1、外部中斷及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用,西京學(xué)院 楊 景 飛,一、教學(xué)分析 1. 本節(jié)內(nèi)容分析 本節(jié)內(nèi)容主要闡述兩個(gè)知識(shí)點(diǎn)：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、中斷的使用。首先要理解中斷及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的涵義，并要求掌握和理解相對(duì)應(yīng)的控制寄存器使用方法。次之，要求具備單片機(jī)編程相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)，如：I/O口使用、數(shù)據(jù)類型、變量定義、邏輯關(guān)系等知識(shí)點(diǎn)。最后，利用以上知識(shí)，編寫實(shí)例程序，進(jìn)一步加強(qiáng)和鞏固本節(jié)所講內(nèi)容。 2. 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 本節(jié)的重點(diǎn)在于理解和掌握中斷及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器內(nèi)涵，及相關(guān)的寄存器操作和定時(shí)器工作方式1的使用。激發(fā)學(xué)生熱愛科學(xué)、奮發(fā)圖強(qiáng)、獻(xiàn)身于科學(xué)的熱情。 難點(diǎn)在于中斷及定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的使用，利用中斷及定時(shí)

2、器/計(jì)數(shù)器編寫工程實(shí)例。進(jìn)而加強(qiáng)學(xué)生動(dòng)手和創(chuàng)新能力，提高學(xué)生綜合實(shí)踐才能。,二、教學(xué)目標(biāo),1.基礎(chǔ)知識(shí)目標(biāo) （1）要求學(xué)生掌握編程基礎(chǔ)知識(shí)：數(shù)值轉(zhuǎn)化，與，或，非， int , char , sfr , sbit。 （2）要求掌握常用語句結(jié)構(gòu)： if.else ,for ;,while（），main()。 （3）要求了解一些基礎(chǔ)電路知識(shí)：復(fù)位電路，晶振電路，51單片機(jī)最 小系統(tǒng)。 （4）要求至少掌握一種程序編譯軟件: Keil uVision2 。 2.實(shí)操技能目標(biāo) 通過本節(jié)內(nèi)容，培養(yǎng)學(xué)生的綜合動(dòng)手技能，使學(xué)生能夠利用所學(xué)知識(shí)解決生活中相關(guān)的類似問題，并能結(jié)合所分配的任務(wù)，綜合利用所學(xué)的知識(shí)解決

3、問題，圓滿完成任務(wù)，在此基礎(chǔ)上鼓勵(lì)學(xué)生大膽地根據(jù)自己掌握的基礎(chǔ)知識(shí)和能力，有個(gè)性的解決問題，踴躍創(chuàng)新，積極提出科學(xué)獨(dú)特見解。 3.激勵(lì)目標(biāo) （1）激發(fā)學(xué)生并提高學(xué)習(xí)興趣，樂于接受新鮮事物，大膽嘗試，體現(xiàn)課堂教學(xué)“主體者”的身份，積極主動(dòng)參與教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，成為學(xué)習(xí)的“主人” 。 （2）培養(yǎng)同學(xué)之間融洽相處的感情，樂于合作，善于合作的團(tuán)隊(duì)精神。 （3）激勵(lì)學(xué)生熱愛科學(xué)、投身科學(xué)研究、探索科學(xué)研究方法。,三、教學(xué)策略 （1) 開放式教學(xué)策略。以有限的課堂為載體，帶學(xué)生進(jìn)入廣闊的知識(shí)天地 （2）引趣激趣策略。創(chuàng)造多種情景（境）激發(fā)學(xué)生的興趣，只有讓學(xué)生真正有了參與的欲望，才能點(diǎn)燃他們的思維火花。 （3

4、）合作學(xué)習(xí)策略。合作學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)通過老師與學(xué)生、學(xué)生與學(xué)生的多邊互動(dòng)進(jìn)行人際交往、信息交流，能滿足學(xué)生內(nèi)部個(gè)體需要。 （4）體驗(yàn)成功策略。使學(xué)生在特定的完成任務(wù)過程中主動(dòng)積極獲得和積累相應(yīng)的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，享受成功的喜悅，從而提高學(xué)習(xí)興趣和動(dòng)機(jī)。,四、學(xué)習(xí)策略 引導(dǎo)學(xué)生利用圖書館和網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行一系列的自主學(xué)習(xí)、合作探究的學(xué)習(xí)策略。對(duì)于本節(jié)知識(shí)的學(xué)習(xí)，鼓勵(lì)學(xué)生積極主動(dòng)的收集資料，科學(xué)實(shí)踐，上課時(shí)勤奮思考，主動(dòng)參與課堂上的各種實(shí)踐活動(dòng)。,五、本節(jié)教學(xué)內(nèi)容 1 80C51的中斷系統(tǒng) 1.1 中斷的概念 CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求 CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）； CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)

5、去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）； 待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷 。,引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請(qǐng)求。CPU暫時(shí)中斷原來的事務(wù)A，轉(zhuǎn)去處理事件B。對(duì)事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點(diǎn)），稱為中斷返回。實(shí)現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機(jī)構(gòu)）。,1.2 80C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 80C51的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源（8052有 6個(gè)） ，2個(gè)優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套 。,（1）（P3.2）可由IT0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當(dāng)CPU檢測到P3.2引腳

6、上出現(xiàn)有效的中斷信號(hào)時(shí)，中斷標(biāo)志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請(qǐng)中斷。 （2） (P3.3）可由IT1(TCON.2)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當(dāng)CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號(hào)時(shí)，中斷標(biāo)志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請(qǐng)中斷。 （3） TF0（TCON.5），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0發(fā)生溢出時(shí)，置位TF0，并向CPU申請(qǐng)中斷。 （4） TF1（TCON.7），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1發(fā)生溢出時(shí)，置位TF1，并向CPU申請(qǐng)中斷。 (5) RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請(qǐng)求

7、標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，向CPU申請(qǐng)中斷。,1.3 中斷請(qǐng)求標(biāo)志 (1) TCON的中斷標(biāo)志,IT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。 當(dāng)IT0=0時(shí)，為電平觸發(fā)方式。 當(dāng)IT0=1時(shí)，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。 IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。 IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TF0（TCON.5），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TF1（TCON.7），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。,(2) SCON的中斷標(biāo)志,RI（

8、SCON.0），串行口接收中斷標(biāo)志位。當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)，每接收完一個(gè)串行幀，由硬件置位RI。注意，RI必須由軟件清除。 TI（SCON.1），串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。當(dāng)CPU將一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí)，就啟動(dòng)了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個(gè)串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，不能自動(dòng)清除TI，TI必須由軟件清除。,1.4 80C51中斷的控制 (1) 中斷允許控制 CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。,EX0(IE.0)，外部中斷0允許位； ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷0允許位； ET1(

9、IE.3)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位； ES（IE.4)，串行口中斷允許位； EA (IE.7)， CPU中斷允許（總允許）位。,中斷優(yōu)先級(jí)控制 80C51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí) 中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都是由中優(yōu) 先級(jí)寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的 。,PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0（IP.1），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1（IP.3），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS （IP.4），串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT2 (IP.5) ，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。,而80C52單片機(jī)

10、有四個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)四級(jí)中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP和IPH中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的 。,PX0（IPH.0），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0（IPH.1），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1（IPH.2），外部中斷1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1（IPH.3），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS （IPH.4），串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT2 (IPH.5) ，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。,同一優(yōu)先級(jí)中的中斷申請(qǐng)不止一個(gè)時(shí)，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)問題。同一優(yōu)先級(jí)的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級(jí)形成，其排列如所示：,1.5 80C51單片機(jī)的中斷

11、優(yōu)先級(jí)有三條原則： (1) CPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高 的中斷請(qǐng)求。 (2) 正在進(jìn)行的中斷過程不能被新的同級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的中斷 請(qǐng)求所中斷。 (3) 正在進(jìn)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷。 為了實(shí)現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)用戶不能尋址的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請(qǐng)求；另一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)低優(yōu)先級(jí)中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求。,1.6 80C51單片機(jī)中斷處理過程 中斷響應(yīng)條件: (1) 中斷源有中斷請(qǐng)求； (2) 此中斷源的中斷允許位為1； (3) CPU開中斷（即EA=

12、1）。 以上三條同時(shí)滿足時(shí)，CPU才有可能響應(yīng)中斷。,2 80C51的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器 實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，比較方便的辦法是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。也可以采用下面三種方法： 件定時(shí)：軟件定時(shí)不占用硬件資源，但占用了CPU時(shí)間，降低了CPU的利用率。 采用時(shí)基電路定時(shí)：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時(shí)電路。但在硬件連接好以后，定時(shí)值與定時(shí)范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程。 采用可編程芯片定時(shí)：這種定時(shí)芯片的定時(shí)值及定時(shí)范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時(shí)功能強(qiáng)，使用靈活。在單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器不夠用時(shí)，可以考慮進(jìn)行擴(kuò)展。,2.1 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

13、和工作原理 (1) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu) 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)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(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。,定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理 加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來源,一個(gè)是由系統(tǒng)的 時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個(gè)是T0或T1引腳 輸入的外部脈沖源。每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù) 器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的 溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定 時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模 式

14、，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示 計(jì)數(shù)值已滿。 可見，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù) 器的計(jì)數(shù)值。,2.2 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制 80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。 (1) 工作方式寄存器TMOD 工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)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。GATE0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動(dòng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATA1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動(dòng)

15、定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。即此時(shí)定時(shí)器的啟動(dòng)多了一條件。,定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。 GATE0為定時(shí)模式； GATE =1為計(jì)數(shù)模式。 M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。,(2) 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(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和中斷申請(qǐng)。其格式如下：,TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動(dòng)置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動(dòng)清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標(biāo)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

16、樣。 TR1（TCON.6）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)與停止。 TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。 TR0（TCON.4）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。,2.3 定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式 (1) 方式0 方式0為13位計(jì)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(shí)向TH0進(jìn)位，TH0溢出時(shí)，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。,(2) 方式1 方式1的計(jì)數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位

17、，組成了16位加1計(jì)數(shù)器 。,計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為：,(3) 方式2 方式2為自動(dòng)重裝初值的8位計(jì)數(shù)方式。,計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為： 工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號(hào)發(fā)生器。,(4) 方式3 方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，定時(shí)器T1處于方式3時(shí)相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)。,工作方式3將T0分成為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0 。,2.4 定時(shí)/計(jì)數(shù)器初始化程序應(yīng)完成如下工作： (1) 對(duì)TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式。 (2) 計(jì)算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。 (3) 中斷方式時(shí)，則對(duì)IE賦值，開放中斷。 (4) 使TR0或TR1置位，啟動(dòng)

18、定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)或計(jì)數(shù)。,六、實(shí)踐工程 1. 控制要求 用四位數(shù)碼管顯示一個(gè)十進(jìn)制數(shù)，變化范圍為0 9999,開始時(shí)顯示0000，每按下key1鍵一次，數(shù)值加1；每按下key2鍵一次，數(shù)值減1；每按下key3鍵一次，數(shù)值歸零；每按下key4鍵一次，利用定時(shí)器功能使數(shù)值開始自動(dòng)每秒加1，再按下key4鍵數(shù)值停止自動(dòng)加1保持顯示原數(shù)。,2.控制電路圖,3.控制程序 #include #define uint unsigned int #define uchar unsigned char sbit key1=P14; / 加1 sbit key2=P15; / 減1 sbit key3=P16;

19、/ 清零 sbit key4=P17; / 啟停 uint num,num0; uchar code table = /定義字符表 0 xc0,0 xf9,0 xa4,0 xb0, /0，1，2，3 0 x99,0 x92,0 x82,0 xf8, /4，5，6，7 0 x80,0 x90,0 x88,0 x83, /8，9，A，B 0 xc6,0 xa1,0 x86,0 x8e,0 xff ; /C，D，E，F(xiàn)，全滅 void delay(uint z) uint x,y; for(x=100;x0;x-) for(y=z;y0;y-); ,void display(uint numdis)

20、 uchar qian,bai,shi,ge; qian=numdis/1000; bai=numdis%1000/100; shi=numdis%100/10; ge=numdis%10; P2=0 xfe; P0=tableqian; delay(2); P2=0 xfd; P0=tablebai; delay(2); P2=0 xfb; P0=tableshi; delay(2); P2=0 xf7; P0=tablege; delay(2); ,void init() TMOD=0 x01; /00000001 TH0=(65536-50000)/256; TL0=(65536-500

21、00)%256; EA=1; ET0=1; num=0; num0=0; / TR0=1; ,void keyscan() if(key1=0) delay(10); if(key1=0) num+; if(num=10000) num=0; while(!key1); if(key2=0) delay(10); if(key2=0) if(num=0) num=9999; num-; while(!key2); ,if(key3=0) delay(10); if(key3=0) num=0; while(!key3); if(key4=0) delay(10); if(key4=0) while(!key4); TR0=TR0; ,