单片机定时与中断讲解.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本章内容,定时,/,计数器,C,语言的函数,中断系统,第,4,章 定时与中断系统,定时,/,计数器,8051,单片机内部有两个,16,位的可编程定时,/,计数器，称为,T0,（,T0,）和,T1,（,T1,）,定时,/,计数器,8051,定时器,/,计数器逻辑结构,定时,/,计数器,设置定时,/,计数器工作方式,通过对方式寄存器,TMOD,的设置，确定相应的定时,/,计数器是定时功能还是计数功能，工作方式以及启动方法。,定时,/,计数器工作方式有四种：方式,0,、方式,1,、方式,2,和方式,3,。,定时,/,计数器启动方式有两种：软件启动和硬软件共同启动。除了从控制寄存器,TCON,发出的软件启动信号外，还有外部启动信号引脚，这两个引脚也是单片机的外部中断输入引脚。,定时,/,计数器,设置计数初值,T0,、,T1,是,16,位加法计数器，分别由两个,8,位专用寄存器组成，,T0,由,TH0,和,TL0,组成，,T1,由,TH1,和,TL1,组成。,TL0,、,TL1,、,TH0,、,TH1,的访问地址依次为,8AH,8DH,，每个寄存器均可被单独访问，因此可以被设置为,8,位、,13,位或,16,位计数器使用。,在计数器允许的计数范围内，计数器可以从任何值开始计数，对于加,1,计数器，当计到最大值时（对于,8,位计数器，当计数值从,255,再加,1,时，计数值变为,0,），产生溢出。,定时,/,计数器允许用户编程设定开始计数的数值，称为赋初值。初值不同，则计数器产生溢出时，计数个数也不同。例如：对于,8,位计数器，当初值设为,100,时，再加,1,计数,156,个，计数器就产生溢出；当初值设为,200,时，再加,1,计数,56,个，计数器产生溢出。,定时,/,计数器,启动定时,/,计数器,根据设置的定时,/,计数器启动方式，启动定时,/,计数器。如果采用软件启动，则需要把控制寄存器中的,TR0,或,TR1,置,1,；如果采用硬软共同启动方式，不仅需要把控制寄存器中的,TR0,或,TR1,置,1,，还需要相应外部启动信号为高电平。,定时器的方式寄存器,TMOD,作用：,TMOD,用来确定两个定时器的工作方式。低半字节设置定时器,T0,，,高半字节设置定时器,T1,。,字节地址：,89H,，,不可以位寻址。,格式：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0,定时器,1,定时器,0,各位的含义：,C/T,：,功能选择位。,0,为定时器方式；,1,为计数器方式。,M1,，,M0,：,方式选择位。可以选择为四种工作方式,0,、,1,、,2,、,3,之,1,。,四种工作方式的区别后面讲解。,GATE,：,门控位。,0,：只要软件控制位,TR0,或,TR1,置,1,即可启动定时器开始工作；,1,：,只有,INT0,或,INT1,引脚为高电平，且,TR0,或,TR1,置,1,时,，才能启动相应的定时器开始工作。,返回,TF0,TH0,TL0,12,分频,OSC,中断,高,8,位,低,5,位,控制,+,T0(P3.4),TR0,GATE,INT0,(P3.2),C/T=0,C/T=1,例如：设定时器,T0,为定时工作方式，要求用软件启动,定时器,T0,工作，按方式,1,工作；定时器,T1,为计数,工作方式，要求软件启动，工作方式为方式,2,。,则根据,TMOD,各位的定义可知，其控制字为：,即控制字为,61H,，,其指令形式为：,MOV TMOD,，,#61H,格式：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0,0 1 1 0 0 0 0 1,定时器的控制寄存器,TCON,作用：,TMOD,用来控制两个定时器的启动、停止，表明定时器的溢出、中断情况,。,字节地址：,88H,，,可以位寻址。系统复位时，所有位均清零。,格式：,D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0,各位的含义：,TC,ON,中的低,4,位与中断有关，在中断章节中讨论。,TF1(8FH),：,定时器,1,溢出标志。计满后自动置,1,。,TR1(8EH),：,定时器,1,运行控制位。由软件清零关闭定时器,1,。,当,GATE=0,时，,TR1,软件置,1,即启动定时器,1,。（,SETB TR1,）,当,GATE=1,时，且,INT1,为高电平时，,TR1,置,1,启动定时器,1,；,定时器的四种工作方式,方式的选择：根据,M1,，,M0,来选择。,00,：方式,0 01,：方式,1 10,：方式,2 11,：方式,3,主要特点：,方式,0,：,13,位定时器。,TH0,的,8,位,+TL0,的低,5,位,方式,1,：,16,位定时器。,TH0,的,8,位,+TL0,的,8,位,方式,2,：能重复置初始值的,8,位定时器,。,TL0,和,TH0,必须赋相同的值。,方式,3,：只适用于定时器,0,，,T0,被拆成两个独立的,8,位定时器,TL0,TH0,。,其中：,TL0,与方式,0,、,1,相同，可定时或计数,。用定时器,T0,的,GATE,、,C/T,、,TR0,、,TF0,、,T0,、和,INT0,控制。,TH0,只可用作简单的内部定时功能。,占用,T1,的控制位,TF1,、,TR1,和,INT1,，,启动关闭仅受,TR1,控制。,定时器的方式,0,、,1,示意图,返回,TF0,TH0,TL0,12,分频,OSC,中断,高,8,位,8,位或低,5,位,控制,+,T0(P3.4),TR0,GATE,INT0,(P3.2),C/T=0,C/T=1,定时器的方式,2,示意图,TH0,8,位,8,位,TL0,12,分频,OSC,控制,+,T0(P3.4),TR0,GATE,INT0,(P3.2),C/T=0,C/T=1,1,中断,TF0,0,溢出,定时器的初始值的计算,对于不同的工作方式，计数器位数不同，故最大计数值,M,也不同：,方式,0,：,M=2,13,=8192,方式,1,：,M=2,16,=65536,方式,2,：,M=2,8,=256,方式,3,：,定时器,0,分为,2,个,8,位计数器，每个,M,均为,256,。,因为定时,/,计数器是作加,1,计数，并在计满溢出时产生中断，因此初值,X,的计算如下：,X=M,计数值,计算出来的结果,X,转换为,16,进制数,后分别写入,TL0,（,TL1,）、,TH0,（,TH1,）。,注意！,方式,0,时初始值写入时，对于,TL,不用的高,3,位应填入,0,！,用,T1,、工作方式,0,实现,1,秒延时函数，晶振频率为,12MHz,。,方式,0,采用,13,位计数器，其最大定时时间为：,8192,1,s=8.192ms,，因此，定时时间不可能象任务,7,中一样选择,50ms,，可选择定时时间为,5ms,，再循环,200,次。,定时时间为,5ms,，则计数值为,5ms/1,s=5000,，,T1,的初值为：,X=M,计数值,=8192,5000=3192=C78H=0110001111000B,13,位计数器中,TL1,的高,3,位未用，填写,0,，,TH1,占高,8,位，所以，,X,的实际填写值应为：,X=01100011,000,11000B=6318H,举 例,1,用,T1,方式,0,实现任务,7,中,1,秒延时函数如下：,void delay1s(),unsigned char i;,TMOD=0 x00;/,置,T1,为工作方式,0,for(i,=0;i0 xc8;i+)/,设置,200,次循环次数,TH1=0 x63;/,设置定时器初值,TL1=0 x18;,TR1=1;/,启动,T1,while(!TF1);/,查询计数是否溢出，即定时,5ms,时间到，,TF1=1,TF1=0;/5ms,定时时间到，将定时器溢出标志位,TF1,清零,举 例,1,用,T1,、工作方式,2,实现,1,秒延时，晶振频率为,12MHz,。,因工作方式,2,是,8,位计数器，其最大定时时间为：,256,1,s=256,s,，为实现,1,秒延时，可选择定时时间为,250,s,，再循环,4000,次。定时时间选定后，可确定计数值为,250,，则,T1,的初值为：,X=M,计数值,=256,250=6=6H,。采用,T1,方式,2,工作，因此，,TMOD=0 x20,。,举 例,2,用定时器工作方式,2,实现的,1,秒延时函数如下：,void delay1s(),unsigned,int,i;/i,取值范围为,0,4000,，因此不能定义成,unsigned char,TMOD=0 x20;/,设置,T1,为方式,2,TH1=6;/,设置定时器初值，放在,for,循环之外,TL1=6;,for(i,=0;i4000;i+)/,设置,4000,次循环次数,TR1=1;/,启动,T1,while(!TF1);/,查询计数是否溢出，即定时,250,s,时间到，,TF1=1,TF1=0;/250,s,定时时间到，将定时器溢出标志位,TF1,清零,举 例,2,在,C,语言程序中，子程序的作用是由函数来实现的，函数是,C,语言的基本组成模块，一个,C,语言程序就是由若干个模块化的函数组成的。,C,程序都是由一个主函数,main(),和若干个子函数构成，有且只有一个主函数，程序由主函数开始执行，主函数根据需要来调用其他函数，其它函数可以有多个。,C,语言的函数,1.,标准库函数,标准库函数是由,C51,的编译器提供的，用户不必定义这些函数，可以直接调用。,KEIL C51,编译器提供了,100,多个库函数供我们使用。常用的,C51,库函数包括一般,I/O,口函数、访问,SFR,地址函数等，在,C51,编译环境中，以头文件的形式给出。,2.,用户自定义函数,用户自定义函数是用户根据需要自行编写的函数，它必须先定义之后才能被调用。,函数分类和定义,函数定义的一般形式是：,函数类型 函数名（形式参数表）,形式参数说明,局部变量定义,函数体语句,其中，,“,函数类型,”,说明了自定义函数返回值的类型。,“,函数名,”,是自定义函数的名字。,“,形式参数表,”,给出函数被调用时传递数据的形式参数，形式参数的类型必须要加以说明。,ANSI C,标准允许在形式参数表中对形式参数的类型进行说明。如果定义的是无参数函数，可以没有形式参数表，但是圆括号不能省略。,“,局部变量定义,”,是对在函数内部使用的局部变量进行定义。,“,函数体语句,”,是为完成函数的特定功能而设置的语句。,函数分类和定义,函数调用就是在一个函数体中引用另外一个已经定义的函数，前者称为主调用函数，后者称为被调用函数，函数调用的一般格式为：,函数名（实际参数列表）；,对于有参数类型的函数，若实际参数列表中有多个实参，则各参数之间用逗号隔开。实参与形参顺序对应，个数应相等，类型应一致。,函数调用,在一个函数中调用另一个函数需要具备如下条件：,（,1,）被调用函数必须是已经存在的函数（库函数或者用户自己已经定义的函数。,如果函数定义在调用之后，那么必须在调用之前（一般在程序头部）对函数进行声明。,（,2,）如果程序使用了库函数，则要在程序的开头用,include,预处理命令将调用函数所需要的信息包含在本文件中。如果不是在本文件中定义的函数，那么在程序开始要用,extern,修饰符进行函数原型说明。,函数调用,中断是指通过硬件来改变,CPU,的运行方向。计算机在执行程序的过程中，外部设备向,CPU,发出中断请求信号，要求,CPU,暂时中断当前程序的执行而转去执行相应的处理程序，待处理程序执行完毕后，再继续执行原来被中断的程序。这种程序在执行过程中由于外界的原因而被中间打断的情况称为,“,中断,”,。,什么是中断,（,1,）中断服务程序：,CPU,响应中断后，转去执行相应的处理程序，该处理程序通常称之为中断服务程序。,（,2,）主程序：原来正常运行的程序称为主程序。,（,3,）断点：主程序被断开的位置（或地址）称为断点。,（,4,）中断源：引起中断的原因，或能发出中断申请的来源，称为中断源。,（,5,）中断请求：中断源要求服务的请求称为中断请求（或中断申请。,中断基本概念,同步工作,异常处理,实时处理,中断特点,中断系统的结构,MCS-51,中断系统内部结构示意图,MCS-51,系列单片机中断源,序号,中断源,说 明,1,外部中断,0,请求,由,P3.2,引脚输入，通过,IT0,位（,TCON.0,）来决定是低电平有效还是下降沿有效。一旦输入信号有效，即向,CPU,申请中断，并建立,IE0,（,TCON.1,）中断标志。任务,9,中采用下降沿有效，由按键产生下降沿。,2,外部中断,1,请求,由,P3.3,引脚输入，通过,IT1,位（,TCON.2,）来决定是低电平有效还是下降沿有效。一旦输入信号有效，即向,CPU,申请中断，并建立,IE1,（,TCON.3,）中断标志。,3,TF0,T0,溢出中断请求,当,T0,产生溢出时，,T0,溢出中断标志位,TF0,（,TCON.5,）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。,4,TF1,T1,溢出中断请求,当,T1,产生溢出时，,T1,溢出中断标志位,TF1,（,TCON.7,）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。,5,RI,或,TI,串行口中断请求,当接收或发送完一个串行帧时，内部串行口中断请求标志位,RI,（,SCON.0,）或,TI,（,SCON.1,）置位（由硬件自动执行），请求中断。,中断标志,中断标志位,位名称,说 明,TF1,T1,溢出中断标志,TCON.7,T1,被启动计数后，从初值开始加,1,计数，计满溢出后由硬件置位,TF1,，同时向,CPU,发出中断请求，此标志一直保持到,CPU,响应中断后才由硬件自动清,0,。也可由软件查询该标志，并由软件清,0,。前述的定时器编程都是采用查询方式实现。,TF0,T0,溢出中断标志,TCON.5,T0,被启动计数后，从初值开始加,1,计数，计满溢出后由硬件置位,TF0,，同时向,CPU,发出中断请求，此标志一直保持到,CPU,响应中断后才由硬件自动清,0,。也可由软件查询该标志，并由软件清,0,。,IE1,中断标志,TCON.3,IE1=1,，外部中断,1,向,CPU,申请中断。,IT1,中断触发方式控制位,TCON.2,当,IT1=0,，外部中断,1,控制为电平触发方式；当,IT1=1,，外部中断,1,控制为边沿（下降沿）触发方式。,IE0,中断标志,TCON.1,IE0=1,，外部中断,0,向,CPU,申请中断。,IT0,中断触发方式控制位,TCON.0,当,IT0=0,，外部中断,0,控制为电平触发方式；当,IT0=1,，外部中断,0,控制为边沿（下降沿）触发方式。,TI,串行发送中断标志,SCON.1,CPU,将数据写入发送缓冲器,SBUF,时，启动发送，每发送完一个串行帧，硬件都使,TI,置位；但,CPU,响应中断时并不自动清除,TI,，必须由软件清除。,RI,串行接收中断标志,SCON.0,当串行口允许接收时，每接收完一个串行帧，硬件都使,RI,置位；同样，,CPU,在响应中断时不会自动清除,RI,，必须由软件清除。,中断的开放和禁止,MCS-51,系列单片机的,5,个中断源都是可屏蔽中断，中断系统内部设有一个专用寄存器,IE,，用于控制,CPU,对各中断源的开放或屏蔽。,IE,寄存器格式如下：,EA,ES,ET1,EX1,ET0,EX0,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,IE(A8H),中断的开放和禁止,中断允许位,位名称,说明,EA,总中断允许控制位,IE.7,EA=1,，开放所有中断，各中断源的允许和禁止可通过相应的中断允许位单独加以控制；,EA=0,，禁止所有中断。,ES,串行口中断允许位,IE.4,ES=1,，允许串行口中断；,ES=0,禁止串行口中断。,ET1,T1,中断允许位,IE.3,ET1=1,，允许,T1,中断；,ET1=0,，禁止,T1,中断。,EX1,）中断允许位,IE.2,EX1=1,，允许外部中断,1,中断；,EX1=0,，禁止外部中断,1,中断。,ET0,T0,中断允许位,IE.1,ET0=1,，允许,T0,中断；,ET0=0,，禁止,T0,中断。,EX0,）中断允许位,IE.0,EX0=1,，允许外部中断,0,中断；,EX0=0,，禁止外部中断,0,中断。,中断优先级,MCS-51,系列单片机有两个中断优先级：高优先级和低优先级。,每个中断源都可以通过设置中断优先级寄存器,IP,确定为高优先级中断或低优先级中断，实现二级嵌套。同一优先级别的中断源可能不止一个，因此，也需要进行优先权排队。同一优先级别的中断源采用自然优先级。,中断优先级寄存器,IP,，用于锁存各中断源优先级控制位。,IP,中的每一位均可由软件来置,1,或清,0,，,1,表示高优先级，,0,表示低优先级。,中断优先级,中断优先级控制位,位名称,说明,PS,串行口中断优先控制位,IP.4,PS=1,，设定串行口为高优先级中断；,PS=0,，设定串行口为低优先级中断。,PT1,定时器,T1,中断优先控制位,IP.3,PT1=1,，设定定时器,T1,为高优先级中断；,PT1=0,，设定定时器,T1,为低优先级中断。,PX1,外部中断,1,中断优先控制位,IP.2,PX1=1,，设定外部中断,1,为高优先级中断；,PX1=0,，设定外部中断,1,为低优先级中断。,PT0,T0,中断优先控制位,IP.1,PT0=1,，设定定时器,T0,为高优先级中断；,PT0=0,，设定定时器,T0,为低优先级中断。,PX0,外部中断,0,中断优先控制位,IP.0,PX0=1,，设定外部中断,0,为高优先级中断；,PX0=0,，设定外部中断,0,为低优先级中断。,中断处理过程,中断响应,中断响应是指,CPU,对中断源中断请求的响应。,CPU,并非任何时刻都能响应中断请求，而是在满足所有中断响应条件、且不存在任何一种中断阻断情况时才会响应。,CPU,响应中断的条件有：有中断源发出中断请求；中断总允许位,EA,置,1,；申请中断的中断源允许位置,1,。,CPU,响应中断的阻断情况有：,CPU,正在响应同级或更高优先级的中断；当前指令未执行完；正在执行中断返回或访问寄存器,IE,和,IP,。,中断处理过程,中断响应过程就是自动调用并执行中断函数的过程。,C51,编译器支持在,C,源程序中直接以函数形式编写中断服务程序。常用的中断函数定义语法如下：,void,函数名（）,interrupt n,其中,n,为中断类型号，,C51,编译器允许,0,31,个中断，,n,取值范围,0,31,。下面给出了,8051,控制器所提供的,5,个中断源所对应的中断类型号和中断服务程序入口地址：,中断源,n,入口地址,外部中断,0 00003H,定时,/,计数器,0 1000BH,外部中断,1 20013H,定时,/,计数器,1 3 001BH,串行口,4 0023H,中断处理过程,中断响应时间,中断响应时间是指从中断请求标志位置位到,CPU,开始执行中断服务程序的第一条语句所需要的时间。,1,）中断请求不被阻断的情况,外部中断响应时间至少需要,3,个机器周期，这是最短的中断响应时间。一般来说，若系统中只有一个中断源，则中断响应时间为,3,8,个机器周期。,2,）中断请求被阻断的情况,如果系统不满足所有中断响应条件、或者存在任何一种中断阻断情况，那么中断请求将被阻断，中断响应时间将会延长。,