第五章 中断 定时 串口.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,*,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,*,第,5,章中断系统、定时器,/,计数器与串行口,5.1 MCS-51,单片机中断系统,中断,是指计算机暂时停止原程序执行转而为外部设备服务,(,执行中断服务程序,),，并在服务完后自动返回原程序执行的过程。,5.1.1,中断系统结构及中断控制,89C51,单片机有,5,个中断源,（,89C52,有,6,个），可实现,二级中断服务程序嵌套,。,图,5-1,中断系统结构示意图,1.,中断源,中断源,中断标志,中断入口地址,外部中断,/INT0(P3.2),IE0,0003H,/INT1(P3.3),IE1,0013H,定时中断,T0,TF0,000BH,T1,TF1,001BH,串行中断,发送中断,TI,0023H,接受中断,RI,2.,中断控制,定时器控制寄存器,TCON,、串行口控制寄存器,SCON,、中断允许寄存器,IE,和中断优先级寄存器,IP,(1),定时器控制寄存器,(TCON),TCON(88H),D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（,2,）串行口控制寄存器（,SCON,）,98H,TI,串行口发送中断请求标志位。当发送完一帧串行数据后，由,硬件置,1,；在转向中断服务程序后，用,软件清,0,。,RI,串行口接收中断请求标志位。当接收完一帧串行数据后，由,硬件置,；在转向中断服务程序后，用,软件清,0,。,（,3,）中断允许控制寄存器（,IE,）,0A8H,(5),中断优先级控制,A.,中断优先级控制寄存器（,IP,）,0B8H,B.,中断查询顺序,当同时接收到几个同一优先级的中断请求时，响应哪个中断源则取决于内部硬件查询顺序。,中断源 同级自然优先级,INT0,最高,T0,INT1,T1,串行口,最低,C.,中断嵌套（,2,个中断优先级,）,由,IP,设定高、低两级优先级,原则：,允许高中断低，禁止低中断高和同级中断,5.1.2,中断响应及中断处理过程,89C51,单片机中断过程分为,中断采样,、,中断查询,、,中断响应,、,中断处理,和,中断返回,等几个阶段。,1.,中断采样（外部中断采样）,在每个机器周期的,S5P2,时刻对芯片引脚,INT0,（,P3.2,）和,INT1,（,P3.3,）进行采样。,（,1,）电平触发方式,中断标志直接反映外部中断引脚的状态，无记忆功能，低电平时间至少需保持一个机器周期，才能保证中断请求能被采样到。,（,2,）负跳变触发方式,在两个相邻机器周期采样到的是,先高电平后低电平,，则中断请求有效，由硬件将,IE0,或,IE1,置,1,，具有记忆功能，负脉冲的宽度也应至少为一个机器周期。,2.,中断查询,由,CPU,测试,TCON,和,SCON,中各标志位的状态，中断查询在指令执行的每个机器周期中不停地重复进行。,3.,中断响应,（,1,）产生硬件调用，将断点地址压入堆栈。,（,2,）中断封锁,A,、,CPU,正处在为一个同级或高级的中断服务中。,因为当一个中断被响应时，要把对应的优先级触发器置位，封锁了低级和同级中断。,B,、,查询中断请求的机器周期不是当前指令的最后一个机器周期。,目的在于确保当前指令的完整执行。,C,、,当前指令是返回指令（,RET,，,RETI,）或访问,IE,、,IP,的指令。,在执行完这些指令之后，还应再继续执行一条指令，然后才能响应中断。,89C51,对中断查询的结果不作记忆，当有新的查询结果出现时，因为以上原因而被拖延的查询结果将不复存在，其中断请求也就不能再被响应了。,（,3,）中断响应时间,响应时间为,38,个机器周期,，如果遇到中断受阻的情况，则中断响应时间会更长一些。,4.,中断处理（中断服务）,5.,中断返回,CPU,执行,RETI,指令时，把响应中断位置的优先级触发器复位，再从堆栈中弹出断点地址送入程序计数器,PC,，以便从断点处重新执行被中断的主程序。,5.1.3,中断请求的撤销,1.,定时中断请求的撤销,定时中断响应后，硬件自动把标志位（,TF0,或,TF1,）清,0,，因此定时中断的中断请求是自动撤销的。,2.,脉冲方式外部中断的撤销,中断响应时自动撤销，在中断服务过程中有新的下跳变会重新置位中断标志位。,3.,电平方式外部中断请求的撤销,中断响应时自动撤销，在中断返回后仍然为低电平将会再次响应中断。,4.,串行中断请求撤销,由软件（程序）清除标志位。,5.1.4,外部中断源的扩展,1.,用定时器作外部中断源,MCS-51,单片机有两个定时器，具有两个内中断标志和外计数引脚，如在某些应用中不被使用，则它们定时器中断可作为外部中断请求使用。此时，可将定时器设置成计数方式，计数初值可设为满量程，则它们的计数输入端,T0,（,P3.4,）或,T1,（,P3.5,）,引脚上发生负跳变时，计数器加,1,产生溢出中断。利用此特性，可把,T0,脚或,T1,脚作为外部中断请求输入线，而计数器的溢出中断作为外部中断请求标志。,【,例,5.1】,将定时器,0,扩展为外部中断源,n,解：将定时器,0,设定为方式,2,（自动恢复计数初值），,TH0,和,TL0,的初值均设置为,FFH,，,允许定时器,0,中断，,CPU,开放中断。源程序如下：,MOVTMOD,#06H,MOVTH0,#0FFH,MOVTL0,#0FFH,SETBTR0,SETBET0,SETBEA,当连接在,T0,（,P3.4,）,引脚上的外部中断请求输入线发生负跳变时，,TL0,加,1,溢出，,TF0,置,1,，向,CPU,发出中断申请，同时，,TH0,的内容自动送至,TL0,使,TL0,恢复初值。这样，,T0,引脚每输入一个负跳变，,TF0,都会置,1,，向,CPU,请求中断。此时，,T0,脚相当于边沿触发的外部中断源输入线。,同样，也可将定时器,1,扩展为外部中断源。,2.,中断和查询相结合,一个外中断扩展成多个外中断的原理图,由图可知，,4,个外部扩展中断源通过,4,个,OC,门电路组成线或取非后再与,/INT0,（,P3.2,）,相连；,4,个外部扩展中断源,EXINT0,EXINT3,中有一个或几个出现高电平则输出为,0,，使,/INT0,脚为低电平，从而发出中断请求。因此，这些扩充的外部中断源都是电平触发方式（高电平有效）。,CPU,执行中断服务程序时，先依次查询,P1,口的中断源输入状态，然后，转入到相应的中断服务程序，,4,个扩展中断源的优先级顺序由软件查询顺序决定，即最先查询的优先级最高，最后查询的优先级最低。,中断服务程序如下：,ORG0003H;,外部中断,0,入口,AJMPINT0;,转向中断服务程序入口,INT0:PUSHPSW;,保护现场,PUSHACC JBP1.0,EXT0;,中断源查询并转相应中断服务程序,JBP1.1,EXT1 JBP1.2,EXT2 JBP1.3,EXT3EXIT:POPACC;,恢复现场,POPPSW RETIEXT0:;EXINT0,中断服务程序,AJMPEXITEXT1:;EXINT1,中断服务程序,AJMPEXITEXT2:;EXINT2,中断服务程序,AJMPEXITEXT3:;EXINT3,中断服务程序,AJMPEXIT,同样，外部中断,1,也可作相应的扩展。,5.1.5,处理外部中断举例,要求每次按动按键，使外接发光二极管,LED,改变一次亮灭状态。,解：,INT0,输入按键信号，,P,1.0,输出改变,LED,状态。,1,跳变触发：,每次跳变引起一次中断请求。,ORG 0000H,；,复位入口,AJMP MAIN,ORG0003H,；,中断入口,AJMPPINT0,ORG0100H,；,主程序,MAIN,：,MOV SP,，,#40H,；,设栈底,SETBIT0,；,开总允许开关,SETBEX0,；开,INT0,中断,SETBEA,；,负跳变触发中断,H,：,SJMPH,；,执行其它任务,ORG0200H,；,中断服务程序,PINT0,：,CPL P1.0,；,改变,LED,RETI,；,返回主程序,单片机,INT0,P,1.0,1,+5V,1,软件等待按键释放。,2,硬件清除中断信号。,2.,电平触发,：,避免一次按键引起多次中断响应。,单片机,INT0,P,1.0,1,+5V,ORG 0000H,；,复位入口,AJMP MAIN,ORG0003H,；,中断入口,AJMPPINT0,ORG0100H,；,主程序,MAIN,：,MOV SP,，,#40H,；,设栈底,CLRIT0,；低电平触发中断,SETBEX0,；开,INT0,中断,SETBEA,；开总允许开关,H,：,SJMPH,；,执行其它任务,ORG0200H,；,中断服务程序,PINT0,：,CPL P1.0,；,改变,LED,WAIT,：,JNBP3.2,，,WAIT,；,等按键释放,RETI,；,返回主程序,5.2,定时,/,计数器,5.2.1,定时器,/,计数器的组成,5.2.2,定时,/,计数器的定时和计数功能,1.,计数功能,所谓计数是指对外部事件进行计数。外部事件以脉冲的形式通过引脚,T0,（,P3.4,）和,T1,（,P3.5,）输入到定时,/,计数器。下降沿时，计数器的值加,1,。,89C51,在每个机器周期的,S5P2,期间采样,T0,和,T1,引脚的输入电平，计数脉冲的频率不能高于振荡脉冲频率的,1/24,。,2.,定时功能,定时功能也是通过计数器的计数功能来实现的，计数脉冲来自单片机的内部，每个机器周期产生一个计数脉冲，计数器加,1,。根据定时时间的要求计算出计数器的预置值（定时常数）。,5.2.3,定时器,/,计数器的控制寄存器,1.,定时器控制寄存器（,TCON,）,2.,工作方式控制寄存器（,TMOD,）,5.2.4,定时,/,计数器工作方式,1.,方式,0(,13,位定时,/,计数器方式,),最大计数值：,2,13,=8192,定时时间,(T)=,（,2,13,-,计数初值）,机器周期,例,:,设单片机晶振频率为,12MHz,，使用定时器,1,以方式,0,产生周期为,500s,的等宽正方波连续脉冲，并由,P1.0,输出。以查询方式完成。,计算计数初值,(2,13,-X)110,-6,=25010,-6,X=7942=1111100000110B,1111 1000,000,0 0110B,F 8,0 6,H,TH1 TL1,TMOD,寄存器初始化,(,确定工作方式,),TMOD=0000 0000B,启动,T1(TCON,中的,TR1,位控制定时的启动和停止,),MOV TMOD,，,#00H,；设置,T1,为工作方式,0,MOV TH1,，,#0F8H,；设置计数初值,MOV TL1,，,#06H,MOV IE,，,#00H,；禁止中断,LOOP,：,SETB TR1,；启动定时,LOOP1,：,JBC TF1,，,LOOP2,；查询计数溢出,AJMP LOOP1,LOOP2,：,MOV TH1,，,#0F8H,；重新设计数初值,MOV TL1,，,#06H,CLR TF1,；计数溢出标志位清“,0”,CPL P1.0,；输出取反,AJMP LOOP,；重复循环,2.,方式,1(,16,位定时,/,计数器方式,),8,最大计数值：,2,16,=65536,3.,方式,2(,8,位自动重装定时,/,计数器方式,),最大计数值：,2,8,=256,3.,方式,(,3,定时,/,计数器方式,),（,1,）工作方式,3,下的定时计数器,T0,TL0,：,8,位定时,/,计数器,TH0,：,8,位定时器,（,2,）工作方式,3,下的定时器计数器,1,T1,设置为方式,3,，停止工作。如果,T0,已工作在方式,3,，则,T1,只能工作在方式,0,方式,1,或方式,2,下，通常工作于方式,2,为串行口提供波特率时钟，只需设置好工作方式和计数初值，便可自动运行。,应用举例：,设,89C51,单片机的时钟频率为,6MHz,，试编写利用,T0,产生,1s,定时的程序。,ORG 0000H,LJMP MAIN,；上电，转向主程序,ORG 000BH,；,T0,的中断入口地址,AJMP SERVE,；转向中断服务程序,ORG 0030H,；主程序,MAIN,：,MOV SP,，,#60H,；设堆栈指针,MOV B,，,#0AH,；设循环次数,MOV TMOD,，,#01H,；设置,T0,工作于模式,1,MOV TL0,，,#0B0H,；装入计数值低,8,位,MOV TH0,，,#3CH,；装入计数值高,8,位,SETB TR0,；启动定时器,T0,SETB ET0,；允许,T0,中断,SETB EA,；允许,CPU,中断,SJMP,；等待中断,中断服务程序：,SERVE,：,MOV TL0,，,#0B0H,MOV TH0,，,#3CH,；重新赋计数值,DJNZ B,，,LOOP,CLR TR0,；,1s,定时到，停止,T0,工作,LOOP,：,RETI,；中断返回,END,5.3,串行接口,5.3.1,串行接口的功能与结构,1.,串行接口的功能,89C51,单片机中的串行接口是一个全双工串行通信接口，能同时发送、接收数据，也能用作同步移位寄存器。,SM0,SM1,工作方式,功 能,波特率,0,0,方式,0,8,位同步移位寄存器方式,f,OSC,/12,0,1,方式,1,8,位通用异步接收器,/,发送器,可变,1,0,方式,2,9,位通用异步接收器,/,发送器,f,OSC,/32,或,f,OSC,/64,1,1,方式,3,9,位通用异步接收器,/,发送器,可变,2.,串行接口结构,5.3.2,串行接口控制,1,.,数据缓冲器,SBUF,发送,SBUF,和接收,SBUF,共用一个地址,99H,。,1,）,发送,SBUF,存放待发送的,8,位数据，写入,SBUF,将同时启动发送。发送指令：,MOVSBUF,，,A,2,）,接收,SBUF,存放已接收成功的,8,位数据，供,CPU,读取。读取串行口接收数据指令：,MOV A,，,SBUF,3,.,节电控制寄存器,PCON,（,87H,）,SMOD,(PCON.7),：,波特率加倍控制位。,SMOD=1,，,波特率加倍，,SMOD=0,，,则不加倍,。,2,.,串行口控制,/,状态寄存器,SCON(98H),SM0,，,SM1,：,选择串行口,4,种工作方式。,SM2,：,多机控制位，用于多机通讯。,REN,：,允许接收控制位，,REN=1,，,允许接收；,REN=0,，,禁止接收。,TB8,：,发送的第,9,位数据位，可用作校验位和地址,/,数据标识位,RB8,：,接收的第,9,位数据位或停止位,TI,：,发送中断标志，发送一帧结束，,TI=1,，,必须软件清零,RI,：,接收中断标志，接收一帧结束，,RI=1,，,必须软件清零,5.3.3,串行接口的工作方式,1.,方式,0,：,同步移位寄存器方式。用于扩展并行,I/,O,接口。,A.,一帧,8,位，无起始位和停止位。,B.,RXD,：,数据输入,/,输出端。,TXD,：,同步脉冲输出端，每个脉冲对应一个数据位。,C.,波特率,Baud=fosc/12,如：,fosc=12MHz,，,Baud=1MHz,，,每位数据占,1,s,。,D.,发送过程：写入,SBUF,，,启动发送，一帧发送结束，,TI=1,。,接收过程：,REN=1,且,RI=0,，,启动接收，一帧接收完毕，,RI=1,发送时序,写入,SBUF,RXD,输出,TXD,TI,D,0,D,1,D,2,D,3,D,4,D,5,D,6,D,7,写REN=1,RI=0,RXD,输入,RI,接收时序,(a),(b),例：使用,74HC164,的并行输出端接,8,支发光二极管，利用它的串入并出功能，将发光二极管从左向右依次点亮。,MOV SCON,，,#00H,；串行口方式,0,工作,CLR ES,；禁止串行中断,MOV A,，,#80H,；发光管从左边亮起,DELR,：,CLR P1.0,；关闭并行输出,MOV SBUF,，,A,；串行输出,JNB TI,，；状态维持,SETB P1.0,；开启并行输出,ACALL DELAY,；状态维持,CLR TI,；清发送中断标志,RR A,；发光组合中断标志,AJMP DELR,；继续,2.,方式,1,：,8,位数据异步通讯方式,A.,一帧,10,位：,8,位数据位，,1,个起始位,(0),，,1,个停止位,(1),。,B.,RXD,：,接收数据端。,TXD,：,发送数据端。,C.,波特率：用,T1,作为波特率发生器，,Baud=(2,SMOD,/32)T1,溢出率。,D.,发送：写入,SBUF,，,同时启动发送，一帧发送结束,，,TI=1,。,接收：,REN=1,，,允许接收。接收完一帧，若,RI=0,且停止位为,1(,或,SM2=0),，,将接收数据装入,SBUF,，,停止位装,入,RB8,，,并使,RI=1,；,否则丢弃接收数据，不置位,RI,。,当,REN=1,，,CPU,开始采样,RXD,引脚负跳变信号，若出现负跳变，才进入数据接收状态，先检测起始位，若第一位为,0,，继续接收其余位；否则，停止接收，重新采样负跳变。,数据采样速率为波特率,16,倍频，在数据位中间，用第,7,、,8,、,9,个脉冲采样,3,次数据位，并,3,中取,2,保留采样值。,3.,方式,2,和方式,3,：,9,位数据异步通讯方式,A.,一帧为,11,位：,9,位数据位，,1,个起始位,(0),，,1,个停止位,(1),。,第,9,位数据位在,TB8/RB8,中，常用作校验位和多机通讯标识位。,B.,RXD,：,接收数据端，,TXD,：,发送数据端。,C.,波特率：方式,2,：,Baud=(2,SMOD,/64)fosc,。,方式,3,：,Baud=(2,SMOD,/32)T1,溢出率。,D.,发送：先装入,TB8,，,写入,SBUF,并启动发送，发送结束，,TI=1,接收：,REN=1,，,允许接收。接收完一帧，若,RI=0,且第,9,位为,1(,或,SM2=0),，,将接收数据装入接收,SBUF,，,第,9,位装入,RB8,，使,RI=1,；,否则丢弃接收数据，不置位,RI,。,4.,计算波特率,方式,0,为固定波特率：,Baud=fosc/12,方式,2,可选两种波特率：,Baud=(2,SMOD,/64)fosc,方式,1,、,3,为可变波特率，用,T1,作波特率发生器。,Baud=(2,SMOD,/32)T1,溢出率,T1,为方式,2,的时间常数：,X=2,8,-t/T,溢出时间：,t=(2,8,-X)T=(2,8,-X)12/fosc,T1,溢出率,=1/t=fosc/12(2,8,-X),波特率,Baud=(2,SMOD,/32)fosc/12(2,8,-X),串行口方式,1,、,3,，根据波特率选择,T1,工作方式，计算时间常数,T1,选方式,2,：,TL1=TH1=X=2,8,-fosc/122,SMOD,/(32B),T1,选方式,1,用于低波特率，需考虑,T1,重装时间常数时间。,5.3.4,串行口的应用,串行口初始化编程格式：,SIO,：,MOV SCON,，,#,控制状态字；写方式字且,TI=RI=0,(MOV PCON,，,#80H),；,波特率加倍,(MOV TMOD,，,#20H),；,T1,作波特率发生器,(MOV TH1,，,#X),；,选定波特率,(MOV TL1,，,#X),(SETB TR1),(SETB EA),；,开串行口中断,(SETB ES),发送程序：先发送一个字符，等待,TI=1,后再发送下一个字符。,1.,查询方式：,TRAM,：,MOV A,，,R0,；,取数据,MOVSBUF,，,A,；,发送一个字符,WAIT,：,JBCTI,，,NEXT,；,等待发送结束,SJMPWAIT,NEXT,：,INCR0,；,准备下一次发送,SJMPTRAM,2.,中断方式：,ORG 0023H,；,串行口中断入口,AJMP SINT,MAIN,：,；,初始化编程,TRAM,：,MOV A,，,R0,；,取数据,MOV SBUF,，,A,；,发送第一个字符,H,：,SJMP H,；,其它工作,SINT,：,CLR TI,；,中断服务程序,INC R0,MOV A,，,R0,；,取数据,MOV SBUF,，,A,；,发送下一个字符,RETI,接收程序：,REN=1,、,RI=0,等待接收，当,RI=1,，从,SBUF,读取数据。,1.,查询方式：,WAIT,：,JBCRI,，,NEXT,；,查询等待,SJMPWAIT,NEXT,：,MOVA,，,SBUF,；,读取接收数据,MOVR0,，,A,；,保存数据,INCR0,；,准备下一次接收,SJMPWAIT,2.,中断方式：,ORG0023H,AJMPRINT,MAIN,：,；,初始化编程,H,：,SJMPH,；,其它任务,RINT,：,CLRRI,；,清中断标志,MOVA,，,SBUF,；,读取接收数据,MOVR0,，,A,；,保存数据,INCR0,RETI,例：由串行接口发送带偶校验位的,ASCII,码数据块。,设拟发送的是位于片内,RAM30H3FH,单元的,ASCII,码数据。单片机采用,12MHz,晶振，串行接口工作于方式,1,，定时器,/,计数器,1,用作波特率发生器，电源控制专用寄存器,PCON,中的,SMOD,位为,0,，发送的波特率要求为,1200,。,相应的发送程序为,TSTART,：,MOV TMOD,，,#20H,；置定时器,/,计数器,1,工作于方式,2,的定时器方式,MOV TL1,，,#0E6H,；定时器,/,计数器,1,预置数,MOV TH1,，,#0E6H,；定时器,/,计数器,1,置重装载数,MOV SCON,，,#40H,；置串行接口工作于方式,1,MOV R0,，,#30H,；,R0,作地址指针，指向数据块首址,MOV R7,，,#10H,；,R7,用作计数器，置拟发送字节数,SETB TR1,；启动定时器,/,计数器,1,LOOP,：,MOV A,，,R0,；取待发送的一个字节,MOV C,，,P,；取奇偶标志，若奇为,1,，若偶为,0,MOV ACC.7,，,C,；加偶校验位,MOV SBUF,，,A,；启动串行接口发送,WAIT,：,JNB TI,，,WAIT,；等发送完毕,CLR TI,；清,TI,标志，为下一字节发送做准备,INC R0,；指向数据块下一待发送字节的地址,DJNZ R7,，,LOOP,；若拟发送数据未发送完，则继续发送,RET,