第5章-MCS-51定時(shí)器與中斷系統(tǒng)

第9章MCS-51的定時(shí)與中斷系統(tǒng)吳政江制作

貴州電子信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院貴州省人才培養(yǎng)優(yōu)秀單位5.1MCS-51的中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用5.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)訓(xùn)六：可調(diào)時(shí)間數(shù)字鐘設(shè)計(jì)與制作小結(jié)習(xí)題與思考題

中斷概述（1）生活中的中斷中斷，顧名思義就是中途打斷的意思。在我們?nèi)祟惖纳钪杏泻芏嘀袛嗟睦印＠?，你正在吃飯時(shí)電話鈴?fù)蝗豁懥恕＿@時(shí)，你得暫時(shí)放下吃了一半的飯，去接電話，等電話接完后再繼續(xù)吃剛才剩下的飯。這就是一個(gè)中斷事件，即吃飯被電話中途打斷了。在這個(gè)過程中，來電話是中斷事件；電話鈴聲是中斷信號(hào)；電話是引起你停止吃飯的原因，稱為中斷源；去接電話前應(yīng)將你吃的飯和餐具保存好以備接完電話后能繼續(xù)吃，稱為保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；接完電話后應(yīng)將保存好的飯和餐具恢復(fù)原樣以備繼續(xù)吃，稱為恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。再如，你正在教室做作業(yè)，這時(shí)有同學(xué)叫你陪他上街，在上街的過程中手機(jī)突然響了，于是你先接手機(jī)再繼續(xù)上街。在這個(gè)過程中，上街這一中斷事件又被手機(jī)所中斷，這稱為中斷的嵌套。5.1MCS-51的中斷系統(tǒng)及其應(yīng)用（2）計(jì)算機(jī)的中斷計(jì)算機(jī)中通常只有一個(gè)CPU，面臨著運(yùn)行程序、處理數(shù)據(jù)I/O、處理特殊事件等多種任務(wù)。但任一時(shí)刻CPU只能處理一項(xiàng)任務(wù)，而且一般CPU的工作速度很快（μs級(jí)），而外設(shè)（如打印機(jī)等）的工作速度較慢。這就出現(xiàn)了高速的CPU與低速的外設(shè)之間的矛盾。怎么辦呢？有兩種工作方式：一種是串行工作，即CPU傳送一批數(shù)據(jù)給打印機(jī)后就等待，等到打印機(jī)打完后再傳送下一批數(shù)據(jù)。顯然這種工作方式CPU的利用率低，工作速度慢。另一種是并行工作，即CPU傳送一批數(shù)據(jù)給打印機(jī)后并不是等待而是去干其它事情，待打印機(jī)將數(shù)據(jù)打印完后再通知CPU傳送下一批數(shù)據(jù)。顯然這種工作方式CPU的利用率高，工作速度快。后一種方式就是采用暫時(shí)停下一個(gè)任務(wù)去處理另一個(gè)任務(wù)的中斷方法。因此，中斷技術(shù)實(shí)際上是單一CPU處理多任務(wù)的一種技術(shù)手段，實(shí)質(zhì)上是一種資源共享技術(shù)。計(jì)算機(jī)中斷的有關(guān)概念如下。

1)中斷。2)主程序。3)中斷服務(wù)程序。4)斷點(diǎn)地址。5)中斷入口地址。6)中斷系統(tǒng)。7)中斷源。8)中斷請(qǐng)求信號(hào)。9)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)。10)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)。11)中斷優(yōu)先級(jí)。12)中斷的嵌套。中斷服務(wù)程序返回主程序響應(yīng)中斷請(qǐng)求任意指令斷點(diǎn)主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷量中矢返回指令任意指令斷點(diǎn)中斷矢量響應(yīng)高級(jí)中斷高級(jí)中斷服務(wù)程序返回主程序響應(yīng)中斷請(qǐng)求任意指令斷點(diǎn)主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷量中矢返回指令低級(jí)中斷服務(wù)程序返回指令返回低級(jí)中斷（a）中斷處理大致流程圖（b）二級(jí)中斷嵌套示意圖圖5-1中斷及其二級(jí)嵌套示意圖

MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖5-2MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

（1）中斷源和中斷系統(tǒng)構(gòu)成①中斷源MCS-51單片機(jī)具有五個(gè)中斷源，分為內(nèi)部中斷源和外部中斷源等兩種類型。外部中斷源有兩個(gè)（即和）。內(nèi)部中斷源有三個(gè)，兩個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器(T0和T1)中斷源和一個(gè)串行口中斷源。對(duì)52子系列單片機(jī)還增加了一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2中斷源，即共有六個(gè)中斷源。②中斷系統(tǒng)構(gòu)成由圖5-2中可看出，MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)主要由定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCON）、串行口控制寄存器（SCON）、中斷允許控制寄存器（IE）、中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）、硬件查詢電路（對(duì)處在同一優(yōu)先級(jí)的各中斷源請(qǐng)求按自然優(yōu)先級(jí)進(jìn)行排隊(duì)）和相應(yīng)的邏輯電路組成。

（2）中斷標(biāo)志和中斷控制①中斷標(biāo)志中斷標(biāo)志用于表示相應(yīng)的中斷源是否向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，標(biāo)志位為1表示中斷源已發(fā)出中斷請(qǐng)求（即有中斷），標(biāo)志位為0表示中斷源沒有發(fā)出中斷請(qǐng)求（即無中斷）。MCS-51單片機(jī)將中斷標(biāo)志位集中安排在定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCON）和串行口控制寄存器（SCON）中。a．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCON）。TCON寄存器的內(nèi)容及位地址如表5-1所示。表5-1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCON）位序號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位符號(hào)TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0（a）IT1（IT0）：外中斷1（外中斷0）的觸發(fā)方式控制。IT1（IT0）=1，（）選擇邊沿觸發(fā)方式，下降沿有效；IT1（IT0）=0，（）選擇電平觸發(fā)方式，低電平有效。（b）IE1（IE0）：外中斷1（外中斷0）請(qǐng)求源中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)CPU采樣到（或）端出現(xiàn)有效中斷請(qǐng)求時(shí)，IE1（IE0）位由硬件置“1”。當(dāng)CPU中斷響應(yīng)完成轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件將IE1（或IE0）自動(dòng)清0。（c）TF1（TF0）：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1（T0）的溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志。T1（T0）被允許計(jì)數(shù)后，從初值開始加1計(jì)數(shù)，當(dāng)產(chǎn)生溢出時(shí)，置位TF1（TF0），向CPU提出中斷請(qǐng)求，一直保持到CPU響應(yīng)該中斷時(shí)，由硬件自動(dòng)清0。若采用查詢方式，則由指令清除TF1（TF0）。（d）TR1（TR0）：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1（T0）的啟?？刂莆?。TR1（TR0）=1，啟動(dòng)T1（T0）計(jì)數(shù)；TR1（TR0）=0，停止T1（T0）計(jì)數(shù)。b．串行口控制寄存器（SCON）。該寄存器只有TI和RI兩位用來表示串行口中斷標(biāo)志位，其余各位用于串行口其它控制。進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為98H，按位操作時(shí)，各位的地址為98H～9FH。SCON寄存器的內(nèi)容及位地址如表5-2所示。（a）TI：為串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位，位地址為99H。（b）RI：為串行口接收中斷標(biāo)志位，位地址為98H。表5-2串行口控制寄存器（SCON）位序號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H位符號(hào)SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI②中斷控制各中斷源的中斷標(biāo)志被置位后，CPU能否響應(yīng)還要受到控制寄存器的控制，這種控制寄存器在MCS-51單片機(jī)中有兩個(gè)，即中斷允許控制寄存器（IE）和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）。a．中斷允許控制寄存器（IE）。該寄存器用于控制各中斷源中斷的允許或禁止，而且實(shí)行兩級(jí)控制，相當(dāng)于有一個(gè)總開關(guān)、五個(gè)分開關(guān)（對(duì)8032、8052及8752等52子系列單片機(jī)還增加了一個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T2中斷源，即共有六個(gè)分開關(guān)）。進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為0A8H，按位操作時(shí)，各位的地址為0A8H～0AFH。IE寄存器的內(nèi)容及位地址如表5-3所示。表5-3中斷允許控制寄存器（IE）位序號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0位地址0AFH0AEH0ADH0ACH0ABH0AAH0A9H0A8H位符號(hào)EA/ET2ESET1EX1ET0EX0

IE寄存器中各位均是：為0時(shí)，禁止中斷；為1時(shí)允許中斷。系統(tǒng)復(fù)位后，IE寄存器各位均為0，即此時(shí)禁止所有的中斷。各控制位的含義如下。（a）EA：CPU中斷允許總控制位。EA=0時(shí)，中斷總禁止，即禁止所有中斷；EA=1時(shí)，中斷總允許，總允許后各中斷源的禁止或允許由各中斷源的中斷允許控制位進(jìn)行設(shè)置。（b）EX1（EX0）：外部中斷1（或0）中斷允許控制位。EX1（EX0）=0時(shí)，禁止外部中斷1（或0）中斷；EX1（EX0）=1時(shí)，允許外部中斷1（或0）中斷。（c）ET1（ET0）：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（或0）中斷允許控制位。ET1（ET0）=0時(shí)，禁止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（或0）中斷；ET1（ET0）=1時(shí)，允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（或0）中斷。（d）ES：串行口中斷允許控制位。ES=0時(shí)，禁止串行口中斷；ES=1時(shí)，允許串行口中斷。（e）ET2：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2溢出中斷允許位（只有8032、8052及8752等52子系列單片機(jī)才有）。ET2=0時(shí)，禁止定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2中斷；ET2=1時(shí)，允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2中斷。b．中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）。MCS-51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)控制比較簡(jiǎn)單，因?yàn)橄到y(tǒng)只定義了高、低2個(gè)優(yōu)先級(jí)。高優(yōu)先級(jí)用“1”表示，低優(yōu)先級(jí)用“0”表示。各中斷源的優(yōu)先級(jí)由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）進(jìn)行設(shè)置。復(fù)位后，IP寄存器的各位均為0，即此時(shí)全部中斷優(yōu)先級(jí)為低級(jí)。進(jìn)行字節(jié)操作時(shí)，寄存器地址為0B8H，按位操作時(shí)，各位的地址為0B8H～0BFH。IP寄存器的內(nèi)容及位地址如表5-4所示。表5-4中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器（IP）位序號(hào)D7D6D5D4D3D2D1D0位地址0BFH0BEH0BDH0BCH0BBH0BAH0B9H0B8H位符號(hào)//PT2PSPT1PX1PT0PX0（a）PX1（PX0）：外部中斷1（或0）優(yōu)先級(jí)控制位。PX1（PX0）=0時(shí)，外部中斷1（或0）為低優(yōu)先級(jí)；PX1（PX0）=1時(shí)，外部中斷1（或0）為高優(yōu)先級(jí)。（b）PT1（PT0）：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（或0）溢出中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT1（PT0）=0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（或0）為低優(yōu)先級(jí)；PT1（PT0）=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1（或0）為高優(yōu)先級(jí)。（c）PS：串行口中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PS=0時(shí)，串行口為低優(yōu)先級(jí)；PS=1時(shí)，串行口為高優(yōu)先級(jí)。（d）PT2：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2溢出中斷優(yōu)先級(jí)控制位（只有8032、8052及8752等52子系列單片機(jī)才有）。PT2=0時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2為低優(yōu)先級(jí)；PT2=1時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2為高優(yōu)先級(jí)?？刂圃瓌t：①低優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求不能打斷高優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)；但高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求可以打斷低優(yōu)先級(jí)的中斷服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。②如果一個(gè)中斷請(qǐng)求已被響應(yīng)，則同級(jí)的其它中斷服務(wù)將被禁止，即同級(jí)不能嵌套。③如果同級(jí)的多個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)出現(xiàn)，則CPU通過內(nèi)部硬件查詢電路按自然優(yōu)先級(jí)順序確定應(yīng)該響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求。其自然優(yōu)先級(jí)由硬件形成，排列如下：→T0→→T1→串行口。

中斷響應(yīng)（1）中斷處理的過程中斷處理的過程為：中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求→對(duì)中斷請(qǐng)求進(jìn)行響應(yīng)→執(zhí)行中斷服務(wù)程序→返回主程序。①中斷采樣a．對(duì)電平觸發(fā)方式的外中斷請(qǐng)求（即IT1/IT0=0）。b．對(duì)邊沿觸發(fā)方式的外中斷請(qǐng)求（即IT1/IT0=1）。②中斷查詢③中斷響應(yīng)a．CPU的中斷響應(yīng)條件（a）有中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)，即相應(yīng)的中斷標(biāo)志位為1。（b）中斷總允許位EA=1，即CPU允許所有中斷源申請(qǐng)中斷。（c）申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為1，即此中斷源可以向CPU申請(qǐng)中斷。b．中斷受阻情況在中斷請(qǐng)求被允許的情況下，若存在以下情況，則CPU不會(huì)立即響應(yīng)中斷，稱為中斷受阻。（a）CPU正在執(zhí)行一個(gè)同級(jí)或高一級(jí)的中斷服務(wù)程序。（b）當(dāng)前的機(jī)器周期不是正在執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，即正在執(zhí)行的指令執(zhí)行結(jié)束前，任何中斷請(qǐng)求都得不到響應(yīng)。（c）正在執(zhí)行的是RET及RETI指令或訪問IE/IP寄存器指令。此時(shí)，在執(zhí)行RET及RETI指令或者讀寫IE/IP寄存器之后，不會(huì)馬上響應(yīng)中斷請(qǐng)求，還需要再取一條指令執(zhí)行后，才有可能響應(yīng)中斷。c．中斷響應(yīng)過程（a）完成當(dāng)前指令的操作。（b）保護(hù)斷點(diǎn)地址，即將當(dāng)前PC內(nèi)容壓入堆棧保護(hù)。（c）屏蔽同級(jí)的中斷請(qǐng)求。（d）將中斷源入口地址（固定的）送入PC寄存器，自動(dòng)轉(zhuǎn)入相應(yīng)中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷源入口地址如表4-5所示。（e）執(zhí)行中斷服務(wù)程序。（f）當(dāng)執(zhí)行到RETI指令時(shí)即結(jié)束中斷，從堆棧中自動(dòng)彈出斷點(diǎn)地址到PC寄存器，返回到先前斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行原程序。表5-6MCS-51/52中斷源中斷源中斷號(hào)n（C語言用）入口地址（匯編語言用）默認(rèn)中斷級(jí)別INT0：外部中斷000003H最高T0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01000BH第2INT1：外部中斷120013H第3T1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器13001BH第4TI/TR：串行口中斷40023H第5T2：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器25002BH最低d．中斷響應(yīng)的時(shí)間：最短時(shí)間為3個(gè)機(jī)器周期④中斷服務(wù)：CPU完成中斷源所要求的操作。⑤中斷返回（2）中斷申請(qǐng)的撤除CPU響應(yīng)中斷請(qǐng)求后，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序執(zhí)行，在其執(zhí)行中斷返回指令（RETI）之前中斷請(qǐng)求信號(hào)必須撤除，否則將可能再次引起中斷而出錯(cuò)。①單片機(jī)內(nèi)部硬件自動(dòng)復(fù)位清除響應(yīng)標(biāo)志。②應(yīng)用軟件清除響應(yīng)標(biāo)志。③既無軟件清除也無硬件撤除：采用硬件配合軟件的方式撤除。如圖5-3所示電路就是用于撤除電平觸發(fā)方式的外部中斷請(qǐng)求方案之一。外部中斷請(qǐng)求信號(hào)不直接加在或上，而是加在D觸發(fā)器的CLK端。由于D端地，當(dāng)外部中斷請(qǐng)求的正脈沖出現(xiàn)在CLK端時(shí)，或?yàn)榈?，發(fā)出中斷請(qǐng)求。用P1.0接在D觸發(fā)器的異步置位端上作為應(yīng)答線，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后可使用如下三條指令來撤除中斷。ANLP1，#0FEH或CLRP1.0ORLP1，#01HSETBP1.0CLRIE0CLRIE0在C51中相應(yīng)的語句為：P1&&=0xfe；P1||=0x01；IE0=0；圖5-3外部中斷請(qǐng)求的撤除CLKQDSP1.0INT08051外部請(qǐng)求

C51的中斷服務(wù)函數(shù)與寄存器組選擇

（1）中斷服務(wù)函數(shù)的定義與工作寄存器組的選擇定義中斷服務(wù)函數(shù)的一般格式為：void函數(shù)名()

interrupt中斷號(hào)nusing工作寄存器組號(hào)r①中斷函數(shù)不能返回任何值，所以最前面用void。

②void后面緊跟函數(shù)名，名字可隨便起，但不要與關(guān)鍵字相同。

③中斷函數(shù)不帶任何參數(shù)，所以函數(shù)名后面的小括號(hào)為空，也可寫上void。

④關(guān)鍵字interrupt：是函數(shù)定義時(shí)的一個(gè)選項(xiàng)，加上這個(gè)選項(xiàng)即可將一個(gè)函數(shù)定義成中斷服務(wù)函數(shù)，其后必須跟中斷號(hào)n。中斷號(hào)n是指MCS-51/52單片機(jī)中幾個(gè)中斷源的序號(hào)，這個(gè)序號(hào)是C51編譯器識(shí)別不同中斷源的唯一符號(hào)，因此在寫中斷服務(wù)程序時(shí)務(wù)必要寫正確。

⑤關(guān)鍵字using：using用來選擇不同的工作寄存組，后跟工作寄存器組號(hào)r（r=0～3）。如果不用該選項(xiàng)，則由C51編譯器自動(dòng)選擇一個(gè)工作寄存器組作為絕對(duì)寄存器組訪問。因此，“using工作寄存器組號(hào)r”通常不寫。（2）外部中斷（或）初始化及中斷函數(shù)格式①外部中斷0初始化函數(shù)及中斷函數(shù)voidchushihua（void）//初始化函數(shù){EA=1；//CPU允許中斷IT0=1；//邊沿觸發(fā)方式，下降沿有效EX0=1；//允許中斷}voidmain（void）//主函數(shù){chushihua（）；//調(diào)初始化函數(shù)//其他程序}voidint0（void）intereupt0//外部中斷中斷服務(wù)函數(shù){//中斷處理程序}②外部中斷1初始化函數(shù)及中斷函數(shù)voidchushihua（void）//初始化函數(shù){EA=1；//CPU允許中斷IT1=1；//邊沿觸發(fā)方式，下降沿有效EX1=1；//允許中斷}voidmain（void）//主函數(shù){chushihua（）；//調(diào)初始化函數(shù)//其他程序}voidint1（void）intereupt2//外部中斷中斷服務(wù)函數(shù){//中斷處理程序}【例5.1】設(shè)AT89C51單片機(jī)的時(shí)鐘頻率為11.0592MHz，利用定時(shí)器T0中斷使其接在P1.0引腳上的發(fā)光二極管以1s為間隔亮滅閃爍。解：要使接在AT89C51單片機(jī)的在P1.0引腳上的發(fā)光二極管以1s為間隔亮滅閃爍，只要編程控制AT89C51單片機(jī)的P1.0引腳每隔1s取反一次即可。這里1s時(shí)間可先由定時(shí)器T0方式1定時(shí)50ms再重復(fù)20次得到。參考程序如下：#include<reg51.h>//51系列單片機(jī)的頭文件#defineucharunsignedchar//宏定義#defineuintunsignedintsbitled1=P1^0；//聲明P1口的第0位ucharnum；voidmain(){TMOD=0x01；//設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1（M1M0為01）TH0=(65536-45872)/256；//裝初值（11.0592MHz晶振定時(shí)50ms初值為45872）TL0=(65536-45872)%256；EA=1；//開總中斷ET0=1；//開定時(shí)器0中斷TR0=1；//啟動(dòng)定時(shí)器0while(1)；//程序停止在這里等待中斷發(fā)生}voidT0-time()interrupt1{TH0=(65536-45872)/256；//重裝初值TL0=(65536-45872)%256；num++；//每中斷一次num自加1并判斷是否加到20次if(num==20)//如果到了20次，說明1秒時(shí)間到了{(lán)num=0；//然后把num清0重新再記20次led1=~led1；//讓發(fā)光管狀態(tài)取反}}（3）中斷服務(wù)函數(shù)的編寫規(guī)則①中斷服務(wù)函數(shù)不能進(jìn)行參數(shù)傳遞，如果中斷服務(wù)函數(shù)中包含任何參數(shù)聲明都將導(dǎo)致編譯出錯(cuò)。②中斷服務(wù)函數(shù)沒有返回值，如果企圖定義一個(gè)返回值將得不到正確的結(jié)果。因此在定義中斷服務(wù)函數(shù)時(shí)必須將其定義成void類型，以明確說明沒有返回值。③在任何情況下都不能直接調(diào)用中斷服務(wù)函數(shù)，否則會(huì)產(chǎn)生編譯錯(cuò)誤。④如果在中斷服務(wù)函數(shù)中調(diào)用了其它函數(shù)，則被調(diào)用函數(shù)所使用的工作寄存器組必須與中斷服務(wù)函數(shù)相同。⑤在中斷服務(wù)函數(shù)中一般不要寫過多的處理語句。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理（1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)5.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TCON(88H)TMOD(89H)定時(shí)器0（T0）定時(shí)器1（T1）CPU中斷工作方式總線(8AH)(8BH)(8CH)(8DH)T0(P3.4)T1(P3.5)TL1TH1TH0TL0工作方式啟動(dòng)溢出溢出啟動(dòng)圖5-4AT89C51定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的邏輯結(jié)構(gòu)圖（2）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作原理①當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為定時(shí)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)，每過一個(gè)機(jī)器周期，計(jì)數(shù)器增1，直至計(jì)滿溢出。②當(dāng)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式時(shí)，計(jì)數(shù)器對(duì)來自輸入引腳T0(P3.4)和T1(P3.5)的外部信號(hào)計(jì)數(shù)，外部脈沖的下降沿將觸發(fā)計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)器對(duì)外部輸入信號(hào)的要求是：頻率低于振蕩頻率的1/24，高電平與低電平的持續(xù)時(shí)間在一個(gè)機(jī)器周期以上。③當(dāng)設(shè)置了定時(shí)器的工作方式并啟動(dòng)定時(shí)器工作后，定時(shí)器就按被設(shè)定的工作方式獨(dú)立工作，不再占用CPU的操作時(shí)間，只有在計(jì)數(shù)器計(jì)滿溢出時(shí)才中斷CPU當(dāng)前的操作。

TMOD（89H）表5-7TMOD的位格式D7D6D5D4D3D2D1D0GATEM1M0GATEM1M0定時(shí)器T1定時(shí)器T05.2.2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制（1）控制寄存器①工作方式控制寄存器（TMOD）用于設(shè)定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作方式，其中低4位用于設(shè)定T0，高4位用于設(shè)定T1。TMOD的位格式見表5-7。GATE：選通控制位（也叫門控位），用于控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)方式。GATE=0，只要用軟件對(duì)TR置1就可啟動(dòng)定時(shí)器；GATE=1，只有（）引腳為高電平，且由軟件使TR置1時(shí)，才能啟動(dòng)定時(shí)器工作。：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器方式選擇位。=0，設(shè)置為定時(shí)工作方式，對(duì)機(jī)器周期進(jìn)行計(jì)數(shù)；=1，設(shè)置為計(jì)數(shù)工作方式，對(duì)外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。M1、M0：工作方式控制位，可構(gòu)成表5-8所示的四種工作方式。表5-8工作方式選擇M1M0工作方式說明00013位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器01116位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器102自動(dòng)裝入初值的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器113T0：分成兩個(gè)8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1：停止計(jì)數(shù)②定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器（TCON）TCON已在上一節(jié)中斷系統(tǒng)中作過介紹，此處不再贅述。其低4位與外部中斷有關(guān)，高4位與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有關(guān)?？傊?，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1是在TMOD和TCON的聯(lián)合控制下進(jìn)行定時(shí)或計(jì)數(shù)工作的。（2）工作方式(方式0～方式3)AT89C51單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器通過可設(shè)置成定時(shí)或計(jì)數(shù)兩種工作模式。在每種模式下通過對(duì)M1、M1的設(shè)置又有四種不同的工作方式共有四種工作方式(方式0～方式3)。①工作方式0當(dāng)TMOD中的MlM0＝00H時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式0。以T0為例，其等效邏輯結(jié)構(gòu)如圖5-5所示。其邏輯控制功能如下：

a．當(dāng)=0時(shí)，T0選擇為定時(shí)器模式，對(duì)CPU內(nèi)部機(jī)器周期加1計(jì)數(shù)，其定時(shí)時(shí)間為：T=(213-T0初值)×機(jī)器周期。b．當(dāng)=1時(shí)，T0選擇為計(jì)數(shù)器模式，對(duì)T0(P3.4)腳輸入的外部電平信號(hào)由“1”到“0”的負(fù)跳變進(jìn)行加1計(jì)數(shù)。c．當(dāng)GATE=0時(shí)，或門的另一輸入信號(hào)將不起作用，僅用TR0來控制T0的啟動(dòng)與停止。d．當(dāng)GATE=1時(shí)，和TR0同時(shí)控制T0的啟/停。只有當(dāng)兩者都為“1”時(shí)，定時(shí)器T0才能啟動(dòng)計(jì)數(shù)?！?2TL0(低5位)TH0(8位)TF0&≥11P3.4/T0TR0GATE0INT/2.3P0TC/=1TC/=晶振圖5-5定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0在工作方式0下的邏輯結(jié)構(gòu)圖②工作方式1當(dāng)MlM0＝01H時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式1，是16位的加1計(jì)數(shù)器，最大計(jì)數(shù)值為216=65536。這16位由高8位TH0（或TH1）和低8位TL0（或TL1）組成。當(dāng)TL0（或TL1）計(jì)數(shù)滿時(shí)向TH0（或TH1）進(jìn)位。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器在方式1下的工作情況與在方式0下時(shí)基本相同，差別只是計(jì)數(shù)器的位數(shù)不同。③工作方式2當(dāng)M1M0＝10H時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器工作于方式2，此時(shí)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器被設(shè)置成一個(gè)8位計(jì)數(shù)器TL0(或TL1)和一個(gè)具有計(jì)數(shù)初值重裝功能的8位寄存器TH0(或TH1)，最大計(jì)數(shù)值為28=256。以T0為例，其等效邏輯結(jié)構(gòu)如圖5-6所示。由圖5-6可知方式2與方式0、方式1的區(qū)別在于：a．計(jì)數(shù)位數(shù)不同，計(jì)數(shù)范圍比方式0、方式1都小。b．初值自動(dòng)重裝，適用于需要重復(fù)定時(shí)的應(yīng)用場(chǎng)合。GATE晶振÷120TC/＝TL0(8位)TF0&≥11P3.4/T0TR01TC/＝TH0(8位)溢出中斷0/2.3PINT圖5-6定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0在方式2下的邏輯結(jié)構(gòu)圖④工作方式3當(dāng)M1M0=11H時(shí)，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器設(shè)定為工作方式3。在該方式下，T0與T1的功能相差很大。當(dāng)T1設(shè)置為方式3時(shí)，它將保持初始值不變，并停止計(jì)數(shù)，因而T1不能工作在方式3下。當(dāng)將T0設(shè)置為方式3時(shí)，T0被分成兩個(gè)獨(dú)立的8位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器TL0和TH0，最大計(jì)數(shù)值為28=256。其邏輯結(jié)構(gòu)如圖5-7所示。晶振÷12TH0(8位)TF1TL0(8位)TF0&≥11P3.4/T0TR00TC/＝1TC/＝TR1中斷中斷/.0INT23PGATE圖5-7定時(shí)器／計(jì)數(shù)器T0在方式3下的邏輯結(jié)構(gòu)圖5.2.3定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的編程和應(yīng)用（1）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的初始化編程①初始化的內(nèi)容。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器編程初始化的內(nèi)容如下：a．根據(jù)設(shè)計(jì)需要先確定定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的工作模式及工作方式，然后將相應(yīng)的控制字送入TMOD寄存器中。b．計(jì)算出計(jì)數(shù)初始值并寫入TH0、TL0、TH1、TL1中。c．通過對(duì)中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP和中斷允許寄存器IE的設(shè)置，確定計(jì)數(shù)器的中斷優(yōu)先級(jí)和是否開放中斷。d．給定時(shí)器控制寄存器TCON送命令字，控制定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的啟動(dòng)和停止。②定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初值的計(jì)算定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0、T1不論是工作在計(jì)數(shù)器模式還是定時(shí)器模式下，都是加1計(jì)數(shù)器，因而寫入計(jì)數(shù)器的初始值和實(shí)際計(jì)數(shù)值并不相同，兩者的換算關(guān)系如下：設(shè)實(shí)際計(jì)數(shù)值為N，計(jì)數(shù)最大值為M，計(jì)數(shù)初始值為X，則X=M﹣N。其中，計(jì)數(shù)最大值M在不同工作方式下的值不同，具體如下：a．工作方式0：M=213=8192=2000H。b．工作方式1：M=216=65536=10000H。c．工作方式2：M=28=256=100H。d．工作方式3：M=28=256=100H。定時(shí)器模式下對(duì)應(yīng)的定時(shí)時(shí)間為T=N×T機(jī)=（M﹣X）×T機(jī)=（M﹣X）×（12/fosc）則X=M﹣T/T機(jī)=M﹣T/（12/fosc）式中，T機(jī)為單片機(jī)的機(jī)器周期(T機(jī)為晶振時(shí)鐘周期的12倍)。例如，T0選用方式1用于定時(shí)，外接晶振頻率為12MHz，定時(shí)時(shí)間為10ms，計(jì)算過程如下：方式1時(shí)，M=65536，定時(shí)時(shí)間T=10×10-3s，fosc=12MHz=12×106HzX=M﹣T/（12/fosc）=65536-10×10-3/（12/12×106）=65536-10000拆分X的高八位送TH0，低八送TL0：TH0=（65536-10000）/256；TL0=（65536-10000）%256。這里用“TH0=（65536-10000）/256；”對(duì)256求模是因?yàn)槎〞r(shí)器方式1為16位計(jì)數(shù)器，而且分為高8位TH0和低8位TL0，8位中最多可裝載256個(gè)數(shù)，再加1便會(huì)進(jìn)位。若是方式0，由于計(jì)數(shù)時(shí)只用了TL0的低5位，這5位中最多可裝載32個(gè)數(shù)，再加1便會(huì)進(jìn)位，因而應(yīng)對(duì)32求模，而不是256了。（2）C51中定時(shí)器/計(jì)數(shù)器初始函數(shù)及中斷服務(wù)函數(shù)格式①T0方式1：以10ms定時(shí)時(shí)間，12MHz晶振為例voidchushihua（void）//初始化函數(shù){TMOD=0x01；//T0方式1EA=1；//CPU允許中斷ET0=1；TR0=1；//T0允許中斷，啟動(dòng)定時(shí)器T0TH0=（65536-10000）/256；//高八位賦初值TL0=（65536-10000）%256；//低八位賦初值}voidmain（void）//主函數(shù){chushihua（）；//調(diào)初始化函數(shù)//其他程序}voidt0（void）interrupt1//定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù){TH0=（65536-10000）/256；//高八位初值重裝

TL0=（65536-10000）%256；//低八位初值重裝//定時(shí)處理程序}②T1方式1：以10ms定時(shí)時(shí)間，12MHz晶振為例voidchushihua（void）//初始化函數(shù){TMOD=0x10；//T1方式1EA=1；//CPU允許中斷ET1=1；TR1=1；//T1允許中斷，啟動(dòng)定時(shí)器T1TH1=（65536-10000）/256；//高八位賦初值TL1=（65536-10000）%256；//低八位賦初值}voidmain（void）//主函數(shù){chushihua（）；//調(diào)初始化函數(shù)//其他程序}voidt1（void）interrupt3//定時(shí)器T1中斷服務(wù)函數(shù){TH1=（65536-10000）/256；//高八位初值重裝TL1=（65536-10000）%256；//低八位初值重裝//定時(shí)處理程序}③T0方式1、T1方式1同時(shí)使用：以10ms定時(shí)時(shí)間，12MHz晶振為例voidchushihua（void）//初始化函數(shù){TMOD=0x11；//T0方式1、T1方式1EA=1；//CPU允許中斷ET0=1；TR0=1；//T0允許中斷，啟動(dòng)定時(shí)器T0ET1=1；TR1=1；//T1允許中斷，啟動(dòng)定時(shí)器T1TH0=（65536-10000）/256；//T0高八位賦初值TL0=（65536-10000）%256；//T0低八位賦初值TH1=（65536-10000）/256；//T1高八位賦初值TL1=（65536-10000）%256；//T1低八位賦初值}voidmain（void）//主函數(shù){chushihua（）；//調(diào)初始化函數(shù)//其他程序}voidt0（void）interrupt1//定時(shí)器T0中斷服務(wù)函數(shù){TH0=（65536-10000）/256；//高八位初值重裝TL0=（65536-10000）%256；//低八位初值重裝//定時(shí)處理程序}voidt1（void）interrupt3//定時(shí)器T1中斷服務(wù)函數(shù){TH1=（65536-10000）/256；//高八位初值重裝TL1=（65536-10000）%256；//低八位初值重裝//定時(shí)處理程序}（3）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的應(yīng)用舉例【例5.2】由AT89C51單片機(jī)的P1.0引腳輸出周期為1秒的連續(xù)方波，要求用T0定時(shí)，設(shè)單片機(jī)的振蕩頻率fosc=12MHz。解：要使AT89C51單片機(jī)的P1.0引腳輸出周期為1秒的連續(xù)方波，只要編程控制AT89C51單片機(jī)的P1.0引腳每隔500ms取反一次即可。這里500ms可先由定時(shí)器T0方式1定時(shí)50ms再重復(fù)10次得到。定時(shí)器T0方式1定時(shí)50ms初值：X=M﹣T/（12/fosc）=65536-50×10-3/（12/12×106）=65536-15536拆分X的高八位送TH0，低八送TL0：TH0=（65536-15536）/256；TL0=（65536-15536）%256。參考程序如下：#include<reg51.h>//51系列單片機(jī)的頭文件#defineucharunsignedchar//宏定義#defineuintunsignedintsbitled1=P1^0；//聲明P1口的第0位ucharnum；voidmain(){TMOD=0x01；//設(shè)置定時(shí)器0為工作方式1（M1M0為01）TH0=(65536-15536)/256；//裝初值（12MHz晶振定時(shí)50ms初值為15536）TL0=(65536-15536)%256；EA=1；//開總中斷ET0=1；//開定時(shí)器0中斷TR0=1；//啟動(dòng)定時(shí)器0while(1)；//程序停止在這里等待中斷發(fā)生}voidT0-time()interrupt1{TH0=(65536-45872)/256；//重裝初值TL0=(65536-45872)%256；num++；//每中斷一次num自加1并判斷是否加到10次if(num==10)//如果到了10次，說明500ms時(shí)間到了{(lán)num=0；//然后把num清0重新再記10次led1=~led1；//讓發(fā)光管狀態(tài)取反}}1．實(shí)訓(xùn)目的通過本次實(shí)訓(xùn)，（1）初步認(rèn)識(shí)獨(dú)立式按鍵的結(jié)構(gòu)原理；（2）掌握定時(shí)器的結(jié)構(gòu)與原理；（3）掌握C51中中斷服務(wù)函數(shù)的編程方法與技巧；（4）進(jìn)一步熟悉八段數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)掃描顯示方法；（5）進(jìn)一步熟悉調(diào)試C51源程序的方法與技巧。2．知識(shí)要點(diǎn)（1）硬件電路及工作原理本實(shí)訓(xùn)是將數(shù)字鐘和按鍵控制結(jié)合在一起，硬件電路原理如圖5-8所示。（2）參考程序：見教材。實(shí)訓(xùn)六：可調(diào)時(shí)間數(shù)字鐘設(shè)計(jì)與制作圖5-8可調(diào)時(shí)間數(shù)字鐘電路原理圖3．實(shí)訓(xùn)器材（1）DICE-5208K開發(fā)型單片機(jī)綜合實(shí)驗(yàn)儀1套。（2）PC機(jī)1臺(tái)。（3）DICE-3000仿真器1臺(tái)。（4）帶插針的導(dǎo)線若干。4．實(shí)訓(xùn)內(nèi)容及步驟（1）啟動(dòng)ISIS7professional軟件，并用其繪制圖5-8所示電路原理圖。（2）啟動(dòng)KeilC51uvision4軟件。建立工程，輸入上述C51參考源程序并編譯調(diào)試生成二進(jìn)制的目標(biāo)文件。（3）將第（2）步生成的二進(jìn)制目標(biāo)文件加載到第（1）步所繪圖5-8所示電路原理圖的AT89C51單片機(jī)中，然后仿真運(yùn)行觀察數(shù)碼管的顯示情況是否符合要求。（4）按硬件電路焊好電路板，將參考程序?qū)懭階T89C51單片機(jī)中，通電，觀察數(shù)碼管的顯示情況是否符合要求。5．思考題（1）簡(jiǎn)述數(shù)碼管的動(dòng)態(tài)顯示原理及特點(diǎn)。（2）若數(shù)碼管為共陰極結(jié)構(gòu)，應(yīng)怎樣修改源程序？（3）本實(shí)訓(xùn)有哪些注意事項(xiàng)？（4）如何用匯編語言編程實(shí)現(xiàn)該功能？小結(jié)本章主要講述了AT89C51單片機(jī)的中斷和定時(shí)系統(tǒng)。第一，中斷系統(tǒng)。主要內(nèi)容有中斷的有關(guān)概念、中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、中斷處理的過程、中斷申請(qǐng)的撤除以及中斷系統(tǒng)的應(yīng)用等。中斷系統(tǒng)是AT89C51單片機(jī)的重要組成部分，采用中斷可大大提高AT89C51系統(tǒng)的工作效率和處理問題的靈活性。讀者在學(xué)習(xí)完本節(jié)后，要重點(diǎn)掌握中斷的基本原理和基本工作方法，并在以后的模塊中進(jìn)一步學(xué)會(huì)應(yīng)用。第二，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器。AT89C51單片機(jī)有兩個(gè)16位的可編程定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1,可編程實(shí)現(xiàn)定時(shí)控制、延時(shí)、脈沖計(jì)數(shù)、脈寬測(cè)量、頻率測(cè)量、信號(hào)發(fā)生等功能，在串行通信中，還可作為波特率發(fā)生器。定時(shí)器/計(jì)數(shù)器實(shí)質(zhì)是一個(gè)16位的計(jì)數(shù)器，有4種工作方式，其中方式1的定時(shí)/計(jì)數(shù)值范圍最大，最大計(jì)數(shù)值為65536；方式2的定時(shí)/計(jì)數(shù)值最小，但可實(shí)現(xiàn)初值自動(dòng)恢復(fù)。作為定時(shí)時(shí)，計(jì)數(shù)信號(hào)來自片內(nèi)振蕩器的12分頻信號(hào)，即每過一個(gè)機(jī)器周期計(jì)數(shù)器加1，直至溢出。而計(jì)數(shù)方式的外部脈沖從引腳T0或T1加入，外部脈沖觸發(fā)計(jì)數(shù)器，直至溢出。習(xí)題與