2019/9/15,1,第5章 80C51的中斷系統與定時器/計數器,5.3,2019/9/15,2,5.1 80C51的中斷系統,5.1.1 中斷及中斷嵌套的概念,中斷的概念,當CPU正在處理某項事務 的時候，如果外界或內部發生 了緊急事件，要求CPU暫停正 在處理的工作轉而去處理這個 緊急事件，待處理完后再回到 原來被中斷的地方，繼續執行 原來被中斷了的程序，這樣的 過程稱為中斷。,2019/9/15,3,與中斷有關的幾個術語：,1、中斷源：引起CPU中斷的因源。 2、中斷請求（中斷申請） ：中斷源向CPU提出的處理要求。 3、中斷響應過程：CPU暫時中斷原來的工作A，轉去處理事件B的過程。 4、中斷服務（中斷處理）：對事件B的整個處理過程。 5、中斷返回 ： 事件處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（斷點），繼續執行程序。 6、中斷系統：實現中斷功能的部件。,一個完整的中斷過程應包括：中斷請求、中斷判優、中 斷響應、中斷服務和中斷返回。,2019/9/15,4,對于多重中斷，若新來的中斷優先級別更高，則CPU應該中斷現行的中斷服務程序，響應優先級別高的中斷，在高級中斷處理完后，再返回原先的中斷服務程序，這個過程就是中斷嵌套。,中斷嵌套的概念,2019/9/15,5,80C51中斷系統的結構,5個中斷源、2個優先級,5.1.2 中斷請求源和中斷控制,2019/9/15,6,中斷請求源及中斷請求標志,5.1.2 中斷請求源和中斷控制,外部中斷0（INT0） 外部中斷1（INT1） T0溢出中斷（TF0） T1溢出中斷（TF1） 串行口中斷（RI或TI）,2019/9/15,7,TCON寄存器：,5.1.2 中斷請求源和中斷控制,中斷控制TCON寄存器,2019/9/15,8,觸發方式設置及中斷標志,電平方式（ITx=0），INTx引腳低電平時IEx=1，響應中斷后IEx不自動清0（INTx引腳狀態）。 邊沿方式（ITx=1），INTx引腳負跳變時IEx=1，響應中斷后IEx自動清0。,外部中斷標志IE1、IE0（用IEx表示）,2019/9/15,9,兩種觸發方式比較：,電平方式時， INTx低電平必須保持到響應時，否則就會漏掉；在中斷服務結束前，INTx低電平必須撤除，否則中斷返回之后將再次產生中斷。,邊沿方式時，采樣到有效下降沿后，在IEx中將鎖存一個1。若CPU暫時不能響應，申請標志也不會丟失，直到響應時才清0。,2019/9/15,10,溢出中斷標志TF1、TF0（用TFx表示）,溢出中斷請求標志TFx ，Tx啟動后就開始由初值進行加1計數，直至最高位產生溢出使TFx=1向CPU請求中斷。CPU響應中斷后TFx自動清0。,2019/9/15,11,中斷控制SCON寄存器,RI：串口接收中斷標志，響應中斷時不能自動清除 TI：串口發送中斷標志，響應中斷時不能自動清除,2019/9/15,12,補充知識-中斷請求的撤除,1、定時器中斷請求的撤除： 對于定時器0或定時器1溢出中斷，CPU在響應中斷后由硬件自動清除中斷標志位TF0或TF1，無須采取其他措施。 2、串行口中斷的撤除： 對于串行口中斷，在CPU響應中斷后，硬件不能清除中斷請求標志TI或RI，必須在中斷服務程序中由軟件來清除相應的標志。 3、外部中斷的撤除： 外部中斷分為邊沿觸發和電平觸發兩種方式。 （1）對于邊沿觸發的外部中斷0或外部中斷1，CPU在響應中斷后由硬件自動清除中斷標志位IE0或IE1 ，無須采取其他措施。 （2）對于電平觸發的外部中斷0或外部中斷1，其中斷請求撤除方法較復雜。,2019/9/15,13,中斷源的開放和屏蔽由IE控制（1，開放；0，禁止）,EX0:外中斷0允許 ET0:T0中斷允許 EX1:外中斷1允許,ET1:T1中斷允許 ES :串口中斷允許 EA :CPU中斷允許,中斷控制IE寄存器,2019/9/15,14,IE寄存器,2019/9/15,15,中斷控制IP寄存器,中斷優先級由IP控制（1，高級；0，低級）,PX0:外中斷0優先級 PT0:T0中斷優先級 PX1:外中斷1優先級,PT1:T1中斷優先級 PS :串口中斷優先級,同一優先級的自然順序： 自高至低：INT0、TO、INT1、T1、串口。,2019/9/15,16,IP寄存器,2019/9/15,17,中斷優先級控制,幾個中斷同時申請，先響應高級的中斷 正進行的中斷服務，同級或低級中斷不能對其中斷，但可以被高級中斷所中斷。,為此，中斷系統內設有對應高、低2個優先級狀態觸發器（用戶不能尋址）。 狀態觸發器的復位由中斷返回指令RETI控制。,2019/9/15,18,1、低優先級中斷源可被高優先級中斷源所中斷 （中斷嵌套），反之不能（即高優先級中斷源不能被低 優先級中斷源中斷）。 2、一種中斷源（不管是什么優先級），一旦得到 響應，與它同級的中斷源不能再中斷它。 3、當CPU同時收到幾個同一優先級的中斷請求時， 按自然優先級的順序響應中斷。,2019/9/15,19,2019/9/15,20,5.1.3 中斷處理過程,中斷響應條件,有中斷請求 相應的中斷允許位為1 CPU開中斷（即EA=1）,遇下面情況之一將不被響應（此間中斷條件失效，中斷丟失）,正在處理同級或高級中斷 （沒有高優先級或同級優先級的中斷服務在執行） 當前查詢周期不是所執行指令的最后一個機器周期（正在執行的指令已結束） 正在執行RETI或訪問IE或IP的指令（如果執行的指令是RETI，或訪問IE、IP，必須再執行一條其他的指令才去中斷響應）,1、中斷響應,2019/9/15,21,中斷響應時間,中斷響應至少需要3個完整的機器周期（38個）！,受阻時要附加35個機器周期（無同級或高級中斷正進行）,查詢周期不是當前指令的最后機器周期(如MUL，+3) 查詢周期恰逢RETI類指令(且后跟MUL指令+5),2019/9/15,22,CPU響應中斷過程,將相應優先級狀態觸發器置1（阻斷后來同級或低級中斷 ） 執行硬件LCALL指令（PC入棧，中斷服務程序入口址送PC ） 執行中斷服務程序,編寫中斷服務程序注意,中斷服務程序入口存放指令LJMP或AJMP 現場保護與現場恢復,2019/9/15,23,中斷服務程序入口地址表,2019/9/15,24,2、中斷處理,2019/9/15,25,3、中斷返回,中斷服務程序最后指令必須是RETI，其功能：,將斷點從堆棧彈出送PC，CPU從原斷點繼續執行程序 將相應優先級狀態觸發器清0，恢復原來工作狀態,注意,不能用RET代替RETI 中斷服務程序中PUSH和POP必須成對使用,2019/9/15,26,小 結,2019/9/15,27,5.1.4 應用舉例,【例5-1】設有5個外部中斷源，中斷優先級由高到低排隊順序為XI0、XI1、XI2、XI3、XI4。試設計它們與80C51單片機的接口。,2019/9/15,28,中斷服務程序:,ORG 0003H LJMP INSE0 ORG 0013H LJMP INSE1 INSE0:PUSH PSW ;XI0中斷服務 PUSH ACC POP ACC POP PSW RETI (轉下頁),2019/9/15,29,INSE1:PUSH PSW (接上頁) PUSH ACC JB P1.0,DV1 ；P1.0為1，轉XI1中斷服務程序 JB P1.1,DV2 ；P1.1為1，轉XI2中斷服務程序 JB P1.2,DV3 ；P1.2為1，轉XI3中斷服務程序 JB P1.3,DV4 ；P1.3為1，轉XI4中斷服務程序 INRET:POP ACC POP PSW RETI DV1: ；XI1中斷服務程序 AJMP INRET DV4: ；XI4中斷服務程序 AJMP INRET,2019/9/15,30,5.2 80C51單片機的定時器/計數器,結構,基本型：T0，定時、計數。 T1，定時、計數、串口波特率發生器。,5.2.1 定時器/計數器的結構與工作原理,TH1、TL1 TH0、TL0 TCON TMOD,2019/9/15,31,由兩個特殊功能寄存器TCON、TMOD以及T0、T1 組成。 1、T0：分為兩個獨立的8位計數器（加1計數器）， 分別是：低8位計數器TL0和高8位計數器TH0。 2、T1：分為兩個獨立的8位計數器（加1計數器）， 分別是：低8位計數器TL1和高8位計數器TH1。 3、TMOD：定時器的模式（方式）控制寄存器。 4、TCON：定時器的控制寄存器。,2019/9/15,32,方式寄存器TMOD,GATE：門控位。GATE0時，只要TRx為1，就可啟動計數器工作；GATA1時，定時器的啟動還要加上INTx引腳為高電平這一條件。 C/T：模式選擇位。 清0為定時模式，置1為計數方式。 M1M0：工作方式設置位。可設置四種工作方式(見下頁）。,2019/9/15,33,注意：TMOD不能進行位尋址,2019/9/15,34,2019/9/15,35,控制寄存器TCON,TFx：Tx溢出標志位。響應中斷后TFx有硬件自動清0。用軟件設置TFx可產生同硬件置1或清0同樣的效果。 TRx：Tx運行控制位。置1時開始工作；清0時停止工作。TRx要由軟件置1或清0（即啟動與停止要由軟件控制）。,2019/9/15,36,工作原理,實質是加1計數器,定時器模式時，是對內部機器周期計數。計數值乘以機器周期就是定時時間（每一個機器周期使計數器的值加1 ） 計數器模式時，是對外部事件計數。脈沖由T0（P3.4）或T1(P3.5)引腳輸入。,2019/9/15,37,5.2.2 定時器/計數器的工作方式,T0有方式0、1、2、3；T1有方式0、1、2。以T0為例說明。,方式0：13位方式,2019/9/15,38,方式1：16位方式,X=216-N=65536-N 計數范圍：165536 計數初值要分成2個字節分別送入TH0、TL0,2019/9/15,39,方式2：8位自動重裝方式,X=28-N=256-N 計數范圍：1256 特別適合與脈沖信號發生器,2019/9/15,40,方式3：（僅T0有此方式，T1的方式3將停止計數）,TL0進行8位定時/計數 TH0進行8位定時（T1方式2時，可出借TR1、TF1）,2019/9/15,41,5.2.3 定時器/計數器的初始化,初始化步驟： 對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式； 求初值,并寫入TH0、TL0或TH1、TL1； 中斷方式時，要對IE賦值，開放中斷； 使TR0或TR1置位，啟動定時/計數器工作。,2019/9/15,42,1、定時工作方式時： X=M-計數值= 2、計數工作方式時： X=M-計數值 式中： X：計數初值； t ：要求定時的時間，單位是 ； fosc：振蕩器的振蕩頻率，單位是Mhz。,計數器初值的計算,M：最大計數值 模式0下： M=213=8192 模式1下： M=216=65536 模式2下： M=28=256 模式3下： M=28=256,2019/9/15,43,【例5-2】已知單片機時鐘頻率 =6MHZ，當定時器T0分別工作于方式0和方式1，定時時間為1ms時，計算送入TH0和TL0的計數初值各為多少？,2019/9/15,44,【例5-3】若單片機時鐘頻率 ，請計算定時 2ms所需的定時器初值。,解：由于定時器工作在方式2和方式3下時的最大定時時間只有0.256ms，因此要想獲得2ms的定時時間，定時器必須工作在方式0或方式1。 若采用方式0，則根據公式可求得定時器初值為： TC=213-2ms/1us=6192=1830H 即：TH0應裝入C1H；TL0應裝入10H（高三位為0） 若采用方式1，則有：TC=216-2ms/1us=63536=F830H 即：TH0應裝入F8H；TL0應裝入30H,2019/9/15,45,定時時間較小時（小于65ms）,求計數初值X: Tcy為1S N=10ms/1S=10 000 X=65536-10000=D8F0H 應將D8送TH0, F0H送TL0,5.2.4 應用舉例,【例5-4】設系統的晶振頻率為12MHZ，利用定時/計數器T0的方式1，編制程序使P1.0引腳上輸出周期為20ms的方波。,確定方式字： T0在定時的方式1時： M1M0=01，GATE=0 ，C/T=0 方式控制字為01H,2019/9/15,46,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 000BH LJMP DVT0 ORG 0100H MAIN:MOV TMOD,#01H ;置T0方式1 MOV TH0,#0D8H;裝入計數初值 MOV TL0,#0F0H SETB ET0 ;T0開中斷 SETB EA ;CPU開中斷 SETB TR0 ;啟動T0 SJMP $ ;等待中斷,DVT0:CPL P1.0 MOV TH0,#0D8H MOV TL0,#0F0H RETI END,主程序,中斷服務程序,2019/9/15,47,采用軟件查詢方式完成的源程序如下：,ORG 0000H LJMP MAIN ;跳轉到主程序 ORG 0100H ;主程序 MAIN:MOV TMOD,#01H ;置T0工作于方式1 LOOP:MOV TH0,#0D8H ;裝入計數初值 MOV TL0,#0F0H SETB TR0 ;啟動定時器T0 JNB TF0,$ ;TF0=0，查詢等待 CLR TF0 ;清TF0 CPL P1.0 ;P1.0取反輸出 SJMP LOOP END,2019/9/15,48,定時時間較大時（大于65ms）。實現方法：一是采用1個定時器定時一定的間隔（如20ms），然后用軟件進行計數；二是采用2個定時器級聯，其中一個定時器用來產生周期信號（如20ms為周期），然后將該信號送入另一個計數器的外部脈沖輸入端進行脈沖計數。,【例5-5】編寫程序，實現用定時/計數器T0定時，使P1.7引腳輸出周期為2s的方波。設系統的晶振頻率為12MHz。,確定方式字： T0在定時的方式1時： M1M0=01，GATE=0 ，C/T=0 方式控制字為01H,求計數初值X: Tcy為1S N=20ms/1S=