《单片机系统设计及工程应用》课件第4章

4.151系列单片机的中断系统4.2定时器/计数器习题44.1.1中断的概念

所谓中断，是指计算机在执行某一程序的过程中，由于计算机系统内部或外部的某种原因，CPU必须暂时停止现行程序的执行，而自动转去执行预先安排好的处理该事件的

服务子程序，待处理结束之后，再回来继续执行被暂停程序的过程。实现这种中断功能的硬件系统和软件系统统称为中断系统。4.151系列单片机的中断系统中断系统是计算机的重要组成部分。实时控制、故障自动处理、计算机与外部设备间传送数据及实现人机对话通常采用中断方式。中断系统需要解决以下基本问题：

(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。要求中断请求信号产生一次，只能被CPU接收处理一次，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、现场恢复等问题。

(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系统，往往有多个中断源，各中断源的重要程度又有轻重缓急之分。与人处理问题的思路一样，希望重要紧急的事件优先处理，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。51系列单片机中断系统原理及组成如图4.1所示。图4.1

51系列单片机中断系统原理及组成图4.1.2中断源

中断源是指向CPU发出中断请求的信号来源，中断源可以人为设定，也可以为响应突发性随机事件。51系列单片机有5个中断源，见表4.1，其中两个是外部中断源，另外三个属于内部中断。(注：52子系列有6个中断源，增加了一个定时器/计数器T2的溢出中断。)表4.1

MCS－51单片机的中断源

1.外部中断

外部中断源有两个，外部中断0(

)和外部中断1(

)。外部中断请求有两种触发方式：电平触发及边沿触发。这两种触发方式可以通过对特殊功能寄存器TCON(TCON称为定时器/计数器控制寄存器)编程来选择。下面给出TCON的位定义格式，并对与中断有关的位予以说明。

定时器/计数器控制寄存器TCON：地址为88H

IT0：外部中断0的触发方式控制位。若IT0被设置为0，则选择外部中断0为电平触发方式，即IT0=0时，低电平有效；若IT0被设置为1，则选择外部中断0为边沿触发方式，即IT0=1时，负沿有效。

IT1：外部中断1的触发方式控制位。若IT1被设置为0，则选择外部中断1为电平触发方式，即IT1=0时，低电平有效；若IT1被设置为1，则选择外部中断1为边沿触发方式，即IT1=1时，负沿有效。

IE0：外部中断0的中断请求标志位。IE0=1，表示请求中断；IE0=0，表示没有请求中断。当IT0=0时，外部中断0为电平触发方式。在这种方式下，CPU在每个机器周期的S5P2期间对(P3.2)引脚采样。若为低电平，则认为有中断申请，随即使IE0标志置位，并以此向CPU请求中断；若为高电平，则认为无中断申请，或中断申请已撤除，随即使IE0标志复位。当IT0=1时，即外部中断0为边沿触发方式时，若第一个机器周期采样到引脚为高电平，第二个机器周期采样到

引脚为低电平时，由硬件置位IE0，并以此向CPU请求中断。当CPU响应中断转向中断服务程序时，由硬件自动将IE0清零。

IE1：外部中断1的中断请求标志位，其作用与IE0类似。当IT1=0时，外部中断1为电平触发方式。在这种方式下，CPU在每个机器周期的S5P2期间对(P3.3)引脚采样，若为低电平，则认为有中断申请，随即使IE1标志置位，并以此向CPU请求中断；若为高电平，则认为无中断申请，或中断申请已撤除，随即使IE1标志复位。

当IT1=1时，即外部中断1为边沿触发方式时。若第一个机器周期采样到引脚为高电平，第二个机器周期采样到

引脚为低电平时，由硬件置位IE1，并以此向CPU请求中断。当CPU响应中断转向中断服务程序时，由硬件自动将IE1清零。若把外部中断设置为边沿触发方式，CPU在每个机器周期都采样。为了保证CPU能检测到负跳变，输入到引脚上的高电平与低电平至少应保持1个机器周期。对于电平触发的外部中断，由外部中断的输入信号直接控制中断请求标志位IE0(IE1)，CPU响应中断后不能由硬件自动清除IE0(IE1)标志，也不能由软件清除IE0(IE1)标志。因此，在中断返回之前，需要外接电路来撤消中断请求输入引脚上的低电平，否则将再次中断，导致一次中断申请被CPU多次响应而出错。图4.2是电平触发方式下外部中断的请求、撤除电路。外部中断请求信号通过D触发器加到单片机X引脚上。当外部中断请求信号使D触发器的CLK端发生负跳变时，由

于D端接地，Q端输出0，向单片机发出中断请求。CPU响应中断后，利用一根口线，如P1.0作应答线，用P1.0控制D触发器的置1端。在中断服务程序中用以下两条指令来撤除中断请求：

ANLP1.0#0FEH

ORLP1.0#01H第一条指令使P1.0为0，而P1口其他各位的状态不变。由于P1.0与直接置1端相连，因此D触发器Q=1，撤除了中断请求信号。第二条指令将P1.0变成1，即置1端为1处于无效状态，使以后产生的新的外部中断请求信号又能向单片机申请中断。图4.2外部中断请求、撤除的电路

2.内部中断

内部中断是单片机芯片内部产生的中断。51系列单片机(51子系列)的内部中断有定时器/计数器T0、T1的溢出中断，串行口的发送/接收中断。当定时器/计数器T0、T1计数溢出时，由硬件自动置位TCON的TF0(定时器/计数器T0的中断标志位)或TF1(定时器/计数器T1的中断标志位)，向CPU申请中断。CPU响应中断而转向中断服务程序时，由硬件自动将TF0或TF1清零，即CPU响应中断后能自动撤除中断请求信号。当串行口发送完或接收完一帧信息时，由接口硬件自动置位SCON的TI(发送中断请求标志位)或RI(接收中断请求标志位)，以此向CPU申请中断，CPU响应中断后，接口硬件不能自动将TI或RI清零，即CPU响应中断后不能自动撤除中断请求信号，用户必须采用软件方法将TI或RI清零，来撤除中断请求信号。4.1.3中断控制

1.中断允许控制

MCS－51单片机中没有专设的开中断和关中断指令，对各中断源的中断开放或关闭是由内部的中断允许寄存器IE的各位来控制的。

中断允许寄存器IE：地址为A8H

EX0：外部中断0的中断允许位。EX0=0，禁止外部中断0中断；EX0=1允许外部中断0中断。

ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位。ET0=0，禁止T0中断；ET0=1，允许T0中断。

EX1：外部中断1的中断允许位。EX1=0，禁止外部中断1中断；EX1=1，允许外部中断1中断。

ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位。ET1=0，禁止T1中断；ET1=1，允许T1中断。

ES：串行口中断允许位。ES=0，禁止串行口中断；ES=1允许串行口中断。

ET2：定时器/计数器T2的溢出中断允许位，只用于52子系列，51子系列无此位。ET2=0，禁止T2中断；ET2=1，允许T2中断。

EA：中断允许总控位。EA=0，禁止所有的中断请求；EA=1，开放所有的中断请求，

但是否允许各中断源的中断的中断请求，还要取决于各中断源的中断允许控制位的状态。

注意：单片机系统复位后，IE中各中断允许位均被清0，即禁止所有中断。

2.中断优先级控制

51单片机的中断源可设置为两种中断优先级：高优先级(优先级)中断和低优先级(普通级)中断，从而可实现多级中断嵌套。中断响应遵循如下规则：

(1)先高后低——对于不同优先级的中断源同时请求中断时，CPU首先响应优先级最高的中断请求。

(2)约定顺序——相同优先级的中断源同时请求中断时，按约定顺序响应。

(3)停低转高——正在处理低优先级中断而又有高优先级中断源请求中断时，中断正在进行的操作，转去响应高优先级中断，处理完成后再返回继续处理低优先级中断。

(4)高不理低——CPU正在处理高优先级中断而又有低优先级中断源请求中断时，继续处理高优先级中断，而不理会低优先级的中断请求，待处理完高优先级中断后才响应低

优先级的中断请求。

中断响应的上述规则，完全与现今社会中的上下级处理事务相类似。

专用寄存器IP为中断优先级控制寄存器，锁存各中断源优先级控制位，IP中的每一位均可由软件置1或清0，用来确定每个中断源的中断优先级。置1表示对应中断源为高优先级中断，清0表示低优先级。其格式如下：中断优先级控制寄存器IP：地址为B8H

PX0：外部中断0的中断优先级控制位。

PT0：定时器/计数器T0的中断优先级控制位。

PX1：外部中断1的中断优先级控制位。

PT1：定时器/计数器T1的中断优先级控制位。

PS：串行口的中断优先级控制位。

PT2：定时器/计数器T2的中断优先级控制位，只用于52子系列。

注意：

(1)当系统复位后，IP全部清0，所有中断源均设定为低优先级中断。

(2)如果几个同一优先级的中断源同时向CPU申请中断，则CPU通过内部硬件查询逻辑，按自然优先级约定顺序确定先响应哪个中断请求。自然中断优先级见表4.2。表4.2自然中断优先级4.1.4中断响应

1.中断响应的条件

单片机响应中断时必须同时满足以下5个条件：

(1)有中断源发出中断请求。

(2)中断总允许位EA=1(CPU开中断)。

(3)申请中断的中断源对应的中断允许控制位为1。

(4)当前指令执行完。正在执行RETI中断返回指令或访问专用寄存器IE和IP的指令时，CPU执行完该指令和紧随其后的另一条指令后才会响应中断。

(5)CPU没有响应同级或高优先级的中断。

满足以上基本条件，CPU才会响应中断。

2.中断响应过程

CPU响应中断后，由硬件自动执行如下的功能操作：

(1)保护断点，即把程序计数器PC的内容压入堆栈保存

(2)清内部硬件可清除的中断请求标志位(IE0、IE1、TF0、TF1)。

(3)把被响应的中断服务程序入口地址送入PC，从而转向相应的中断服务程序执行。各中断服务程序的入口地址见表4.3。表4.3

51系列单片机中断入口地址

3.中断响应时间

所谓中断响应时间，是指CPU检测到中断请求信号到转入中断服务程序入口所需要的机器周期数。了解中断响应时间对设计实时测控系统有重要的指导意义。

51系列单片机响应中断的最短时间为3个机器周期。若CPU检测到中断请求信号时间正好是一条指令的最后一个机器周期，则不需等待就可以立即响应。所谓响应中断，就

是由内部硬件执行一条长调用指令，需要2个机器周期，加上检测需要1个机器周期，一共需要3个机器周期才开始执行中断服务程序。中断响应的最长时间由下列情况所决定：若中断检测时正在执行RETI或访问IE或IP指令的第一个机器周期，则包括检测在内需要2个机器周期(以上3条指令均需2个机器周期)；若紧接着要执行的指令恰好是执行时间最长的乘除法指令，则其执行时间均为4个机器周期；再用2个机器周期执行一条长调用指令才转入中断服务程序。这样，总共需要8个机器周期。

因此，中断响应时间一般为3～8个机器周期。4.1.5中断系统的应用

1.必要工作

为了使读者对中断系统的应用有一个全面的了解，我们简单归纳一下使用中断系统时要做的工作：

(1)明确任务，确定采用哪些中断源。

(2)确定中断源触发方式。

(3)中断优先级分配。

(4)中断源及中断标志位的撤除方法。

(5)中断服务程序要完成的任务。

(6)中断服务程序入口地址的设置。

(7)中断允许设置。

2.相关寄存器

我们对中断系统的设置实质上就是对相关寄存器功能位的设置。与中断系统相关的寄存器有：中断允许寄存器IE、中断优先级控制寄存器IP、串行口控制寄存器SCON、

中断标志位及外中断触发方式设置借助于定时器/计数器控制寄存器TCON，各个寄存器相关位的功能及使用方法前面已有介绍，读者只需按要求设置即可，这里不再赘述。

3.中断系统应用举例

例4.1.1

利用中断方式实现输入/输出。在图4.3中，每按一次P按钮便在的输入端产生一个负脉冲，向CPU请求中断，响应中断后，读取开关S0～S3上的数据，输出到发光二极管L0～L3显示。当开关闭合时，对应的发光管点亮。

解主程序和中断服务子程序如下：

ORG0000H

LJMPMAIN ；上电自动转向主程序

ORG0003H

LJMPINT0SUB；指向INT0的中断服务子程序

ORG0040HMAIN: SETBIT0 ；选择INT0为负沿触发方式

SETBEX0 ；允许INT0中断

SETBEA ；开CPU中断

HERE: LJMPHERE ；等待中断

；INT0的中断服务子程序INT0SUB:MOVP1，#0FH；数据送P1口，设置P1.0～P1.3

；为输入

MOVA，P1 ；读S0～S3上的数据

SWAP A ；A的低4位与高4位交换

ORLA，#0FH

MOVP1，A ；数据送L0～L3

RETI ；中断返回

END图4.3利用中断方式实现输入/输出

例4.1.2

利用中断实现单步操作。

解可利用图4.4的电路实现单步操作，把一个外部中断(设为)设置为电平触发方式，且允许INT1中断。其中断服务程序的末尾写上如下几条指令:

JNBP3.3，$ ；在INT1变高前原地等待

JBP3.3，$ ；在INT变低前原地等待

RETI ；返回并执行主程序的一条指令图4.4利用中断实现单步操作平时，按钮P未按下时，保持低电平，则CPU就进入外部中断1服务程序，由于有上述几条指令，它就会停在JNB处，原地等待。当P按下一次，端出现一个正脉冲(由低到高，再到低)时，程序就会往下执行，执行RETI后，将返回到主程序，往下执行主程序的一条指令，然后又立即响应中断，以等待端出现的下一个正脉冲。这样，在

端每出现一个正脉冲，主程序就执行一条指令，实现了单步执行的目的。

例4.1.3

多中断源扩展。

解51单片机有两个外部中断输入端，当有2个以上中断源时，它的中断输入端就不够了。此时，可以采用中断与查询相结合的方法来实现多中断源扩展。图4.5中每个中断源都接在同一个外部中断输入端上，同时利用P1口作为在多中断源情况下各中断源的识别。当扩展中断源为高电平时，输入端为低电平，向CPU请求中断。响应中断后，采用软件查询的方法进行相应的中断服务，的中断服务程序如下：

INT0SUB:

PUSHA；/INT0的中断服务程序

JBP1.0，ZD1；软件查询

JBP1.1，ZD2

JBP1.2，ZD3

JBP1.3，ZD4GOBACK:POPACC

RETI ；中断返回

ZD1:…

；扩展中断源1的中断服务程序

LJMPGOBACK

ZD2:…

；扩展中断源2的中断服务程序

LJMPGOBACK

LJMPGOBACK

ZD3:… ；扩展中断源3的中断服务程序

LJMPGOBACK

ZD4:…

；扩展中断源4的中断服务程序LJMPGOBACK图4.5多中断源扩展4.2.1定时器/计数器的基本原理

1.定时器/计数器的特点

对于定时器/计数器来说，不管是独立的定时器芯片还是单片机内的定时器，大都具有以下特点：

(1)定时器/计数器有多种工作方式，可以是计数方式也可以是定时方式。

4.2定时器/计数器

(2)定时器/计数器的计数值是可变的，当然计数的最大值是有限的，这取决于计数器的位数。计数的最大值也就确定了作为定时器时的最大定时范围。

(3)能够在到达设定的定时或计数值时发出中断申请，以便实现定时控制。

51单片机(51子系列)中的两个16位定时器/计数器T0和T1，它们均可作为定时器或计数器使用，其原理如图4.6所示。图4.6定时器/计数器原理框图

2.定时器/计数器工作原理

51单片机的定时器/计数器采用加法计数方式工作。两个定时器/计数器T0和T1的内部均有一个16位加法计数器(TH0，TL0和TH1，TL1)，用来完成加1计数。当加法计数器产生溢出时，硬件自动产生溢出中断标志信号，可向CPU申请中断。由于加法计数器的初值可以由程序设定，因此其计数/定时范围就可利用软件来编程。当处于计数方式时，定时器/计数器对加在T0(P3.4)、T1(P3.5)引脚的脉冲信号进行加1计数，我们可以通过设置不同的初值来控制计数次数。

当处于定时方式时，定时器/计数器对内部机器周期Tc进行加1计数，因此其计数最小单位就是1个机器周期。例如，当我们的应用系统采用的时钟频率为12MHz时，其机器周期

Tc=1μs，其基本定时单位就是1μs。

在定时/计数过程中，可以用指令将加法计数器的值读回CPU。4.2.2定时器/计数器的控制方式

1.定时器方式寄存器TMOD

TMOD称为定时器方式寄存器，用来设置定时器/计数器的工作方式、是否需要门控信号等，其地址为89H。定时器/计数器T0、T1都有4种工作方式，可通过对方式寄存器TMOD设置来选择工作方式。TMOD的低4位用于设置定时器/计数器T0的工作方式，高4位用于设置定时器/计数器1的工作方式，各位定义如图4.7所示。

M1、M0：工作方式选择位，其值与工作方式对应关系见表4.4。图4.7

TMOD功能图表4.4定时器/计数器工作方式

C/T:功能选择位，当C/T=1时为计数方式；当C/T=0时为定时方式。

GATE：门控位，用于控制定时器/计数器的启动是否受外部中断请求信号的影响。

(1)对定时器/计数器0来讲，当GATE=0时，只要定时器控制寄存器TCON中的软件控制位TR0=1，就可启动定时器T0，与外部中断请求信号无关。如果GATE=1，必须使软件控制位TR0=1，且为高电平方可启动定时器T0。即定时器/计数器T0的启动要受外部中断请求信号的影响，只有在没有外部中断请求信号的情况下才允许启动定时器T0。

(2)对定时器/计数器1来讲，当GATE=0时，只要TR1=1即可启动定时器T1，与外部中断请求信号无关。如果GATE=1，必须使TR1=1，且为高电平方可启动定时器T1。即定时器/计数器T1的启动要受外部中断请求信号的影响，只有在没有外部中断请求信号的情况下才允许启动定时器T1。

注意：与其他寄存器(如TCON、IP、IE等)不同，定时器方式寄存器TMOD不能进行位寻址。只能用字节地址向TMOD中写命令字来设置T1和T0的工作方式。复位时，TMOD所有位均清0。

2.定时器的控制寄存器TCON

定时器的控制寄存器TCON地址为88H，可以进行位寻址。用来控制定时器/计数器开始定时/计数、设置中断及中断响应等。TCON控制寄存器各位定义如下：

TF0(TF1)：定时器/计数器T0(T1)的中断标志位。当T0(T1)计数溢出时，由硬件置位，在允许中断的情况下，向CPU发出中断请求信号，CPU响应中断转向中断服务程序

时，由硬件自动将该位清零。

TR0(TR1)：T0(T1)的启动控制位。当TR0(TR1)=1时，可启动T0(T1)；当TR0(TR1)=0时，关闭T0(T1)。该位由软件进行设置，一般情况下，在定时器/计数器初始化完成后，设

置为不需门控时，用指令将该位置为1即可启动T0(T1)。

IE0(IE1)：外部中断0(外部中断1)请求标志位。

IT0(IT1)：外部中断0(外部中断1)触发方式选择位。4.2.3定时器/计数器的工作方式

1.工作方式1

将方式寄存器TMOD的方式选择位M1M0设置为01时，定时器/计数器设定为方式1，由TH0和TL0(或TH1和TL1)构成了16位的计数器。图4.8给出了定时器T0在方式1时的工作原理框图，T1在方式1时的工作原理与此类似。图4.8定时器/计数器0方式1的逻辑结构如果C/T=1，图4.8中开关S1自动地接在下面，定时器/计数器工作在计数状态，TH0、TL0构成了一个16位的加法计数器，它对T0(P3.4)引脚上的外部脉冲计数。当计数到全1(FFFFH)，再来一个外部脉冲便计数到0，计数器溢出使TF0=1，以此作为定时器/计数器的中断标志向CPU请求中断。在方式1下，计数长度为16位二进制数，最大计数值M=216=65536。如果要让计数器计数N次，则事先应向计数器中写入的计数初值X为计数初值X=最大计数值M-计数次数

N=216－N=65536－N

(4.1)在式(4.1)中，M是计数器的最大计数值，N为计次数，X是应写入TH0、TL0的计数初值。例如，让计数器计数5次，计数次数N=5，则计数初值X为

计数初值X=216－N=65536－5=65531=FFFBH

此例中应向TH0写入FFH、向TL0写入FBH才可实现5次计数。

当计数初值X=65535(FFFFH)时，只计数1次便产生溢出中断，所以65535是方式1时的最小计数初值；X=0时，计数器从1计数到65536，计数器溢出请求中断，所以0是方式1时的最大计数初值，最大计数次数N=65536。

CPU在每个机器周期的S5P2期间采样T0(P3.4)引脚的输入信号，若一个机器周期的采样值为1，下一个机器周期的采样值为0，则计数器加1。由于识别一个高电平到低

电平的跳变需两个机器周期2Tc，因此外部计数脉冲的频率应低于1／(2Tc)＝fosc/24，且高电平与低电平的延续时间均不得小于1个机器周期。

C/T=0时为定时器方式，图4.8中开关S1接在上面，加法计数器对机器周期Tc计数，每个机器周期计数器加1。根据计数次数N便可计算出定时时间，定时时间由下式确定：

T=N×Tc=(65536－X)Tc

(4.2)式中Tc为单片机的机器周期。如果振荡频率fosc=12MHz，则Tc=1μs，定时范围为1～65536μs。

定时器/计数器0的启动或停止受3个条件的制约：控制寄存器TCON中的TR0位、门控位GATE及外部中断请求信号INT0。当GATE=0时，只要用软件置TR0=1，图4.8中开关S2闭合，定时器/计数器就开始工作；当置TR0=0时，第二个开关分开，定时器/计数器停止工作。所以把TR0称为定时器/计数器0的启动控制位。

GATE=1为门控方式。此时，仅当TR0=1且T0(P3.4)引脚上出现高电平(即无外部中断请求信号)时，开关S2才闭合，定时器/计数器开始工作。如果引脚上出现低电平(即有外部中断请求信号)，则停止工作。所以，门控方式下，定时器/计数器的启动受外部中断请求的影响，常用来测量引脚上出现正脉冲的宽度。

2.工作方式0

将方式寄存器TMOD的方式选择位M1M0设置为00时，定时器/计数器设定为工作方式0，由TH的8位和TL的低5位构成了13位的计数器。图4.9给出了定时器T1在方式0时的工作原理框图，定时器T0在方式0时的工作原理与此类似。图4.9定时器/计数器1方式0的逻辑结构如果C/T=1，定时器/计数器1工作在计数状态，则由TH1、TL1构成的13位加法计数器对T1(P3.5)引脚上的外部脉冲计数。当计数到全1(即8191或1FFFH)，再来一个外部脉冲便计数到0，计数器溢出使TF1=1，以此作为定时器/计数器的中断标志。

在方式0下，计数长度为13位二进制数，最大计数值M=213=8192。如果要让计数器计数N次，则应向计数器中写入的计数初值X为

计数初值X=最大计数值M-计数次数N

=213－N=8192－N(4.3)例如，设置计数器计数1000次，计数次数N=1000，则计数初值X为

计数初值X=213－N=8192－1000=7192

=11100000，11000B

但应注意，上述13位计数初值的高8位写入TH1，而13位计数初值的低5位二进制数前面要加3个0，凑成8位二进制数后写入TL1。此例中应向TH1写入的数据是：

11100000B(E0H)，向TL1写入的数据是：00011000B(18H)，即计数初值X=E018H。

在方式0下，X=8191时是最小计数初值；X=0时，计数器从1计数到8192，X=0是方式0时的最大计数初值，最大计数次数N=8192。如果C/T=0，为定时器方式，加法计数器对机器周期Tc计数，每个机器周期计数器加1。根据计数次数N便可计算出定时时间，定时时间由下式确定：

T=N×Tc=(8192－X)Tc

(4.4)

式中Tc为单片机的机器周期。如果振荡频率fosc=12MHz，则Tc=1μs，定时范围为1～8192μs。

定时器/计数器1的启动或停止受3个条件的制约：控制寄存器TCON中的TR1位、门控位GATE及外部中断请求信号。

3.工作方式2

将方式寄存器TMOD的方式选择位M1M0设置为10时，定时器/计数器设定为工作方式2，作为自动重新装入初值的8位定时器/计数器工作方式，通常用作为方波发生器。

方式0和方式1都必须在每次定时/计数结束后重新装入初值，而方式2是一种自动装入初值的工作方式。方式2在程序初始化时，TL0和TH0由软件赋予相同的计数初值。

TL0用作加1计数，TH0用来保存初值，一旦TL0计数溢出，TF0将被置位，同时，TH0中的初值会自动重新装入TL0，从而进入新一轮计数，如此循环。用方式2来产生方波

非常方便，通常被用来作为串行通信口的波特率发生器，其内部结构如图4.10所示。

图中以T0为描述对象，T1的工作原理与此类似。图4.10定时器/计数器0方式2的逻辑结构在工作方式2时，计数范围为1～256。计数器的计数初值和定时时间分别由下式确定：

计数初值X=最大计数值M-计数次数N

=28－N=256－N(4.5)

T=N×Tc=(256-X)Tc(4.6)4.工作方式3

将方式寄存器TMOD的方式选择位M1M0设置为11时，定时器/计数器设定为工作方式3，其逻辑结构如图4.11所示。图4.11定时器/计数器0方式3的逻辑结构在工作方式3时，定时器T0被分解成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中，TL0占用原定时器T0的控制位和中断标志位：GATE、TR0和TF0，也占用原定时器0的引脚T0(P3.4)

和INT0(P3.2)。除计数位数不同于方式0、方式1外，其功能、操作与方式0、方式1完全相同，可定时亦可计数。TH0占用原T1的控制位TF1和TR1，同时还占用了定时器1的中断源，其启动和关闭仅受TR1置1或清0控制。此时，TH0只能对机器周期进行计数，因此，TH0只能用作简单的内部定时，不能用作对外部脉冲计数，它是定时器0附加的一个8位定时器。在工作方式3时，计数范围为1～256。计数初值和定时时间分别由式(4.5)和式(4.6)确定。

定时器1无工作方式3。当定时器0工作于方式3时，定时器1可设置为方式0、方式1或方式2，但由于TR1、TF1及T1的中断源已被定时器0占用，此时，定时器T1只能用于不需要中断的场合，如T1常常用作串行口波特率发生器。

通常情况下，也只有T1作为串行口波特率发生器使用时，为了充分利用单片机资源，才将T0设置为方式3使用。4.2.4定时器/计数器的应用

由于定时器/计数器的功能是由软件编程实现的，因此一般在使用定时器/计数器前都要对其进行初始化。所谓初始化，实际上就是确定相关寄存器的值。初始化步骤如下：

(1)确定工作方式——对TMOD赋值。

根据任务性质明确工作方式及类型，从而确定TMOD寄存器的值。例如，要求定时器/计数器T0完成16位定时功能，TMOD的值就应为01H，用指令

MOVTMOD，＃01H

即可完成工作方式的设定。

(2)预置定时器/计数器的计数初值——写入计数初值。

依据以上确定的工作方式和要求的计数次数，由算式(4.1)～(4.6)计算出相应的计数初值。直接将计数初值写入TH0、TL0或TH1、TL1。

(3)根据需要开放定时器/计数器中断——直接对IE寄存器赋值。

(4)启动定时/计数器工作——将TR0或TR1置“1”。

GATE=0时，直接由软件置位启动；GATE=1时，除软件置位外，还必须在外中断引脚处加上相应的电平值才能启动。4.2.5应用实例

在工程应用中，常常会遇到要求系统定时或对外部事件计数等类似问题，若用CPU直接进行定时或计数不但降低了CPU的效率，而且会无法响应实时事件。灵活运用定时器/计数器不但可减轻CPU的负担，简化外围电路，而且可以提高系统的实时性，能快速响应和处理外部事件。

例4.2.1

方式0的应用。设单片机晶振频率为12MHz，利用定时器/计数器T0，在P1.0引脚输出周期为2ms的方波。解2ms的方波可由间隔1ms的高低电平相间而成，因而只要每1ms对P1.0取反一次即可得到这个方波，如图4.12所示。可选用定时器/计数器T0工作为定时方式来实现1ms的定时。定时器工作在定时方式时，计数器对机器周期Tc计数，每个机器周期计数器加1。因为单片机晶振频率为12MHz，所以机器周期为

Tc=12×振荡周期=12÷fosc=1μs要实现1ms的定时，定时器0在1ms内需要计数N次:

N=1ms÷1μs=1000次

设定时器0工作在方式0，则计数初值X为

X=最大计数值M-计数次数N=213－N

=8192－1000=7192=1110000011000B图4.12

2ms方波

13位的计数初值的高8位写入TH0，低5位二进制数前要加3个0，凑成8位二进制数后写入TL0。即向TH0写入的数据是：11100000B(E0H)，向TL0写入的数据是：

00011000B(18H)。

TMOD初始化:TMOD=00000000B=00H，(GATE=0，C/T=0，M1=0，M0=0)TCON初始化:TR0=1，启动T0

IE初始化:开放中断，EA=1；允许定时器T0中断，ET0=1程序如下:

ORG0000H

LJMPSTART ；复位入口

ORG000BH

LJMPT0INT ；T0中断入口

ORG0040H

START: MOVSP，＃60H；初始化程序

MOVTH0，＃0E0H ；T0赋初值

MOVTL0，＃18H

MOVTMOD，＃00H；T0为方式0定时。注，

；不能对TMOD位操作

SETBTR0 ；启动T0SETBET0 ；开T0中断

SETBEA ；开总允许中断

SJMP$ ；等待中断

T0INT:MOVTL0，＃0E0H；T0中断服务子程序，T0赋初

；值，再次启动T0

MOVTH0，＃18H

CPLP1.0 ；输出周期为2ms的方波

RETI ；中断返回

注意：T0溢出时中断标志位TF0=1请求中断，CPU响应中断时，由硬件自动将该位清零。但在中断服务程序中，必须重新写入计数初值方可再次启动定时器。

例4.2.2

软件计数器的应用。设单片机时钟频率为12MHz，利用定时器/计数器T0在引脚P1.0和P1.1分别输出周期为2ms和6ms的方波，如图4.13所示。图4.13输出不同周期的方波

解在例4.2.1中，T0每1ms中断一次，对P1.0取反一次得周期为2ms的方波。

让例4.2.1中的主程序不变，只要对T0中断服务子程序略加修改，使用片内RAM的30H单元进行软件计数，每计数(中断)3次，对P1.1取反一次可得到周期为6ms的方波。

修改后的T0中断服务子程序如下(设30H单元的初值为0)：

T0INT:MOVTL0，＃0E0H；T0中断服务子程序，T0

；赋初值，再次启动T0 MOVTH0，＃18H

CPLP1.0 ；输出周期为2ms的方波

INC30H ；每1ms软件计数值加1

MOVA，30H

CJNEA，#03，RETURN

CPLP1.1；每3ms对P1.1取反一次

MOV30H，00H ；软件计数初值为0

RETURN:RETI ；中断返回

例4.2.3

方式1的应用。设单片机晶振频率为12MHz，用定时器/计数器0控制在P1.0引脚输出周期为20ms的方波。解20ms的方波可由间隔10ms的高低电平相间而成，只要每10ms对P1.0取反一次即可得到这个方波。若单片机晶振频率为12MHz，则机器周期为1μs。要实现10ms的定时，在10ms内需要计数N次:

N=10ms÷1μs=10000次定时器工作在方式0时，其最大计数值M=213=8192，无法实现10ms的定时，即无法实现10000次的计数。所以，必须使定时器/计数器0工作在方式1下，此时计数初值X为

X=最大计数值M-计数次数N

=216－N=65536－10000=55536=D8F0H

即向TH0写入计数初值D8H，向TL0写入计数初值F0H。TMOD初始化:TMOD=00000001B=01H，(GATE=0，C/T=0，M1=0，M0=1)；

TCON初始化:TR0=1，启动T0；

IE初始化:开放中断EA=1，允许定时器T0中断ET0=1。程序清单如下:

ORG0000H

LJMPSTART ；复位入口

ORG000BH

LJMPT0INT ；T0中断入口

ORG0040H

START: MOVTH0，＃0D8H ；T0赋初值

MOVTL0，＃0F0H

MOVTMOD，＃01H ；T0为方式1定时

SETBTR0 ；启动T0

SETBET0 ；开T0中断

SETBEA ；开总允许中断

MAIN:LJMPMAIN ；主程序等待中断

T0INT:MOVTL0，＃0D8H；T0中断服务子程序，T0

；赋初值，再次启动T0

MOVTH0，#0F0H

CPLP1.0 ；输出周期为20ms的方波RETI ；中断返回图4.14生产过程控制

例4.2.4

利用定时器/计数器对生产过程进行控制。图4.14给出了一个生产过程的示意图。当生产线上无工件传送时，在光线的照射下，光敏管导通，T1为低电平；当工件通过光源时工件会遮挡光线，光敏管截止，T1为高电平。每传送一个工件，T1端会出现一个正脉冲。利用定时器/计数器1对生产过程进行控制，每生产出10000个工件，使P1.7输出一个正脉冲，用于启动下一个工序。

解设置定时器/计数器1工作在方式1，对工件进行计数。计数次数N=10000，则计数初值X为

X=最大计数值M-计数次数N=216－N

=65536－10000=55536=D8F0H

初始化:TMOD=01010000B=50H(GATE=0，C/T=1，M1M==01)；

TCON初始化:TR1=1，启动T1；

IE初始化:开放中断EA=1，允许定时器T1中断ET1=1。程序清单如下:

ORG0000H

LJMPSTART ；复位入口

ORG001BH

LJMPT1INT；T1中断入口

ORG0040H

START: CLRP1.7 ；初始化P1.7=0

MOVTH1，＃0D8H ；T0赋初值

MOVTL1，＃0F0H

MOVTMOD，＃50H ；T1为方式1计数 SETBTR1 ；启动T1

SETBET1 ；开T1中断

SETBEA ；开总允许中断

MAIN:LJMPMAIN ；主程序等待中断

T1INT:MOVTL1，＃0D8H；T1中断服务子程序，T1赋初

；值，再次启动T1

MOVTH1，#0F0H

SETBP1.7 ；使P1.7输出正脉冲，启动下一

；个工序NOP

CLRP1.7

RETI ；中断返回图4.15显示电路

例4.2.5

方式2的应用。设单片机晶振频率为12MHz，在P1.7引脚接有一个发光二极管(如图4.15所示)，用定时器/计数器控制，使发光二极管亮1秒灭1秒，周而复始。

解由于定时间隔太长，用一个定时器/计数器无法直接实现1秒的定时。可使定时器工作在方式1，得到10ms的定时间隔，再进行软件计数100次，便可实现1秒的定时，读者可参照例4.2.3和例4.2.2来完成。在此，我们采用多个定时器/计数器复合使用的方法完成此题。可将定时器T0设定为10ms的定时间隔，当T0定时时间到时，把P1.0的输出取反，再把P1.0的输出信号加到定时器T1的计数脉冲的输入端进行计数。只要T1计数50次，便可实现1s的定时：

(10ms+10ms)×50=1000ms=1s

因为T1的计数次数N=50，所以令定时器T1工作在方式2，计数器的计数初值由下式确定：

X=最大计数值M-计数次数N=28－N=256－50=206=CEH

即把CEH同时写入TH1和TL1。

TMOD初始化:TMOD=01100001B=61H，T0为方式1定时，T1为方式2计数。

IE初始化:IE=10001010B，开放中断EA=1，允许定时器T0中断ET0=1，允许定时器T1中断ET1=1。

中断允许寄存器IE：程序清单如下:

ORG0000H

LJMPSTART ；复位入口

ORG000BH

LJMPT0INT ；T0中断入口

ORG001BH

LJMPT1INT；T1中断入口

ORG0040HSTART: MOVTH0，＃0D8H ；T0赋初值

MOVTL0，＃0F0H

MOVTH1，＃0CEH ；T1赋初值

MOVTL1，＃0CEH

MOVTMOD，＃61H；T0为方式1定时，T1为

；方式2计数

SETBTR0 ；启动T0

SETBTR1 ；启动T1

SETBET0 ；开T0中断

SETBET1 ；开T1中断 SETBEA ；开总允许中断

MAIN:LJMPMAIN ；主程序等待中断

T0INT:MOVTL0，＃0D8H；T0中断服务子程序，T0赋初值，再次启动T0

MOVTH0，#0F0H

CPLP1.0 ；P1.0输出周期为20ms的方波

RETI [DW3]；中断返回

T1INT:CPLP1.0 ；T1中断服务子程序

[DW3]；P1.7使发光二极管亮1秒灭1秒，周而复始

RETI [DW3]；中