電氣（機電）工程學院單片機原理與接口技術

重點中斷源、中斷特殊功能寄存器中斷響應過程及功能和使用方法難點單片機中斷、定時和計數(shù)的應用其他用定時計數(shù)器解決實際應用第五章80C51單片機的中斷與定時5.1中斷概述5.280C51單片機的中斷系統(tǒng)5.380C51單片機的定時器/計數(shù)器第五章80C51單片機的中斷與定時5.1中斷的概述

中斷是指計算機在執(zhí)行某一程序的過程中,由于計算機系統(tǒng)內、外的某種原因,而必須中止原程序的執(zhí)行,轉去執(zhí)行相應的處理程序,待處理結束之后,再回來繼續(xù)執(zhí)行被中止的原程序的過程。采用了中斷技術后的計算機,可以解決CPU與外設之間速度匹配的問題,使計算機可以及時處理系統(tǒng)中許多隨機的參數(shù)和信息,同時,它也提高了計算機處理故障與應變的能力。中斷系統(tǒng)是計算機的重要指標之一。日常事務程序中斷服務程序某人看書 執(zhí)行主程序

中斷過程電話鈴響

中斷信號INTx=0

中斷請求暫?？磿?/p>

暫停執(zhí)行主程序中斷響應書中作記號當前PC值入棧

保護斷點電話談話

執(zhí)行中斷程序

中斷服務繼續(xù)看書 返回主程序

中斷返回1.中斷源

中斷源是指在計算機系統(tǒng)中向CPU發(fā)出中斷請求的來源,中斷可以人為設定,也可以是為響應突發(fā)性隨機事件而設置。通常有I/O設備、實時控制系統(tǒng)中的隨機參數(shù)和信息故障源等。5.280C51單片機的中斷系統(tǒng)

MCS51單片機有5個中斷源。5個中斷源分為2種：2個外中斷（由P3.2和P3.3引入）和3個內中斷（T0、T1和串口）。每個中斷源對應一個中斷標志位，當某個中斷源有中請時，相應的中斷標志位置1，各個中斷源的中斷標志位在TCON和SCON中。INT0定時器1串行口外設外設0INT10IE0IE1TF0TF1定時器0TCONRITISCONEX0EX1ET0ET1ES＆IEEAPX001PX101PT001PT101PS01IP0003H000BH0013H001BH0023H0003H000BH0013H001BH0023HPC高低中斷源8051中斷源

2.中斷優(yōu)先級中斷優(yōu)先級越高,則響應優(yōu)先權就越高。當CPU正在執(zhí)行中斷服務程序時,又有中斷優(yōu)先級更高的中斷申請產生,這時CPU就會暫停當前的中斷服務轉而處理高級中斷申請,待高級中斷處理程序完畢再返回原中斷程序斷點處繼續(xù)執(zhí)行,這一過程稱為中斷嵌套。3.中斷響應的過程(1)在每條指令結束后,系統(tǒng)都自動檢測中斷請求信號,如果有中斷請求，且CPU處于開中斷狀態(tài)下,則響應中斷。

(2)保護現(xiàn)場,在保護現(xiàn)場前,一般要關中斷,以防止現(xiàn)場被破壞。保護現(xiàn)場一般是用堆棧指令將原程序中用到的寄存器推入堆棧。

(3)中斷服務,即為相應的中斷源服務。

(4)恢復現(xiàn)場,用堆棧指令將保護在堆棧中的數(shù)據(jù)彈出來,在恢復現(xiàn)場前要關中斷,以防止現(xiàn)場被破壞。在恢復現(xiàn)場后應及時開中斷。(5)返回,此時CPU將推入到堆棧的斷點地址彈回到程序計數(shù)器,從而使CPU繼續(xù)執(zhí)行剛才被中斷的程序。80C51中斷系統(tǒng)結構

80C51系列單片機上集成有中斷系統(tǒng)，從使用者的角度出發(fā)，80C51的中斷系統(tǒng)就是一些SFR，如IE、IP、TCON、SCON。

INT0定時器1串行口外設外設0INT10IE0IE1TF0TF1定時器0TCONRITISCONEX0EX1ET0ET1ES＆IEEAPX001PX101PT001PT101PS01IP0003H000BH0013H001BH0023H0003H000BH0013H001BH0023HPC高低中斷源1、80C51單片機內部的中斷檢測電路檢測到有中請后，將檢測結果存于TCON、SCON中；每個中斷源對應一個中斷標志位，當某個中斷源有中請時，相應的中斷標志位置1，各個中斷源的中斷標志位在TCON和SCON中。TCON：88H可以按字節(jié)操作，也可以按位操作。TCON：98H可以按字節(jié)操作，也可以按位操作。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TIRI中斷控制

2、在每條指令結束時，CPU檢測各個中斷標志位，若中斷標志位置1，則認為有中斷請求。

3、外中斷有2種觸發(fā)方式：低電平和下降沿，由TCON中的TI0和TI1決定。

⑴當IT0=1，INT0為脈沖方式，后沿負跳變有效；當IT0=0，低電平有效。此位，可由軟件置1或清0。

⑵當IT1=1，INT1為脈沖方式，后沿負跳變有效；當IT1=0，低電平有效。此位可由軟件置1或清0。中斷開放與中斷允許控制寄存器

IE

80C51單片機的5個中斷源都是可屏蔽中斷，也就是說用戶可以通過軟件方法來控制是否允許CPU去響應中斷。CPU對中斷源的中斷開放（也稱中斷允許）或中斷屏蔽（也稱中斷禁止）的控制是通過中斷允許控制寄存器IE來實現(xiàn)的。IE：A8H可以按字節(jié)操作，也可以按位操作。

EA：當EA=0時，稱CPU關中斷。當EA=1時，稱CPU開中斷。

EX0：當EX0=0時，禁止INT0申請中斷；當EX0=1時，允許INT0申請中斷。

EX1：當EX1=0時，禁止INT1申請中斷；當EX1=1時，允許INT1申請中斷。

ET0：當ET0=0時，禁止T0中斷；當ET0=1時，允許T0中斷。

ET1：當ET1=0時，禁止T1中斷；當ET1=1時，允許T1中斷。

ES：當ES=0時，禁止串行口中斷；當ES=1時，允許串行口中斷

EX0ET0EX1ET1ESEA中斷開放與中斷允許控制寄存器

IE8051復位后IE=00H，說明CPU和各個中斷源都關中斷。注意：單片機在響應中斷后不會自動關中斷，因此，如果在轉入中斷服務處理程序后，如果想禁止更高級的中斷源的中斷申請，可以用軟件方式關閉中斷。例如：假定要開放外中斷1和T1的溢出中斷，屏蔽其他中斷，則對應的中斷允許控制寄存器內容應為10001100B，即中斷允許控制字為8CH。①使用字節(jié)操作指令，可用一條指令MOVIE，＃8CH完成。②使用位操作指令，則需三條指令SETBEX1；SETBET1；SETBEA實現(xiàn)。EX0ET0EX1ET1ESEA中斷允許控制

80C51單片機有5個（8052有6個）中斷源,為了使每個中斷源都能獨立地被允許或禁止,以便用戶能靈活使用,它在每個中斷信號的通道中設置了一個中斷屏蔽觸發(fā)器。只有該觸發(fā)器無效,它所對應的中斷請求信號才能進入CPU,即此類型中斷開放。否則,即使其對應的中斷標志位置1,CPU也不會響應中斷,即此類型中斷被屏蔽了。同時CPU內還設置了一個中斷允許觸發(fā)器,它控制CPU能否響應中斷。中斷優(yōu)先級與中斷優(yōu)先級寄存器

IP

80C51單片機的中斷系統(tǒng)對優(yōu)先級的控制比較簡單，只規(guī)定了兩個中斷優(yōu)先級，對于每一個中斷源均可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，各中斷源的優(yōu)先級由中斷優(yōu)先級控制寄存器IP設定。IP：B8H可以按字節(jié)操作，也可以按位操作。PX0：當PX0=0時，INT0處于低級；當PX0=1時，INT0處于高級。

PX1：當PX1=0時，INT1處于低級；當PX1=1時，INT1處于高級。

PT0：當PT0=0時，T0處于低級；當PT0=1時，T0處于高級。

PT1：當PT1=0時，T1處于低級；當PT1=1時，T1處于高級

PS：當PS=0時，串行口處于低級；當PX0=1時，串行口處于高級。

80C51復位后IP=00H，說明各個中斷源都處于低級。PX0PT0PX1PT1PS中斷優(yōu)先級與中斷優(yōu)先級寄存器

IP注意：1、當五個中斷源在同一個優(yōu)先級的情況下INT0優(yōu)先權最高，串行口優(yōu)先權最低。在同一個優(yōu)先級中，對五個中斷源的優(yōu)先次序安排如下：INT0→T0→INT1→T1→串口（中斷優(yōu)先級從高到低）2、對于外中斷來說，可以用軟件查詢法和硬件排隊電路法確定優(yōu)先級。3、通過對IP寄存器的編程，可以把五個中斷源分別定義在兩個優(yōu)先級中，軟件可以隨時對IP的各位清0或置1。例如:某軟件中對寄存器IE、IP設置如下：MOVIE，＃10001111B

MOVIP，＃00000110B此時該系統(tǒng)中：①CPU中斷允許；允許外部中斷0、外部中斷1、定時/計數(shù)器0、定時/計數(shù)器1發(fā)出的中斷申請。②允許中斷源的中斷優(yōu)先次序為：定時/計數(shù)器0>外部中斷1>外部中斷0>定時/計數(shù)器1。同級內第二優(yōu)先級次序例如,某軟件中對寄存器IE、IP設置如下:

MOVIE,＃8FH

MOVIP,＃06H則此時該系統(tǒng)中:CPU中斷允許;允許外部中斷0、外部中斷1、定時器/計數(shù)器0、定時器/計數(shù)器1提出的中斷申請;允許中斷源的中斷優(yōu)先次序為:定時器/計數(shù)器0>外部中斷1>外部中斷0>定時器/計數(shù)器1。中斷響應

1.中斷響應的條件(1)同級或高優(yōu)先級的中斷已在進行中;(2)當前的機器周期還不是正在執(zhí)行指令的最后一個機器周期（換言之,正在執(zhí)行的指令完成前,任何中斷請求都得不到響應）;

(3)正在執(zhí)行的是一條RETI或者訪問特殊功能寄存器IE或IP的指令（換言之,在RETI或讀寫IE或IP之后,不會馬上響應中斷請求,而至少執(zhí)行一條其它指令之后才會響應）。2.中斷響應過程單片機一旦響應中斷請求,就由硬件完成以下功能:(1）根據(jù)響應的中斷源的中斷優(yōu)先級,使相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器置1;(2）執(zhí)行硬件中斷服務子程序調用,并把當前程序計數(shù)器PC的內容壓入堆棧;(3）清除相應的中斷請求標志位（串行口中斷請求標志RI和TI除外）;(4）把被響應的中斷源所對應的中斷服務程序的入口地址（中斷矢量）送入PC,從而轉入相應的中斷服務程序。中斷服務程序入口地址表例如,現(xiàn)有外部中斷1提出申請,且主程序中有R0、R1、DPTR、累加器A需保護,則編制程序應為:

ORG0000HAJMPMAINORG0013HLJMPINT1…ORG0100HMAIN:…;主程序…ORG1000HINT1:PUSHACC;中斷服務程序PUSHDPHPUSHDPLPUSH0PUSH1POP1POP0POPDPLPOPDPHPOPACCRETI…編程中應注意:(1)在0000H放一條跳轉到主程序的跳轉指令,這是因為MCS-51單片機復位后,PC的內容變?yōu)?000H,程序從0000H開始執(zhí)行,緊接著0003H是中斷程序入口地址,故在此中間只能插入一條轉移指令;

(2)響應中斷時,先自動執(zhí)行一條隱指令“LCALL0013H”,而0013H至001BH（定時器1溢出中斷入口地址）之間可利用的存儲單元不夠,故放一條無條件轉移指令。(3)在中斷服務程序的末尾,必須安排一條中斷返回指令RETI,使程序自動返回主程序。80C51中斷處理全過程1、中斷請求⑴80C51單片機內部的中斷檢測電路隨時檢測各個中斷源，檢測到有每個中斷源有中請后，將相應的中斷標志位置1。⑵CPU在每條指令結束時，檢測各個中斷標志位，若中斷標志位置1，則認為有中斷請求。⑶CPU讀取IE和IP的內容，若中斷允許且滿足如下條件，則在下一個機器周期進入中斷響應階段。

①沒有同級或更高級的中斷正在執(zhí)行（否則必須等CPU為它們服務完之后，才能響應新中斷請求。）

②執(zhí)行完的指令不是RETI或訪問IE和IP的指令（否則必須另外執(zhí)行一條指令后才能響應。）80C51中斷處理全過程2、中斷響應在中斷響應階段單片機做2件工作：⑴斷點地址壓棧。⑵根據(jù)不同的中斷源，將不同的固定地址送PC，從而轉到不同的地方執(zhí)行程序。

各個中斷源的入口地址是：0003H、000BH、0013H、001BH、0023H。

INT0

T0

INT1T1串行口注意：8051在響應了INT0、INT1、T0、T1的中斷之后會自動清除它們的中斷標志位，但不會清除串口的中斷標志位。3、中斷服務CPU響應中斷后即轉至中斷服務程序的入口，執(zhí)行中斷服務程序。針對中斷源的具體要求進行不同處理，不同的中斷源其中斷處理內容可能不同。中斷服務（子）程序的最后一條指令是RETI，RETI指令使程序返回被中斷的（主）程序繼續(xù)執(zhí)行。CPU執(zhí)行該指令，一方面清除中斷響應時所置位的優(yōu)先級有效觸發(fā)器；另一方面從堆棧棧頂彈出斷點地址送入程序計數(shù)器PC，從而返回主程序。中斷系統(tǒng)的應用1、中斷系統(tǒng)初始化在使用MCS51單片機內部的中斷系統(tǒng)時，需要對其初始化，中斷系統(tǒng)的初始化包括：開中斷、確定優(yōu)先級、若是外中斷，應確定觸發(fā)方式。例:設引腳P3.2接有一個開關，當開關按下并抬起時，產生一次中斷，試對中斷系統(tǒng)初始化。

MOVSP，#60HMOVIE，#81HSETBIT0

2、中斷系統(tǒng)應用舉例例1:用中斷實現(xiàn)如下功能：將30H—60H單元的內容送微型打印機打印。例2:用中斷實現(xiàn)如下功能：2個開關K1和K2，1個數(shù)碼管，當K1按下時數(shù)碼管加1，K2按下時數(shù)碼管減1。例1用中斷實現(xiàn)如下功能：將30H—60H單元的內容送微型打印機打印。P1.0P1.1P1.2P1.3STBACKBUSY

80C51D6D0D1D2D3D4D5P1.4P1.5P1.6P1.7微型打印機D7P2.0P3.2

ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPAINT0MAIN：MOVSP，#60HSETBEASETBEX0SETBIT0MOVR0,#30HMOVP1,@R0SETBP2.0CLRP2.0SJMP$AINT0:INCR0CJNER0,#61H,AINT00MOVP1,@R0SETBP2.0CLRP2.0AINT00:RETI例2：用中斷實現(xiàn)如下功能：2個開關K1和K2，1個數(shù)碼管，當K1按下時數(shù)碼管加1，K2按下時數(shù)碼管減1。P1.0P1.1P1.2P1.389C51P1.4P1.5P1.6P1.7COMabcdefg共陰極LEDK1K2P3.2P3.3+5VBINT1:DECR7CJNER7,#0FFH,BINT11MOVR7,#9BINT11:RETITAB：DB3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH

ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPAINT0ORG0013HLJMPBINT1MAIN：MOVSP，#60HMOVIE,#83HSETBIT0SETBIT1MOVR7,#0UP:MOVA,R7MOVDPTR,#TABMOVCA,@A+DPTRMOVP1,A

SJMPUP

實現(xiàn)定時功能，比較方便的辦法是利用單片機內部的定時/計數(shù)器。也可以采用下面三種方法：

軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。

采用時基電路定時：外接必要的元器件（電阻和電容），即可構成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進行控制和修改，即不可編程。

采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單片機的定時/計數(shù)器不夠用時，可以考慮進行擴展。5.3MCS-51單片機的定時/計數(shù)器

定時/計數(shù)器的實質是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設置溢出標志。

定時/計數(shù)器的工作原理

加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。

可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。

設置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t

。

設置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時，則計數(shù)器加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2s。

定時/計數(shù)器的控制

80C51單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個特殊功能寄存器控制。TMOD用于設置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設置定時/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：GATE：門控位。GATE＝0時，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA＝1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動條件，加上了或引腳為高電平這一條件。:定時/計數(shù)模式選擇位。＝0為定時模式；=1為計數(shù)模式。M1M0：工作方式設置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設置。

控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時/計數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標志位。T1計數(shù)溢出時由硬件自動置TF1為1。CPU響應中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(shù)器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運行控制位，其功能與TR1類同。

定時/計數(shù)器的工作方式一、方式0

方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標志，向CPU發(fā)出中斷請求。定時器模式時有:N＝t/Tcy計數(shù)初值計算的公式為：定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得。計數(shù)模式時，計數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。門控位GATE具有特殊的作用。當GATE=0時，經反相后使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關接通，計數(shù)開始；當GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當TR0=1時，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

二、方式1方式1的計數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計數(shù)器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：

三、方式2方式2為自動重裝初值的8位計數(shù)方式。工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關系為：

四、方式3方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當于TR1=0，停止計數(shù)。工作方式3將T0分成為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0。MCS-51的定時／計數(shù)器是可編程的，因此，在進行定時或計數(shù)之前也要用對其進行初始化。初始化一般應包括以下幾個步驟：1、對TMOD寄存器賦值，以確定定時器的工作方式。2．置定時／計數(shù)器初值，直接將初值寫入寄存器的TH0，TL0或TH1，TLl。3．根據(jù)需要，對寄存器IE置初值，開放定時器中斷。4．對TCON寄存器中的TRl或TR0置位，啟動定時／計數(shù)器。啟動以后，計數(shù)器即按規(guī)定的工作方式和初值進行計數(shù)或開始定時。定時/計數(shù)器的應用例1例2例3定時／計數(shù)器初值

在初始化過程中，要置入定時值或計數(shù)值的初值，這時要作一些計算。方法如下：設計數(shù)器的最大值為M(在不同的工作方式中，M可以為213，216或28)，則置入的初值X可這樣來計算：

計數(shù)方式時：X=M—計數(shù)模值

定時方式時：(M—X)·T=定時值，所以X=M—定時值／T。其中T為計數(shù)周期，它是單片機時鐘周期的12倍。當時鐘周期為1／12MHZ時，計數(shù)周期為1us。在這種情況下，若定時器工作在方式0，則最大定時值為213·X·1／12MHZs=8.192ms；若工作在方式1，則最大定時值為216·X·1／12MHZs=65.536ms例若單片機的頻率為12MHz，請計算2ms所需要的定時器初值。解：計數(shù)脈沖個數(shù)為2/0.001=2000若方式0，則計數(shù)初值為：213-2000=6192=1830HTH0=18H，TL0=30H若方式1，則計數(shù)初值為：216-2000=63536=F830HTH0=F8H，TL0=30H方法1：用延時程序實現(xiàn)1mS的延時。UP：SETBP1.0LCALLD2MSCLRP1.0LCALLD2MSSJMPUP方法2：用T0定時2mS，查詢TF0①確定工作方式方式0②計算初值E018H③編程

MOVTMOD，#00HSETBTR0LOOP：MOVTH0，#0E0HMOVTL0，#18HJNBTF0，$CPLP1.0CLRTF0SJMPLOOP例1使P1.0輸出一個周期為2mS的方波。方法3：用T0定時2mS，中斷。ORG0000HLJMPMAINORG000BHLJMPAT0MAIN：MOVT