第五章 MCS-51中断与定时系统.

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1 第五章 MCS-51中断与定时系统

2 5.1 中断系统概述 一、中断概念 主任务 主程序 洗衣服 水开报警 继续 灌开水 执行主程序 中断请求 继续 执行中断 服务程序 中断响应
中断返回

3 中断是指CPU在处理某一事件A时，发生另一事件B，请求CPU处理；——中断请求
CPU暂时停止当前的工作，转去处理事件B；——中断响应，并执行中断服务程序 待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A；——中断返回

4 中断嵌套 若单片机正在处理一个中断程序，此时，又有另一个中断现象发生，单片机将会停止当前的中断程序，而转去执行新的中断程序，新中断程序处理完毕后再回到刚才停止的中断程序处继续执行，执行完这个中断后再返回主程序继续执行。

5 中断嵌套 主程序 执行主程序 中断请求 继续 中断响应 中断返回 中断服 务程序 中断优先级

6 二、中断源 引起CPU中断的根源，称为中断源，中断源向CPU提出中断请求。 外部中断0（ INT0）—— 中断请求信号由P3.2提供； 外部中断1 （INT1）—— 中断请求信号由P3.3提供； 定时器中断（T0）—— 由片内定时/计数器T0提供； 定时器中断（T1）—— 由片内定时/计数器T1提供； 串行口中断(RI、TI)—— 由片内串行口提供。

7 三、中断控制 与中断控制有关的控制寄存器有四个： 1、定时控制寄存器 (TCON) 功能： ① 定时器/计数器控制功能； ② 中断控制功能。 TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 (88H)

8 IT0(IT1) —— 外中断触发方式控制位 触发方式有两种： IT0(IT1)=0：电平方式，低电平有效； IT0(IT1)=1：脉冲方式，脉冲负跳变有效。 IE0 (IE1) —— 外中断请求标志位 当CPU采样到INT0(INT1)出现有效中断请求时，IE0由硬件自动置位，向CPU发出中断请求。当CPU响应中断请求，进入中断服务程序时自动复位。 TF0(TF1) —— 定时器溢出标志 当定时器T0(或T1)溢出时， TF0(TF1)由硬件置位，向CPU发送中断请求。当CPU响应中断请求，进入中断服务程序时，自动复位。

9 2、串行口控制寄存器 (SCON) SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 SM0 SM1 SM2 REN TB8 RB8 TI RI (98H) TI ——串行口发送中断请求标志位。 当串行口发送完一帧数据后，硬件置位； 在转向中断服务程序后，用软件清零。 RI ——串行口接收中断请求标志位。 当串行口接收完一帧数据后，硬件置位；

10 3、中断允许控制寄存器 (IE) IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA / ES ET1 EX1 ET0 EX0 (A8H) EA ——中断允许总控制位 EA=0，中断总禁止； EA=1，中断总允许。 EX0(EX1) ——外部中断允许控制位 EX0(EX1)=0，禁止外中断； EX0(EX1)=1，允许外中断。

11 IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA / ES ET1 EX1 ET0 EX0 (A8H) ET0(ET1) ——定时器中断允许控制位 ET0(ET1) =0，禁止定时器中断； ET0(ET1) =1，允许定时器中断。 ES —— 串行中断允许控制位 ES=0，禁止串行中断； ES=1 ，允许串行中断。

12 4、中断优先级控制寄存器 (IP) IP D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 / PS PT1 PX1 PT0 PX0 (B8H)

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14 四、中断响应过程 1、中断请求

15 T0溢出 T1溢出 MOV SBUF,A MOV A, SBUF

16 2、中断查询 中断标志位: IE1、IE0、 TF1、TF0、 RI 、TI

17 MCS-51中断系统的逻辑结构

18 LCALL addr16 (指向相应的中断入口地址)
3、中断响应 LCALL addr16 (指向相应的中断入口地址) 保存断点地址，将当前PC值压栈； 中断程序的入口地址 → PC 中断源 INT T 1 串行口 中断入口地址 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H

19 . 51单片机复位后PC=0000H， 0000H LJMP MAIN
每个中断程序只有8个字节单元，不够存放实际的中断服务程序，故各中断程序的入口地址处通常也安排一条跳转指令，指向实际的中断服务程序处。 0003H INT0 LJMP EXINT0 000AH 000BH T0 LJMP TIMER0 0012H 0013H LJMP EXINT1 INT1 001AH 001BH T1 LJMP TIMER1 0022H 0023H 串行口 LJMP SERIES 002AH .

20 中断系统程序结构 中断初始化 ORG 0000H START： LJMP MAIN ；跳转到主程序 ORG 0003H ；外中断0入口地址
LJMP EXINTO ；转中断服务程序 MAIN： CLR IT0 ；设为电平触发方式 SETB EA ；开总中断 SETB EX0 ；开外中断0 … ; 开始编写主程序 EXINT0: PUSH PSW ；保护现场 PUSH ACC … ; 开始编写中断服务程序 POP ACC POP PSW RETI ；中断返回 中断初始化

21 存在下列情况之一，中断响应无法进行： CPU正在处于一个同级或高级的中断服务程序中； 查询中断请求的机器周期不是当前执行指令的最后一个机器周期，即需将当前指令执行完才能响应中断； 当前指令是返回指令(RET、RETI)或访问IE、IP指令， 即只有在这些指令后面至少再执行一条指令时才能接受中断请求。

22 中断响应时间: 正常中断时间为3 ~ 8个机器周期，如有同级或高级中断服务，则延长响应时间。 3T： 中断请求标志查询： 1T 产生、执行LCALL： 2T 8T： 执行RET/RETI（访问IP/IE）：2T 主程序中MUL/DIV指令： T 执行LCALL指令： T

23 五、中断请求的撤销 中断响应后，TCON或SCON中的中断请求标志应及时清除。否则就意味着中断请求仍然存在。 1、定时器中断硬件撤除 中断响应后硬件自动清 TF0(TF1) 标志位。 2、外部中断自动与强制撤除 中断响应后硬件自动清 IE0(IE1) 标志位。 脉冲请求方式，自动撤除； 电平请求方式，强制撤除。

24 3、串行中断软件撤除 标志位 TI、RI 不能通过硬件清零。只能在中断响应后用软件清除。

25 例1：外中断源扩展 外中断源多于二个时，采用硬件申请，软件查询方法。 XI0 XI1 + XI2 XI3 XI4

26 SETB EX0 SETB EX1 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H
LJMP EXINT ；转外部中断0服务程序入口 ORG 0013H LJMP EXINT ；转外部中断1服务程序入口 MAIN: SETB IT ；中断初始化 SETB IT1 SETB EX0 SETB EX1 SETB EA … … SJIMP $ ；等待中断 EXINT0 : PUSH PSW ；XI0中断服务程序 PUSH ACC POP ACC POP PSW RETI

27 EXINT1:PUSH PSW ；中断服务程序
PUSH ACC JB P1.0，XI ；P1.0为1，转XI1中断服务程序 JB P1.1， XI2 ；P1.1为1，转XI2中断服务程序 JB P1.2， XI3 ；P1.2为1，转XI3中断服务程序 JB P1.3， XI4 ；P1.3为1，转XI4中断服务程序 EXRET:POP ACC POP PSW RETI XI1 ：… … ；XI1中断服务程序 AJMP EXRET XI2 ：… … ；XI2中断服务程序 XI3 ： … … ；XI3中断服务程序 XI4 ：… … ；XI4中断服务程序

28 5.2 定时器中断 定时方法概述

29 5.2.2 MCS-51单片机的定时器功能 51单片机 内部有两个可编程的定时器/计数器，即定时器 T0 和 定时器T1。
注意：全称是定时器/计数器，简写为定时器。 T0、T1均既有定时功能又有计数功能。 T0、T1是16位特殊功能寄存器，由高8位和低8位两个寄存器组成，地址为： T0 (TH0、TL0)：8CH、8AH T1 (TH1、TL1)：8DH、8BH

30 定时器的实质是加1计数器(16位)，计数脉冲有两个来源：
1、内部时钟脉冲。计数规律是每隔一个机器周期定时器T0 (T1) 寄存器加1。计数频率是振荡频率的1/12 ； 2、外部计数脉冲。从T0(P3.4) 或 T1(P3.5) 引脚输入脉冲。当检测到输入电平由高跳变到低时，计数器加1。 采样(S5P2)、加1(S3P1)操作，发生在两个机器周期，因此需要2个机器周期才能识别一个从1到0的跳变，故计数脉冲的周期必须大于2个机器周期。

31 当加到全1时，再来一个脉冲就使计数器回零(溢出):
◆ 若定时器工作于定时模式，表示定时时间已到； ◆ 若定时器工作于计数模式，表示计数值已满。 此时，均可向CPU发出中断请求。

32 MCS-51单片机定时器控制与状态寄存器 1、工作方式寄存器 (TMOD) 字节地址为89H，不可以位寻址。 T0 T1

33 M1、M2：工作方式选择位 C/ T：定时或计数模式选择 GATE ：门控位 GATE=0，仅通过TRx位启动定时器。 GATE=1，INTx端口高电平，再通过TRx启动定时器。

34 2、控制寄存器 (TCON) 启停与中断控制寄存器 TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 (88H) 由软件置位或清零。 当TR0=1时启动， TR0=0时停止。 TR1：与TR0类似，控制T1 的启停。

35 TF1：与TF0类似，T1 中断请求标志位。

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38 3、中断允许控制寄存器 (IE) IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA / ES ET1 EX1 ET0 EX0 (A8H)

39 定时/计数器的工作方式

40 一、方式0 13 位的定时/计数方式。 以T0为例： 由TL0的低5位和TH0的8位组成。 当TL0低5位溢出（全1到全0）时，向TH0进位，而TH0溢出时由硬件自动置标志位TF0=1，并请求中断。

41 T0 方式 0 逻辑结构图

42 M1M0=00 ● 当C/T=0，定时方式，开关接通机器周期，对单片机内部的机器周期脉冲进行计数； ● 当C/T=1，计数方式，开关接通T0(P3.4)，当计数脉冲发生负跳变计数器加1。 ● 当GATE=0，或门输出1，只要TR0=1，开关接通，计数开始，即启动定时器加1； ● 当GATE=1，或门输出0，要通过TR0=1、INT0=1来共同启动定时器加1； 当TH0溢出时，置位TCON中的TF0标志，向CPU发出中断请求。

43 方式0只用到13位，最大计数脉冲数为 Nmax=213=8192 若为定时模式，使用6MHz晶振， 则最大定时时间为Tmax= 213×2us=16.384ms。 单片机复位后TH0、TL0都是0，故默认情况下每一次溢出后计数脉冲数都固定为8192，定时时间也是固定的。 用户如何指定计数脉冲数或定时时间呢？

44 用户指定的计数脉冲数：N = 213 －计数初值C ；
用户指定的定时时间： t = ( 213 －计数初值C)×机器周期 计数初值C 必须事先写入TH0、TL0中。 例如，定时/计数器T0的计数值为1000，则初值为7192，转换成二进制数为 B，则TH0= B=E0H，TL0= B=18H。

45 例：设定时器T0选择工作模式0，定时时间为1ms，
系统晶振的频率为focs＝6MHz，确定T0的初值并送到TH0和TL0中。 解：1×10－3＝（213－C）×12/6M 则C＝7692＝ B 将低5位送TL0，即TL0＝0CH； 将高8位送TH0，即TH0＝0F0H

46 二、方式1 逻辑结构与方式0类似，变成16 位计数。 以T0为例： 由TL0作低8位和TH0作高8位。 最大计数脉冲数为 Nmax=216=65536 最大定时时间为Tmax= 216×2us= ms。 用户指定的计数脉冲数：N = 216 －计数初值C ； 用户指定的定时时间： t = ( 216－计数初值C)×机器周期 计数初值C 必须事先写入TH0、TL0中。

47 T0 方式 1 逻辑结构图

48 三、方式2 自动再装入8位计数器； THx、TLx相互独立(x=0,1)； TLx作为8位计数器， THx是初值寄存器； TLx溢出后，置位TFx，申请中断； THx初值自动重新装入TLx，使TLx自动进行下一次计数； 最大计数脉冲数为 Nmax=28=256 最大定时时间为Tmax= 28×2us=0.512ms。 用户定时时间：t = ( 28－计数初值C)×机器周期

49 T0 方式 2 逻辑结构图

50 四、方式3 只适用于T0。 T1无效，停止计数。 将T0分成两个独立的8位计数器。 TL0组成组成完整的8位定时/计数器。既能定时，又能计数。 TL0占用T0全部控制信号及中断请求标志位： GATE、C/T、TR0、TF0。 TH0只能组成8位定时器，对内部机器周期进行计数。只能定时。 TH0占用T1的TR1、TF1及中断资源。 P3.5(T1外部计数脉冲输入口)不能再用。

51 T0方式 3 逻辑结构图

52 5.2.5 定时/计数器应用 MCS-51单片机定时/计数器初始化过程如下： 设置工作方式寄存器TMOD；
定时/计数器应用 MCS-51单片机定时/计数器初始化过程如下： 设置工作方式寄存器TMOD； 计算计数初值，并装入THx、TLx； 开中断，置位EA、ETx； 启动定时/计数器，置位TRx。 定时/计数器应用有查询、中断两种方式

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54 解：1、计算计数初值C： 晶振为6 MHz，所以机器周期Tc为2 s。 定时时间： t = ( 213－计数初值C)×机器周期 故计数初值C= 213 － t /机器周期 = 213 －250/2=8067

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56 使用T1以方式1工作，采用中断方式编程实现上题。
① TMOD 确定 T1控制 T0控制 X 1 M0 M1 C/T GATE 控制字10H

57 ② 计算计数初值； 定时时间： t = ( 216－计数初值C)×机器周期 故计数初值C= 216 － t /机器周期 = 216－250/2=65411 高8位：FFH，TH1=FFH 低8位：83H，TL1=83H ③ 开中断； EA=1，ET1=1 ④ 启动T1。 TR=1

58 ORG 0000H 中断方式 LJMP MAIN ；跳转到主程序 ORG 001BH ；T1的中断入口地址
LJMP INTT ；转向中断服务程序 MAIN：MOV TMOD，#10H ；置T1工作于方式1 MOV TH1，#0FFH ；装入计数初值 MOV TL1，#83H SETB EA ；CPU开中断 SETB ET ；T1开中断 SETB TR ；启动T1 SJMP $ ；等待中断 INTT1 ：MOV TH1，#0FFH ；重装入计数初值 CPL P ；P1.0取反输出 RETI ；中断返回 END

59 例题：设系统时钟频率为6MHz，编程实现P1.0口上的发光二极管每隔1s亮灭一次。
思路： 采用T0，工作于方式1，定时50ms，每溢出20次即1s，P1.0的状态发生改变。 ① TOMD T1控制 T0控制 1 X M0 M1 C/T GATE 控制字01H

60 ② 计算计数初值 定时时间： t = ( 216－计数初值C)×机器周期 故计数初值C= 216 － t /机器周期 = 216－50m/2u=40536 高8位：9EH，TH1=9EH 低8位：58H，TL1=58H

61 查询方式 ORG 0000H MOV TMOD,#01H MOV TH0,#9EH MOV TL0,#58H SETB TR0
LOOP: MOV R3,#20 DEL1: JBC TF0,DEL2 SJMP DEL1 DEL2: MOV TH0,#9EH DJNZ R3,DEL1 CPL P1.0 SJMP LOOP END

62 例题：测量脉冲宽度。 当GATE=1、TR1=1时，只有INT1引脚上出现高电平时，T1才开始计数，利用这一特点可以测量加在P3.3上的正脉冲宽度。 测量时，先将T1设置为定时方式，GATE设为1，并在INT1引脚为0时将TR1置1，则当INT1引脚变为1时将启动T1，直到INT1引脚再次变为0时将停止T1，此时通过T1的计数值就可以测得脉冲宽度。 若将定时初值设为0，当单片机工作频率为12MHz时，能测量的最大脉冲宽度为65536×1u=65.536ms。

63 ORG 0000H ;复位地址 AJMP MAIN ;跳到主程序 ORG 0030H ;主程序入口地址 MAIN: MOV TMOD,#90H ;T1工作于定时方式1，GATE=1 MOV TL1,#00H ;计数初值设为0 MOV TH1,#00H ;最大测量脉冲宽度为65.535ms RL1： JB P3.3,RL ; 等待P3.3变低 SETB TR ;启动T1 RL2： JNB P3.3,RL ; 等待P3.3变低 RL3： JB P3.3,RL ; 等待P3.3再次变低 CLR TR ;启动T1 MOV 30H,TH ;读取脉冲宽度 MOV 31H,TL1 SJMP $ END