单片微机原理P2：80C51外部中断与定时器系统

Posted 2020-08-27 PhiliAI

0. 外部中断

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　　书上的废话当然是很多的了，对于中断我想大家应该早就有一个很直观的认识，就是“设置断点，执行外部外码，然后返回断点”这样的三个过程。中断给系统提供了一个良好的响应模式。当然了，响应中断的时候记得保护现场，这是写汇编的良好习惯。

　　80C51一共是5个中断源，这五个中断源分别是外部中断0，1定时器中断0，1，串口中断。

 

1. 我们现在先来看外部中断：

一般开外部中断分为4个步骤（不用查询的方式的话）：

1. 设置触发方式（IT0/IT1）

2. 开启外部中断（EX0/EX1）

3. 设定优先级（IP寄存器）

4. 开启总中断（EA）

查询方式只是多了一步看IE的值而已

　　代码（汇编代码）

SETB IT1
SETB EX1
SETB PX1 ;设定外部中断1为高级中断
SETB EA

　　（C51代码）

IT1 = 1;
EX1 = 1;
PX1 = 1;
EA = 1;

 　　（如果不用AJMP $那种方式等待中断，通过查询IE0/IE1的状态，我们应该这样写）

LOOP:
        JB IE0, EVENT_OCCUR:
        LJMP LOOP
        EVENT_OCCUR:
        ;这里相当于可以是中断处理程序
        CLR IE0     ;记得清掉IE0的状态
        LJMP LOOP

2. 外部中断相关寄存器位：

　　

IE0/IE1和IT0/IT1在TCON寄存器（88H），而EX0/EX1，EA在IE寄存器（A8H）

　　IT0/IT1是设定外部中断0，1的触发方式的。比如当IT0为0时，是低电平触发，当INT0引脚（P3.2）为低电平时，IE置1，撤销的办法只有将外部输入的低电平变为高电平。当是下降沿触发时（INT0 = 1），则由硬件自动清0。

　　IE0/IE1是中断请求位，当有中断请求的时候，这个位就会被置1，可以通过查询的方式来确定是否有中断的响应（闲的蛋疼的时候可以尝试下，就是简单的论询方式而已，JB判断一下即可）。

　　注意如果设定IT0/IT1为低电平触发的时候一定要注意中断在引脚维持的时间，设置不好将引发玄学。如果引脚低电平维持时间太短，那么中断可能不会被响应，如果太长，有可能让中断处理程序执行完了都还没变回高，使得中断被一直响应。（低电平触发软件/硬件修改IE0/IE1是无效的）

　　（PS：当然这种情况可以引入锁存器来解决，只要锁住INT0的信号为低电平就可以了，比如书上采用了D触发器，把外部中断接入D触发器的时钟断，D触发器的输入口接地，Q端接INT0，然后随便拿一个P口置D触发器异步置位端，这样一旦有中断响应，D触发器的输出为0，然后中断处理程序给对应的异步置位端1的信号，这样就可以保证在整个中断处理程序之内INT0的引脚都是1（撤销IE），中断处理程序结束后再把异步置位端为0，以便接受其他中断）。

　　但是如果IT0/IT1为下降沿触发的时候就不会这样，如果处理器在两个机器周期扫描到INT0引脚的电平先后为高电平和低电平，那么就会设置中断标志位为1，直到中断被响应之前都不会被撤销，一旦中断响应后，硬件将自动将IE0/IE1置0。

　　

　　

　　外部中断优先级的优先位设置也是在IP位中的（Interrupt Priority），在普通的80C51中，只能设定两个中断优先级（当然前面我们已经说了新型的可以达到4个了），中断优先级的自然顺序是规定好了的，是按照外部中断0，定时器中断0，外部中断1，定时器中断1，串口中断的顺序来定的。（在C51里面这些interrupt分别是0-4）在80C51中，中断是可以嵌套的，也就是遵循高级中断可以打断低级中断，同级中断不可以重入这样的规则，在80C51中，中断嵌套最大层数为两层。）

 

　　3. 关于中断响应时间：

　　处理器收到中断请求后，下一个机器周期是否转去执行中断服务子程序，还受到以下影响：

　　① 若当前机器周期不是处理器正在执行的指令的最后一个机器周期，则需要等到指令执行完成。

　　② 若正在执行RETI指令或者是其他读写与中断有关的寄存器IE、IP的指令，则需要在执行完该指令后，再执行一条指令，然后再转入中断服务子程序。

　　③ 中断返回后至少执行一条指令后才能响应新的中断。

　　中断申请到执行第一条中断服务程序的最短时间是3个机器周期（优先权扫描1机器周期，LCALL指令2个机器周期）。若遇到不是执行指令的最后一个机器周期和正在执行RET、RETI或任何访问IE或IP寄存器指令时，则需要最长的等待时间不超过8个机器周期（3个最短周期，和5个最长等待周期。）

 

1. 定时器/计数器中断

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　　定时器和计数器中断也是掌握怎么开的步骤就可以了，中断处理程序打的写法除了地址不一样其他没什么不一样。

 

　　开定时器和计数器要有6个步骤：

1. 设定TMOD（确定计数还是计时，确定什么方式）

2. 设定定时or计数时间

3. 打开ET0/ET1

4. 打开TR0/TR1

5. 设定优先级（IP寄存器）

6. 开启总中断（EA）

 

　　定时器/计数器中断在但单片机上的中断的引脚是P3.4（T0），P3.5（T1），当选定内部时钟时，对应的机器周期脉冲为f0sc/12（即对应晶振的12分频）。

　　当定时器/计数器作为计数器时，其最大频率是晶振的24分频（Fosc / 24）。（因为采集一个下降沿需要两个机器周期）。

　　当定时器/计数器作为定时器时，其最大频率是晶振的12分频（Fosc / 12）。周期T = 12*(1/f)

 

　　1. 定时器/计数器相关寄存器：

　　

　　

　　

　　

　　

　　TH0/TL0，TH1/TL1这四个寄存器都是不能位寻址的，代表的是定时器/计数器0，定时器/计数器1的当前值，当我们开启定时器/计数器时前要设定他们的初值。

　　TCON这个寄存器是上面提过的，现在我们来看属于定时器/计数器的那一部分，TR1/TR0是开启定时器/计数器的标志位，TF1/TF0是标识计数器/定时器满的标志位（当TH0/TL0的内容达到2^x - 1的时候（x代表的x位的计数器/定时器）），这个时候TF1/TF0就置1（和外部中断一样，我们也可以用查询这个位的状态方式来代替中断处理程序的方式）。

　　IE位的ET1和ET0是允许定时/计数器标志位，不要和TR0/TR1搞混了。

　　TMOD是一个不能位寻址的寄存器，只能整体操作。TMOD分为两个部分，其中高四位是对应设置T1，低四位对应设置的是T0。

　　GATE位是计数器门控制位：当GATE = 0时，只要启动TR0/TR1定时器就开始工作。当GATE = 1时，还需要一个外加条件即INT1/INT0为0时才会启动计数。

　　C/T位：当C/T = 0，为定时器，当C/T = 1，为计数器。

 

　　M1M0位：设定定时器/计数器打的工作方式（一共四种）

 

　　设定了工作方式后需要做的就是根据工作方式来设定T0/T1的初值了，只要记住这个公式就可以了：

　　其中X的值取决于这是多少位的计数器or定时器，比如如果设定工作方式0，那么x应该为13

　　说下几个比较值得注意的坑：

 

1. 对于方式0，设定其初值的时候一定要记得其13位数的安排是TH0/TH1 8位，TL0/TL1 5位（而不是反过来）。

比如，80C51的工作时钟为6MHZ，定时时间为800us，使用定时器0工作方式0，如何设定初值

　　所以TH0的值是0F3H，TL0的值是10H（而不是TH0 = 1EH，TL0 = 70H）

 

　　2. 除了方式2可以自动重装外（如果采用了定时器2的工作方式，对应定时器/计数器TH和TL一定要设定一样），其他方式当中断响应以后一定要给对应定时器/计数器TH和TL设定新的值，不然不会响应下一次中断。

 

3. 方式3是一个比较特殊的定时方式，要注意只有T0才能设定为方式3，T1设定为方式3的时候会停止计数。

 　　

　　我们可以看到如果设定为方式3的时候相当于把TH0和TL0拆成两个单独的8位计数器，其中TL0占用TR0和TF0，TH0占用TR1和TR0，TL0作为一个单独的8位计数器/定时器和其他定时器/计数器没有区别（只是是8位而已）。但是TH0不一样，由于它没有C/T位和GATE位控制，所以它只能作为一个定时器。

　　在T0工作在方式3的时候，T1可以工作在方式0，1，2（由于TR1和TF1被TH0占用，所以想要停止T1工作只能把它的工作方式设定为工作方式3，同时也不能查询TF1的状态来看触发次数，只能直接查看TH1和TL1来看）。一般当我们设置T0为方式3时，T1会设置为方式2（自动填装），以方便串口的发送。

 

　　那怎么打开T？比如我现在要打开定时器/计数器0，以工作方式1工作，定时为10ms（计算可知T0初值为0EC78H）

　　（汇编代码）

MOV TMOD, #00000001B
MOV TH0, #0ECH
MOV TL0, #78H
SETB ET0
SETB TR0
SETB EA

（C51）

TMOD = 0x01;
TH0 = 0xEC;
TL0 = 0x78;
ET0 = 1;
TR0 = 1;
EA = 1;

 

2. 一些例子

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　　1. 编程实现INT1为高级中断，下降沿触发，T0设为低优先级中断，串行口设定为高优先级中断，其他中断禁止

　　（汇编）

    ORG 0000H
    LJMP MAIN
    ORG 0100H
MAIN:
    MOV IP, #014H    ; PS:PT1:PX1:PT0:PX0 = 10100（INT1高级中断，串口高级中断）
    SETB IT1            ;外部中断下降沿触发
    SETB EX1            ;允许外部中断1
    SETB ET1            ;允许定时器中断1
    SETB ES            ;打开串口中断
    SETB EA
END                ;写汇编程序千万不要忘记写END

（C51）

int main()
{
　　IP = 0x14;
　　IT1 = 1;
　　EX1 = 1;
　　ET1 = 1;
　　ES = 1;
　　EA = 1;

　　return 0; 
}

 

 

2. 80C51单片机晶振频率为6MHZ，要求定时为10ms，定时器0工作在方式0，1，2时，定时器初值应该设置为多少？要求用16进制表示：

解：

　　方式0：2^13 - (6*10^6 * 10 *10^-3 )/12 = 3192 -> TH0（063H） TL0（018H）（注意TH0放高8位，TL0放低5位）。

　　方式1：2^16 - (6*10^6 * 10 *10^-3 )/12 = 60536 -> TH0（0ECH） TL0（078H）

　　方式2：2^8 - (6*10^6 * 10 *10^-3 )/12 < 0 （溢出不能设置）

 

3. 用定时器/计数器T0产生时钟，使连接P1口的8盏灯循环点亮（1s一次），用中断方式编写

（这一题定时为1s太长了，需要我们拓展，我们可以定时个10ms然后定100次就可以了，用循环队列的思想即可完成任务）

    ORG 0000H
    LJMP MAIN
    ORG 000BH
    LJMP EVENT_OCCUR
    ORG 0100H
MAIN:
    MOV R0, #00H    ;设定队列初值0

    MOV P1, #01H
    MOV TMOD, #00000001B
    MOV TH0, #0ECH
    MOV TL0, #78H
    SETB ET0
    SETB TR0
    SETB EA
    AJMP $
EVENT_OCCUR:
    CLR EA
    PUSH ACC     ;保护现场，虽然在这一题没必要
    INC R0
    CJNE R0, #100, NEXT_EVENT
    RL A
    MOV P1, A
    MOV R0, #00H

    NEXT_EVENT:
        MOV TH0, #0ECH    ;一定要记得重设初值
        MOV TL0, #78H

    POP ACC        ;恢复现场
    RETI
END

 　　

　　4. 测手速：统计两秒内按下按钮的次数，显示在数码管上，并且2S后让数码管清0

　　（汇编代码）

_CODE_SEGMENT:
    ORG 0000H
    LJMP START
    ORG 000BH
    LJMP BUTTON_HASED_PUSHED
    ORG 001BH
    LJMP EVENTLOOP_OCCUR
    ORG 0100H
START:
    ;crystal oscillator frequency is 12MHZ
    
    ;Register 0 is uesd to log the number pushing actions 
    MOV R0,#00H
    
    ;register 1 is uesd to log the microsecond event times
    MOV R1,#00H
    
    MOV TH0,#0FFH
    MOV TL0,#0FFH
    
    MOV TH1,#0D8H
    MOV TL1,#0F0H
    
    MOV TMOD,#00010101B
    
    ;we must make time interrupt 1 is the advance interrupt
    MOV IP,#02H

    SETB ET0
    SETB TR0
    
    SETB ET1
    SETB TR1
    
    SETB EA
    LCALL DISPLAY_DIGITAL_NUM
    
    AJMP $
BUTTON_HASED_PUSHED:
    INC R0
    UPDATE_DIGITL_NUM:
    LCALL DISPLAY_DIGITAL_NUM
    
    MOV TH0,#0FFH
    MOV TL0,#0FFH
    
    RETI
EVENTLOOP_OCCUR:
    PUSH ACC
    
    INC R1
    CJNE R1,#200,NEXT_EVENT
    
    MOV R0,#00H
    LCALL DISPLAY_DIGITAL_NUM
    MOV R1,#00H
    
    NEXT_EVENT:
    MOV TH1,#0D8H
    MOV TL1,#0F0H
    
    POP ACC
    RETI
DISPLAY_DIGITAL_NUM:
    CLR EA 
    PUSH ACC
    
    MOV A, R0
    MOV DPTR, #DIGITAL_NUM
    MOVC A, @A + DPTR
    MOV P2, A
    
    POP ACC
    SETB EA 
    RET
_DATA_SEGMENT:
DIGITAL_NUM:
    DB 0C0H, 0F9H, 0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,00H,90H 
    DB 88H, 83H, 0C6H, 0A1H, 86H, 8EH
END

 

（C51代码）

#include<reg51.h>
#define FinalOuccr 200

unsigned char const digitalNumsSet[] 
                    = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0,
                       0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,
                       0x00, 0x90, 0x88, 0x83, 
                       0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E};
                       
enum StarterTime{ TH0_Start = 0xFF,
                  TL0_Start = 0xFF,
                  TH1_Start = 0xD8,
                  TL1_Start = 0xF0};
                  
//-----------------------------------------------------
void updateDigitalNumber(unsigned char const digitalNum);

static int eventOccurTimes = 0, BtnPushedTimes = 0;

void ButtonPushed()interrupt 1 using 0//中断1（定时器0中断），使用寄存器组0
{
    BtnPushedTimes++;
    updateDigitalNumber(digitalNumsSet[BtnPushedTimes]);
    
    TH0 = TH0_Start;
    TL0 = TL0_Start;
}

void EventOccur()interrupt 3 using 1//中断3（定时器1中断），使用寄存器组1
{
    eventOccurTimes++;
    if(eventOccurTimes == FinalOuccr)
    {
        BtnPushedTimes = 0;
        updateDigitalNumber(digitalNumsSet[BtnPushedTimes]);
        eventOccurTimes = 0;
    }
    TH1 = TH1_Start;
    TL1 = TL1_Start;
}

int main()
{
    TH0 = TH0_Start;
    TL0 = TL0_Start;
    
    TH1 = TH1_Start;
    TL1 = TL1_Start;
    
    TMOD = 0x15;
    TCON = 0x50;
    IP = 0X02;
    ET0 = 1;
    ET1 = 1;
    EA = 1;
    
    while(1);
    
    return 0;
}

void updateDigitalNumber(unsigned char const digitalNum)
{
    P2 = digitalNum;
}

 

　　仿真以及代码下载：http://pan.baidu.com/s/1gfsTeoF