，此时定时器T1一般用作串口的波特率发生器，或不需要中断的场合。(1) T1工作在方式0共六十七页33(2) T1工作(g

20、ngzu)在方式1 (3) T1工作(gngzu)在方式2共六十七页34定时器/计数器及其应用(yngyng)定时器的编程和应用(yngyng)共六十七页35定时器的编程和应用(yngyng)编程说明MCS-51单片机的定时器是可编程的，但在进行定时或计数之前要对程序进行初始化，具体步骤如下：（1）确定工作方式字：对TMOD寄存器正确(zhngqu)赋值；（2）确定定时初值：计算初值，直接将初值写入寄存器的TH0、TL0或TH1、TL1；初值计算： 设计数器的最大值为M，则置入的初值X为： 计数方式：X=M-计数值 定时方式：由(M-X)T=定时值,得X=M-定时值/T T为计数周期，是单片机

21、的机器周期。（模式0 M为213，模式1 M为216，模式2和3 M为28）（3）根据需要，对IE置初值，开放定时器中断；（4）启动定时/计数器，对TCON寄存器中的TR0或TR1置位，置位以后，计数器即按规定的工作模式和初值进行计数或开始定时。共六十七页中断(zhngdun)及其应用共六十七页375.1 中断(zhngdun)的概念 执行(zhxng)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定义：当CPU正在执行程序时, 外部发生了某一随机事件请求CPU迅速处理。CPU暂时中止执行的程序, 转去处理所发生的事件，中断处理完毕,再回到原来被中止的断点继续执行原程序

22、，这个过程叫中断。用途：中断常用于I/O处理，故障处理。共六十七页38中断(zhngdun)源发出(fch)中断请求的来源称为 中断源 软件中断源 硬件中断源由中断指令引起中断，例如 8086CPU的 INT n 指令MCS-51 无软件中断指令由外设发出中断请求信号给 CPU 称硬件中断源 PC/XT 微机外设向 CPU 发中断请求信号控制系统各种传感器发出的中断请求信号 中断系统能够实现中断处理功能的部件称为 中断系统共六十七页39硬件中断(zhngdun)的分类 可屏蔽(pngb)中断 非屏蔽中断中断请求 （中断允许） 中断响应中断请求 （中断屏蔽） X 中断响应中断请求 中断响应注:

23、MCS-51 有此中方式注: MCS-51 无此中方式共六十七页40中断允许(ynx)与中断屏蔽 中断(zhngdun)允许开中断 中断屏蔽关中断 开/关中断的方法有外设中断请求就有 CPU 中断响应有外设中断请求但无 CPU 中断响应 专用标志位法 专用寄存器法8086CPU 中对控制标志位 IF 进行操作MCS-51 中对专用寄存器 IE 进行操作共六十七页41 MCS-51中断系统(xtng)的结构 共六十七页42 中断请求源MCS-51中断系统有5个中断请求源： /INT0-外部中断0请求(qngqi)，低电平有效。通过P3.2引脚输入。 /INT1 -外部中断1请求，低电平有效。通过

24、P3.3引脚输入。 T0 -定时器/计数器0溢出中断请求。 T1 -定时器/计数器1溢出中断请求。 TX/RX -串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。共六十七页43MCS-51 中的中断(zhngdun)标志位 标志(biozh)位定义 标志位含义 标志位特点由某个特殊寄存器相关位确定 若相关标志位清 0，无中断请求产生 若相关标志位置 1，有中断请求产生 中断请求发生，相关标志位自动置 1 中断处理开始，相关标志位自动清 0 中断处理开始，相关标志位手动清 0共六十七页44定时器控制(kngzh)寄存器 TCON 中的中断标志位b7b6b5b4b3b2b1b0TF

25、1 TR1 TF0 TR0 IE1IT1IE0IT08FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H TCON 的字节(z ji)地址 88H TCON 的位地址 88H 8FH TCON 的标志位 IE0、IE1、TF0、TF1 TCON 的服务位 IT0、IT1、TR0、TR1位符号位地址共六十七页45TCON 中的标志(biozh)位含义 与外部中断请求状态(zhungti)有关的标志位 IE0 /INT0 的中断请求标志位 IE1 /INT1 的中断请求标志位 若 /INT0 有效，则 IE0 = 1，由硬件自动置 1 若 MCU 响应，则 IE0 = 0，由硬件自动清 0 若 /IN

26、T1 有效，则 IE1 = 1，由硬件自动置 1 若 MCU 响应，则 IE1 = 0，由硬件自动清 0注：外部中断为硬件自动置 1 清 0共六十七页46TCON 中的标志(biozh)位含义 与内部定时器/计数器中断(zhngdun)有关的标志位 TF0 定时器/计数器 T0 溢出中断标志位 TF1 定时器/计数器 T1 溢出中断标志位 若 T0 溢出，则 TF0 = 1，由硬件自动置 1 若MCU响应，则 TF0 = 0，由硬件自动清 0 若 T1 溢出，则 TF1 = 1，由硬件自动置 1 若MCU响应，则 TF1 = 0，由硬件自动清 0 注：定时器/计数器中断为硬件自动置 1 清 0

27、共六十七页47解读： TF1-定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位。当启动T1计数以后，T1从初值开始计数，计数器产生溢出时，由硬件使TF1置1，并向CPU发出中断请求。当CPU响应中断时，硬件将自动对TF1清0。 IE1-外部中断1的中断请求标志。当检测到INT1引脚上存在有效(yuxio)的中断请求信号时,由硬件使IE1置1。当CPU响应该中断请求时,由硬件使IE1清0。共六十七页48TCON 中的服务(fw)位含义 与外部中断输入(shr)信号有关的服务位 IT0 /INT0 的中断请求触发方式选择 IT1 /INT1 的中断请求触发方式选择 IT0 = 0 电平触发方式，低电平有效

28、IT0 = 1 边沿触发方式，下降沿有效 IT1 = 0 电平触发方式，低电平有效 IT1 = 1 边沿触发方式，下降沿有效注：电平触发、边沿触发的应用特点共六十七页49TCON 中的服务(fw)位含义 与定时器/计数器工作有关(yugun)的服务位 TR0 T0 计数开启/停止方式选择 TR1 T1 计数开启/停止方式选择 TR0 = 0 T0 停止计数 TR0 = 1 T0 开始计数 TR1 = 0 T1 停止计数 TR1 = 1 T1 开始计数注：TR0、TR1 的应用在定时/计数器中讲共六十七页50串行口控制(kngzh)寄存器SCON中的中断标志位b7b6b5b4b3b2b1b0SM

29、0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI 9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符号(fho)位地址 SCON 的字节地址 98H SCON 的位地址 98H 9FH SCON 的标志位 TI、RI SCON 的功能位 RB8、TB8、REN SM0、SM1、SM2注：功能位在串行口通信中讲共六十七页51SCON 中的标志(biozh)位含义 与串行通信(tng xn)有关的标志位 TI 发送数据后的中断标志位 RI 接收数据后的中断标志位 若串口发送完数据，则 TI = 1，由硬件自动置 1 若串口还要发数据，则应手动编程使 TI = 0 若串口接收完数据，则 RI

30、 = 1，由硬件自动置 1 若串口还要收数据，则应手动编程使 RI = 0注：串行口中断为编程手动清 0共六十七页52解读： TI-串行口发送中断请求标志。CPU将一个(y )数据写入发送缓冲器SBUF时, 就启动发送。每发送完一帧串行数据后,硬件置位TI。但CPU响应中断时,并不清除T1, 必须在中断服务程序中由软件对TI清0 RI-串行口接收中断请求标志。在串行口允许接收时,每接收完一个串行帧, 硬件置位。CPU响应中断时不会清除RI, 必须用软件对其清0。共六十七页53中断(zhngdun)标志位的总结 中断标志(biozh)位专用寄存器 TCON、SCON 外部中断 /INT0、/IN

31、T1 的标志位 IE0、IE1 定时器/计数器 T0、T1 的标志位 IF0、IF1 串行口通信中的标志位 TI、RI注：5 个中断源、6 个中断标志位共六十七页54中断(zhngdun)标志位的置 1 和清 0自动(zdng)置 1 当中断源 /INTn、Tn、T1、串口有中断请求时 对应标志位 IEn、IFn、TI、RI 自动置 1 自动清 0 手动清 0 若 MCU 响应 标志位 IE0、IE1、IF0、IF1 自动清 0 若还需继续传送数据 标志位 TI、RI 手动清 0共六十七页55 中断(zhngdun)控制中断(zhngdun)允许寄存器IE b7b6b5b4b3b2b1b0EA

32、 ES ET1 EX1 ET0 EX0 AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位符号位地址 IE 的字节地址 A8H IE 的位地址 A8H AFH IE 的总控制位 EA IE 的分控制位 EX0、EX1 ET0、ET1 ES共六十七页56IE 中的位含义(hny) 全部(qunb)中断源中断允许/屏蔽控制位 EA = 0 总中断屏蔽有效 EA = 1 总中断允许有效 EA = 1时，各中断源中断允许/屏蔽控制位 EX0（EX1）= 0，/INT0 （/INT1）中断屏蔽 EX0（EX1）= 1，/INT0 （/INT1）中断允许 ET0（ET1）= 0，T0 （T1）中断屏蔽 E

33、T0（ET1）= 1，T0 （T1）中断允许 ES = 0，串行口中断屏蔽 ES = 1，串行口中断允许EAEX0ET0EX1ET1ES7 0共六十七页57 IE 中的位操作举例(j l) 对外部 /INT0 开中断(zhngdun)（中断(zhngdun)允许） 对外部 /INT1 关中断（中断屏蔽） 字节操作：MOV IE，#1XXXXXX1B MOV 0A8H，#1XXXXXX1B 位操作： SETB EA SETB EX0SETB 0AFH SETB 0A8H 字节操作：MOV IE，#XXXXXXX0B MOV IE，#0XXXXXXXB 位操作： CLR EX0 CLR EA注:

34、系统复位时，IE = 00H，即均中断屏蔽共六十七页58b7b6b5b4b3b2b1b0 PS PT1 PX1 PT0 PX0 BFHBEHBDHBCHBBHBAHB9HB8H位符号(fho)位地址(dzh) IP 的字节地址 B8H IP 的位地址 B8H BFH IP 的控制位 PX0、PX1 PT0、PT1 PS 中断优先级寄存器IP 共六十七页59IP 中的位含义(hny) 中断(zhngdun)源与位的关系 PX0 /INT0 中断优先级控制位 PX1 /INT1 中断优先级控制位 PT0 T0 中断优先级控制位 PT1 T1 中断优先级控制位 PS 串口中断优先级控制位 优先级判别 位置 1 高级别中断 位