輸入輸出中斷與定時計數(shù)器

輸入輸出中斷與定時計數(shù)器第1頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日5.1I/O概述CPU和I／O設(shè)備的連接都是通過接口電路實現(xiàn)的I／O接口電路的作用

速度協(xié)調(diào)數(shù)據(jù)鎖存三態(tài)緩沖數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換第2頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日接口與端口接口：指計算機與外設(shè)之間在數(shù)據(jù)傳送方面的聯(lián)系，其主要功能是通過電路實現(xiàn)的，稱接口電路，簡稱接口。第3頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日端口：指在接口電路中用以完成某種信息傳送，并可由編程人員尋址進行讀寫操作的寄存器，端口也簡稱口。一個接口可含有多個端口，數(shù)據(jù)端口、狀態(tài)端口、命令端口等。每個端口都有自己的端口地址CPU尋址外設(shè)是以端口作為地址單元第4頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日I／O口的編址方式

獨立編址統(tǒng)一編址端口第5頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日輸入／輸出傳送方式無條件傳送方式查詢傳送方式中斷傳送方式讀入狀態(tài)信息準備好？數(shù)據(jù)傳送YN查詢方式流程圖第6頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日5.3MCS－51單片機的中斷系統(tǒng)第7頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷的概念中斷技術(shù)：中斷是指計算機在執(zhí)行程序的過程中，由于計算機系統(tǒng)內(nèi)、外的某種原因使其暫時中止原程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去為該突發(fā)事件服務(wù)．在處理完成后再返回原程序繼續(xù)執(zhí)行的過程。第8頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷的概念中斷執(zhí)行類似于子程序的調(diào)用，區(qū)別在于中斷的發(fā)生是隨機的，其對中斷服務(wù)程序的調(diào)用是在檢測到中斷請求信號后自動完成的;而子程序的調(diào)用是由編程人員事先安排好的。

因此，中斷又可定義為CPU自動執(zhí)行中斷服務(wù)程序并返回原程序執(zhí)行的過程。第9頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷技術(shù)的優(yōu)點

可以提高CPU的工作效率便于實時處理便于故障的及時發(fā)現(xiàn)，提高系統(tǒng)的可靠性中斷系統(tǒng)的組成包括:中斷源產(chǎn)生、中斷判優(yōu)、中斷響應(yīng)、中斷查詢、中斷處理等實現(xiàn)這樣一個全過程的硬件和軟件。第10頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷源MCS-51的五個中斷源：2個外部中斷請求INT0、INT1；2個定時／計數(shù)器T0和T1的溢出中斷請求TF0、TF1串行口中斷請求TI、RI。中斷源：引起中斷的原因或發(fā)出中斷請求的來源第11頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷請求標志TCON：定時器控制寄存器，該寄存器字節(jié)地址為88H，是可位尋址的特殊功能寄存器。第12頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0

IE0／IE1：外部中斷INT0/INT1請求標志位。當CPU采樣到有效中斷請求號時，由硬件電路將對應(yīng)位置1。

IT0／IT1：外部中斷請求信號方式控制拉。若其等于1，則對應(yīng)外部中斷為脈沖下降沿觸發(fā)方式，否則就是電平觸發(fā)方式。TF0／TFl：T0／T1計數(shù)溢出中斷請求標志位。若其為1表示對應(yīng)定時器T0／T1的計數(shù)值已由全1變?yōu)槿?，在向CPU申請中斷。TCON格式字第13頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日SCON：串行口控制寄存器D7D6D5D4D3D2D1D099H98HTIRITI：串行口發(fā)送中斷請求標志位。RI：串行口接收中斷請求標志位。第14頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷優(yōu)先級IP：中斷優(yōu)先級控制寄存器，寄存器字節(jié)地址為B8H，可位尋址。D7D6D5D4D3D2D1D0BCHBBHBAHB9HB8HPSPT1PX1PT0PX0PX0：外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定控制位。PX0＝1高優(yōu)先級；PX0＝0低優(yōu)先級。PT0：T0中斷優(yōu)先級設(shè)定控制值。PT0＝1高優(yōu)先級中斷：PT0＝0低優(yōu)先級中斷。PX1：外部中斷1優(yōu)先級設(shè)定控制位。若PX1＝1高優(yōu)先級中斷；PX1＝0低優(yōu)先級中斷。PTl：T1中斷優(yōu)先級設(shè)定控制值。若PTl＝1高優(yōu)先級中斷；PTl＝0低優(yōu)先級中斷。PS：串行口中斷優(yōu)先級設(shè)定控制位。PS＝1，高優(yōu)先級，PS＝0，低優(yōu)先級。第15頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷優(yōu)先級控制原則如果多個中斷源同時申請中斷，則CPU響應(yīng)順序為先高后低。低優(yōu)先級中斷請求不能打斷高優(yōu)先級的中斷服務(wù)，但高優(yōu)先級中斷請求可以打斷低優(yōu)先級的中斷服務(wù)。同級中斷請求不能打斷同級中斷服務(wù)。第16頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷優(yōu)先級控制原則如果多個同級中斷源同時申請中斷，則CPU按如下默認順序響應(yīng)：

外部中斷0-定時／計數(shù)器T0－外部中斷1-定時／計數(shù)器T1-串行中斷。第17頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷響應(yīng)的條件D7D6D5D4D3D2D1D0EAESET1EX1ET0EX0EA：中斷允許總控位。如果EA＝0，則所有中斷請求均被禁止；若EA＝1，則是否允許中斷由各個中斷控制位決定。EX0／EX1：外部中斷0／外部中斷1中斷允許位。ET0／ETl：T0／T1中斷允許控制位。ES：串行口中斷允許控制位IE--中斷允許控制寄存器第18頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷響應(yīng)的條件EA＝1，且對應(yīng)的中斷允許控制位等于1。這樣CPU就在每個機器周期對該中斷源進行檢測。如果它提出中斷申請，則只要滿足下列條件就可立即響應(yīng)。1)無同級或高級中斷正在服務(wù)。2)檢測到有中斷請求到來的機器周期是當前正在執(zhí)行指令的最后1個機器周期且已結(jié)束，這樣可保證當前指令的完整執(zhí)行。第19頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷響應(yīng)的條件3)檢測到有中斷請求到來的指令是訪問IE、IP寄存器的指令或RETI指令時，該指令己執(zhí)行完畢并且又執(zhí)行完了一條指令。第20頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷響應(yīng)過程

中斷響應(yīng)的主要操作就是執(zhí)行由硬件電路自動生成的一條LCALL指令。其中，addrl6就是中斷源的中斷入口地址。首先將斷點地址入棧保護，然后把addrl6送人PC中，使程序自動轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷人口處執(zhí)行中斷服務(wù)程序。第21頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷服務(wù)程序的入口地址（中斷矢量）外部中斷INT0定時器T0中斷外部中斷INT1定時器T1中斷串行口中斷0003H000BH0013H001BH0023H第22頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷響應(yīng)時間

從檢測到中斷到轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序所需的時間稱為中斷響應(yīng)時間。理想情況是檢測到中斷到來的機器周期是當前正在執(zhí)行指令的最后一個機器周期，接著用2個機器周期的時間執(zhí)行自動生成的LCALL指令，共需要3個機器周期。其他情況下中斷的響應(yīng)時間一般在3－8個機器周期。第23頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)第24頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷請求的撤除（1）定時器／計數(shù)器的中斷請求標志TF0／TFl是在響應(yīng)中斷后由硬件自動清除的。（2）對于串行口中斷請求標志TI／RI則應(yīng)在中斷服務(wù)程序中由軟件清除（3）對于外部中斷請求標志IE0／IE1也是在響應(yīng)中斷后由硬件自動清除的。（4）如果外部中斷是以電平觸發(fā)方式申請中斷，當本次中斷請求已被響應(yīng)后若INT0管腳的低電平?jīng)]有及時撤除，則有可能再次引起中斷。第25頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷請求的撤除為了解決這個問題．可以采用下圖所示方法，并在中斷服務(wù)程序中增加如下兩條指令：ANLP1，＃0FEH；P1.0=0ORLP1，＃01H;P1.0=1如果外部中斷工作在脈沖下降沿觸發(fā)方式下，則IE0／IE1被清零后就可以了，不存在信號撤除問題。第26頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日第27頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷程序舉例中斷系統(tǒng)初始化：(IE,IP,TCON,SP)（1）開中斷和允許中斷源中斷 SETBEA SETBEX0(EX1,ET0,ET1,ES)（2）確定各中斷源的優(yōu)先級SETBPX0(PX1,PT0,PT1,PS)CLRPX0(PX1,PT0,PT1,PS)第28頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷系統(tǒng)初始化（3）對外部中斷，則應(yīng)規(guī)定是電平觸發(fā)或邊沿觸發(fā)。

SETBIT0(IT1) CLRIT0(IT1)第29頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日中斷程序舉例例：規(guī)定外部中斷0為電平觸發(fā)方式，高優(yōu)先級，寫出初始化程序。SETBEASETBEX0SETBPX0CLRIT0第30頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日5.4定時／計數(shù)器第31頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日定時／計數(shù)器T0、T116位計數(shù)器，既可用于定時也可用于計數(shù)都是加1計數(shù)器。其工作方式的設(shè)定是通過一些控制寄存器實現(xiàn)的。計數(shù)時對T0或T1引腳輸入的脈沖個數(shù)進行計數(shù);定時時對內(nèi)部脈沖計數(shù)第32頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日與定時/計數(shù)器有關(guān)的SFR16位加1計數(shù)器T0、T1（TH0，TL0和TH1，TL1）定時器控制寄存器TCON工作方式寄存器TMOD第33頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日計數(shù)器T0（TH0，TL0）-----字節(jié)地址8CH，8AHT1（TH1，TL1）-----字節(jié)地址8DH，8BH基本功能：（1）計數(shù)（2）溢出后自動置位中斷標志位（3）對計數(shù)器T0和T1都可以進行讀寫操作（4）復(fù)位后都為00H第34頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日定時器控制寄存器(TCON)D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TR0／TRl：定時／計數(shù)器運行控制位。若其＝0，則停止定時器／計數(shù)器工作。如果該位為1，則允許啟動定時器／計數(shù)器可以位尋址，復(fù)位后為00H第35頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日工作方式控制寄存器（TMOD）D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC／TM1M0GATEC／TM1M0T0控制位T1控制位

GATE：門控位GATE=0時P3.2（INT0）引腳不參與啟動或停止T0GATE=1時P3.2（INT0）引腳參與啟動或停止T0M1M0；工作方式選擇位。M1M0＝00．方式0，13位定時/計數(shù)器M1M0＝01，方式1，16位定時/計數(shù)器M1M0＝10，方式2，可自動裝入初值的8位定時/計數(shù)器M1M0＝11，方式3，兩個8位定時/計數(shù)器C／T：定時方式／計數(shù)方式選擇控制位。第36頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日定時器／計數(shù)器的工作方式T0與T1除了工作方式3不同外，其余3種工作方式基本相同（1）工作方式0：是13位的計數(shù)器結(jié)構(gòu)，其13位計數(shù)器由TH0和TL0的低5位構(gòu)成T0在工作方式0下的邏輯電路結(jié)構(gòu)如圖所示。第37頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日定時時間為：T＝(213—T0的初值）×機器周期計數(shù)脈沖個數(shù)為S＝213—T0的初值第38頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日(2)工作方式1與工作方式0基本相同，只是其可以實現(xiàn)16位定時／計數(shù)，即在這種方式下使用TH0與TL0的全部16位。定時時間為：T＝(216—T0的初值）×機器周期計數(shù)脈沖個數(shù)為S＝216—T0的初值第39頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日

(3)工作方式2工作方式2具有自動加載初始值的功能，可以解決方式0與方式1的缺點。T0方式2的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖所示。第40頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日定時時間為：T＝(28—T0的初值）×機器周期計數(shù)脈沖個數(shù)為S＝28—T0的初值第41頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日（3）方式3只有T0才有方式3，此時T0被拆成兩個獨立的部分。其中TL0仍然使用T0的各控制位、引腳和中斷溢出標志、而TH0要占用T1的TR1和TF1。此時T1仍可工作在方式0,方式1,方式2但不能使用中斷,設(shè)置好工作參數(shù)后可自行運動,設(shè)置成方式3停止工作。第42頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日T0的方式3第43頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日定時／計數(shù)器應(yīng)用舉例1、初始化（1）確定工作方式，對TMOD賦值。（2）確定計數(shù)初值，并寫入TH0，TL0或TH1，TL1（3）開中斷（4）啟動T0或T1第44頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日2、計數(shù)初值的計算定時方式下初值：

X＝2n－T／TP計數(shù)方式下初值：

X＝2n－N第45頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日例：已知某單片機控制系統(tǒng)的晶振頻率為6MHZ，要求T0產(chǎn)生100ms定時，確定計數(shù)初值及TMOD寄存器的內(nèi)容。T=100msTp=2μsT＝(2n－X)*TPX=3CB0H使用指令：MOVTH0,#3CHMOVTL0,#0B0H第46頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日D7D6D5D4D3D2D1D0GATEC／TM1M0GATEC／TM1M000000001TMOD=01H使用指令：MOVTMOD,#01H或：ANLTMOD,#F0HORLTMOD,#01H第47頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日例：已知某單片機控制系統(tǒng)的晶振頻率為12MHZ現(xiàn)需要在P1.0腳輸出周期為2ms的方波請為該系統(tǒng)設(shè)計相關(guān)程序。解題思路：定時器和中斷結(jié)合主：初始化，啟動定時器及其中斷中：CPLP1.0第48頁，共51頁，2023年，2月20日，星期日（1）計算初值（2）確定工作方式（3）程序設(shè)