项目三定时计数器和中断系统应用.ppt

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1、项目三、定时计数器和中断系统应用,项目三、定时/计数器和中断系统应用- 任务1.秒脉冲发生器,能力目标 1.能正确运用定时/计数器产生秒信号 2.秒脉冲发生器程序的编写 3.学会中断控制系统的应用 4.秒脉冲发生器程序的仿真调试方法 学习内容 1.掌握定时/计数器的组成及功能 2.掌握单片机内部结构资源：TH0、TL0、TH1、TL1、TMOD、TCON 3.掌握中断控制系统的概念及定时功能 4.理解预置数的用法和溢出的概念,一一、任务要求 在项目二的任务2中曾经采用单纯的软件来实现延时或定时很耗费单片机的资源，采用可编程定时/计数器，可以解决上述问题。 用可编程定时/计数器设计一个秒脉冲发生

2、器，通过P1.0端口输出驱动二极管每隔1s亮一次来显示秒脉冲发生器效果。 定时1s用定时器中断来实现。 二、任务分析 首先得用可编程定时/计数器设计一个0.5s脉冲发生器，每隔0.5s将P1.0端口取反， 即可在P1.0端口输出1Hz方波，P1.0硬件接法可参考项目二中任务2的接法。,三、学习知识 （一）定时/计数器的结构 1、定时/计数器的结构 （1）定时/ 计数器的结构 51子系列单片机内有两个十六位加1定时 / 计数器 T0 T1,2、定时/计数器功能 （1）计数功能 对外部输入脉冲计数。 定时/计数器0计数信号由芯片的T0（P3.4）端引入。 定时/计数器1计数信号由芯片的T0（P3.

3、5）端引入。 外部输入脉冲频率不能高于单片机晶体振荡频率的1/24,单片机机器周期变化的频率为单片机晶体振荡频率的1/12，因为单片机在相邻两个机器周期中采样到端口上有负跳变时，才计作输入一个脉冲。,（2）定时功能 对内部机器周期脉冲计数。 定时时间=计数脉冲数机器周期时间 由于机器周期时间取决于单片机晶振,（二）中断概念与定时中断 1、中断定义,单片机主要用于实时控制，当对控制对象进行正常控制时，如果外部突然有特殊情况发 生，这个向CPU发出请求的过程叫中断请求，则CPU必须立即暂停原来正常的控制程序，并转向执行应急处理的服务程序，这个转去处理应急任务的过程叫中断响应，处理应急的过程叫中断服

4、务，处理完毕，再恢复到原来正常控制程序的暂停处继续执行，这个返回过程叫中断返回，这样的过程称为中断系统。,表3-1日常生活中的中断与单片机中断比较,2、 中断服务子程序返回指令 中断响应是单片机响应随机的突发要求，进行相应处理，等应急处理的服务程序完毕， 要进行中断返回，为区别子程序返回，中断服务子程序返回指令用“RETI” 3、 中断源 能够引发CPU中断的事件源称为中断源。MCS-51系列单片机有定时中断（定时/计数器 0和定时/计数器1）、外中断（外中断0和外中断1）和串行中断3类。,4、定时中断 当它们计数到预定的次数或预定的时间时，通过单片机内部硬件电路将定时中断源的中断请求标志置于

5、“1”，向CPU提出中断请求，让CPU及时作出处理。 （三）定时/计数器控制 1、 工作方式控制寄存器TMOD（89H） 特殊功能寄存器TMOD用于控制T0和T1的工作方式，低4位用于控制T0，高4位用于控制T1，,GATE 门控位。 GATE = 0 启动不受 /INT0或 /INT1的控制； GATE = 1 启动受 /INT0 或 /INT1 的控制。 C/T 外部计数器 / 定时器方式选择位 C/T = 0 定时方式； C /T = 1 计数方式。 M1M0 工作模式选择位（编程可决定四种工作方式）。,TMOD工作方式控制位：,2、定时控制寄存器TCON（88H） TCON的作用是控制

6、定时器的启、停，标志定时器的溢出和中断情况，定时器控制字TCON格式,TR0 定时 / 计数器1运行控制位。软件置位。 TR1 定时 / 计数器1运行控制位。（用法与TR0类似）,3、 定时器/计数器的4种工作方式 （1）方式0 计数寄存器TLi 低5位 + THi8位 （T1、T0的等效逻辑结构）,（2）工作方式1,与方式0相似。与方式0的区别：计数位数不同。 计数 寄 存 器：THi（高8位）+ TLi（低8位）,（3）方式2 与方式0、1的区别：1）计数位数不同； 2）初值自动重装。,（4）方式3 T0定时/计数，而T1停止计数，但可作波特率发生器。T0分成两独立定时/计数器TL0和TH

7、0。 TL0使用C/T、GATE、TR0、/INT0、TF0定时/计数， TH0使用TR1、TF1 因此，只能用于定时,（a）TL0作8位定时/计数器,（b）TH0作8位定时器,TR1,4、中断允许控制寄存器IE,表3-3 中断允许控制寄存器IE,（1） EA(IE.7)：总允许控制位，若EA=0，禁止AT89C51所有中断源的中断请求；若EA=1，则总控制被开放，但每个中断源是允许还是被禁止CPU响应，还受控于中断源的各自中断允许控制位的状态。,(2) ET2(IE.5)：定时器T2溢出中断允许控制位，位地址是ADH。 (3) ES(IE.4)：串行口中断允许控制位，位地址是ACH。 (4)

8、 ET1(IE.3)：定时器T1的溢出中断允许控制位，位地址为ABH。 (5）EX1(IE.2)：外部中断 的中断请求允许控制位，位地址是AAH。 (6) ET0(IE.1)：定时器T0的溢出中断允许控制位，位地址是A9H。,(7）EX0(IE.0)：外部中断 的中断请求允许控制位，位地址是A8H。 以上各位置为“1”时，允许中断；清为“0”时，禁止中断。 注意要设定某中断源允许中断时，除将对应的中断源允许控制位置成“1”外，还有将总控制位EA置成为“1”。,5、相关指令,（1）位指令的应用 SETB EA ；开启总中断允许 SETB ET0 ；开启定时器0中断允许 SETB TR0 ；启动定

9、时/计数器0 CLR EA ；禁止总中断允许 CLR ET0 ；禁止定时器0中断允许 CLR TR0 ；禁止定时/计数器0,（2）位控制转移指令 JBC bit，rel； 若（bit）=1时，则转移到标号对应的地址，并且同时bit0。 例如：JBC TF0,NEXT； 若定时器0数据溢出时，即TF0=1时，则转移到标号NEXT对应的地址，并且同时清定时溢出标志TF00，这样下次就可以重新定时/计数。,（3）比较转移指令 CJNE A，#data，rel； （A）data，PC+3+rel跳转到目标地址， （A）=data，PC+3顺序向下执行。 CJNE A，direct，rel； CJNE

10、Rn，#data，rel； CJNE Ri，#data，rel；,CJNE系列指令可产生三分支程序：,（5）判CY转移指令 JC rel ；若（CY）=1，（PC）（PC）+2+rel 若（CY）=0，（PC）（PC）+2顺序 JNC rel ；若（CY）=0，（PC）（PC）+2+rel 若（CY）=1，（PC）（PC）+2顺序 上述操作不影响操作位。,例：编程通过P1.0线连续输出256个宽度为5个机器周期长的方波。 解： MOV R0，#00H；置R0的值为256 LOOP：CLR P1.0 ； P1.0=0 CPL P1.0 ； P1.0=1 NOP NOP DJNZ R0， LOOP

11、 例：用软件实现如图3-8所示P1.0P1.3间的逻辑运算。 解：MOV C，P1.1 ORL C，P1.2 ANL C，P1.0 MOV P1.3，C 图3-8 逻辑运算图,（四）中断入口地址,表3-4 中断入口地址,（五）定时器/计数器的设计步骤 初始化的内容如下： 1、设置TMOD寄存器参数 2、计算计数初值 计算出计数初始值并写入TH0、TL0、TH1、TL1中。 计数器的初始值和实际计数值并不相同，两者的换算关系如下：设实际计数值为C，计数最大值为M，计数初始值为X，则X=M-C。其中计数最大值在不同工作方式下的值不同，具体如下：,（1）工作方式0：M=213=8192。 （2）工作

12、方式1：M=216=65536。 （3）工作方式2：M=28=256。 （4）工作方式3：M=28=256。 计数初值都是X=M-C(十六进制数)。 定时器模式下对应的定时时间为： T=CT机=(M-X)T机 式中，T机为单片机的机器周期(T机为晶振时钟周期的12倍)。 将计数所得的X值转换成相应的16进制数，分别放入相应的TH0、TL0或TH1、TL1中。,3、定时中断选择 给定时器控制寄存器TCON送命令字，控制定时/计数器的启动和停止。 （1）应用定时中断编程时，需要开启相应的定时中断控制位，否则将其设为禁止。 （2）若定时/计数器仅使用一次，则要在服务程序中把工作启动/停止控制位TR清

13、为“0”，关闭定时/计数器，若连续使用时，则不要改变TR位。,（3）当不使用定时中断时，即用查询溢出标志编程， 无论定时/计数仅用一次还是连续使用，每次都要用指令将对应的溢出标志位清“0”。而采用中断编程时，一旦中断响应，由硬件自动将对应的溢出标志撤销。,例：产生周期为1ms的定时方波 选择T1方式0用于定时，在P1.1输出周期为1ms的方波，晶振fosc=6MHZ。根据题意，只要使P1.1每隔500us取反一次即可得到1ms方波，因而T1的定时时间为500us，因定时时间不长，取方式0即可，则M1M0=00；因是定时器方式，所以C/ =0；在此用软件启动T1,所以GATE=0.T0不用，方式

14、字可任意设置，只要不使其进入方式3即可，一般取0，故TMOD=00H。系统复位后TMOD为0，可不对TMOD重新清“0”。,下面计算500us定时T1初始值： 机器周期T=12/fosc=12/6MHZ=2us 设初始值为X，则（213-X）210-6s=50010-6s X=7942=111110000110B=1F06H 因为在作13位计数器同时，TL1的高3位未用，应填写0，TH1占高8位，所以X的实际填写值应为X=11111000000110B=F806H,结果TH1=F8H,TL1=06H。,四、任务实施 1、硬件设计 硬件设计可采用项目一中任务2的硬件原理图。2、软件设计 （1）要

15、二极管产生每一秒亮一次，则P1.0得每0.5s取反一次，所以定时器的定时时间为0.5s。 （2）设定工作方式寄存器TMOD。 表3-5 工作方式寄存器TMOD设置,（3）计算计数初值。 选用晶振为6MHZ，则机器周期T=12/fosc=12/6MHZ=2us,设初始值为X，则定时时间为（216-X）210-6s, 当X=0，在晶振为6MHZ的情况下，采用定时/计数器1工作方式1下 ，最长的定时时间为216210-6s=131ms，而125 ms4=500 ms=0.5s，可选定时0.5s的流程图如图3-9所示，对定时器125 ms中断4次，就是0.5s。（216-X）210-6s=125 ms

16、 ,X=3036=(BDC)16，所以TH1=0BH,TL1=0DCH,图3-9 定时0.5s示意图,图3-10 主程序流程图,图3-11 定时中断服务程序流程图,（5）程序设计,3、软件调试与仿真 用PROTEUS进行仿真调试 当来一个外中断，指示灯发生变化。,五、总结与提高 1、中断优点和功能: 2、程序的结构： 3、定时器/计数器的运用：,项目三、定时/计数器和中断系统应用- 任务2.脉冲计数测量,能力目标 1.正确运用定时/计数器进行计数 2.把握主程序、子程序、中断程序之间的关系，各入口和出口参数的协调 3.硬件资源、软件资源的合理分配 4.脉冲计数测量电路仿真调试 学习内容 1.定

17、时/计数器计数功能的运用 2.单片机脉冲计数测量控制系统的组成 3.相关指令的学习 4.掌握外部中断系统的应用,一、任务要求 由MCS-51单片机组成最小应用系统，对外部脉冲信号进行计数测量，通过8个发光二极管（LED）显示外部脉冲的个数。 二、任务分析 1构建一个单片机的最小系统。 2采用MCS-51单片机外部中断0来实现对外部中断的测量，即每输入一个外部脉冲，引起外部中断一次。 3单片机将测量的脉冲个数由P1端口输出，驱动LED发光二极管显示。,三、学习知识 （一）外部中断 1、信号引入脚 外中断0: （中断请求信号从P3.2端口引入） 外中断1: （中断请求信号从P3.3口引入） 2、信

18、号方式和中断请求标志 （1）信号方式 电平方式低电平有效 脉冲方式负跳变有效 （2）定时器控制寄存器与中断请求标志,IE0和IE1外中断0和1的中断请求标志位 IE0（IE1）=1时，表示有外部中断请求， IE0（IE1）=0时，表示无请求。 IT0和IT1外中断0和1请求信号方式控制位 IT0（IT1）=1时，即后沿负跳变有效 IT0（IT1）=0时，低电平有效 （三）中断优先级 1、中断优先级的概念 当多个中断源同时向CPU发出中断请求时，CPU应按情况的紧急程度，按优先次序来处理，最紧急的中断源请求优先处理，这就是中断优先级控。,2、中断优先级控制寄存器（IP）,（1）PS：串行中断优先

19、级设定位。 （2）PT1和PT0：定时中断1和0优先级设定位。 （3）PX1和PX0：外部中断1和0优先级设定位。 各位置为“1”时，对应中断源设定成高优先级；清为“0”时，对应中断源设定成低优先级。,3、中断优先级控制规则 （1）高优先级中断源的请求可以打断低优先中断源的中断服务，形成中断嵌套，但低优先级中断源请求不能打断高优先级的中断服务。 （2）当一个中断源的请求已被响应，与其同优先级的中断源的请求不能打断它的中断服务。 （3）同级优先级中断源的中断请求被响应的优先次序： 外中断0定时中断0外中断1定时中断1串行中断,4、中断处理过程 （1）中断响应 （2）中断处理 1）完成当前指令的操

20、作。 2）保护断点地址，将PC内容压入堆栈。 3）屏蔽同级的中断请求。 4）将中断源入口地址(固定的)送入PC寄存器， 自动转入相应中断程序入口地址。 5）执行中断服务程序。 6）当执行到RETI指令时即结束中断，从堆栈 中自动弹出断点地址到PC寄存器，返回到先 前断点处继续执行原程序。,（3）中断返回 （4）中断请求的撤消 CPU一旦响应某中断请求后，在该中断程序结束前(RETI)，必须把它的相应的中断标志复位，否则CPU在返回主程序后将再次响应同一中断请求。 硬件复位：一般的中断请求都可以通过硬件清 除，自动撤除，无需采用其他措施。 软件复位:CLR TI ；CLR RI,（5）中断响应时

21、间 中断响应时间是指CPU从查询中断请求标志到转入中断服务程序入口地址所需要的时间 。 四、任务实施 1、硬件设计,2、软件设计,图3-20 主程序流程图 图3-21 中断服务流程图,4、程序设计,5、仿真调试,五、总结与提高 1、有关中断方式: 中断信号的形式是低电平还是沿触发 2、有关中断优先级： 根据轻重缓急来定义好各个中断的优先级,项目三、定时/计数器和中断系统应用- 任务3.转速计数器,能力目标 1能理解单片机的中断原理及其中断过程，掌握外中断的程序设计步骤。 2简单了解霍尔传感器的原理和应用，会使用霍尔传感器进行转速测量电路设计。 3掌握数码管显示的方法。 学习内容 1学习霍尔传感

22、器的简单工作原理，学习用外中断边沿方式实现转速测量的程序设计与仿真； 2伪指令的使用方法。 3. 学习数码管的类型，用数码管显示数据的方法。,一、任务要求 利用AT89C51单片机来制作一个转速计数器。在AT89C51单片机的P3.2管脚通过开关接一个霍尔传感器转速输入信号，用单片机的P1.0P1.7接一个共阳数码管，作为0060计数的个位数显示，用单片机的P2.0P2.7接一个共阳数码管，作为0060计数的十位数显示；当计数到60时，停止计数，按复位键后重复运行。,二、任务分析 1、要了解霍尔传感器输出的信号形式，以方便在仿真时选用合适的信号进行仿真。 2、 由于对转速的测量要具有实时性，所

23、以考虑在P3.2口采用外中断0方式输入，这样在主程序中要考虑总中断EA、外中断0EX0的打开，以及对外中断0的检测是下降沿方式还是低电平方式。 3、 计数值与数码管之间的对应关系可以采用查表的方式来对应。 所谓转速是指单位时间1S内转过的圈数，所以真正的转速计数器必须加1S的时间背景来测定转速的计数值。,三、学习知识 （一）了解霍尔传感器测速的简单原理,（二）数码管的有关知识 1、数码管的种类,a)共阴极； b)共阳极； c)管脚配置,2、数码管的段码,（1）静态显示 （2）动态显示,（三）相关指令学习 1、二十进制调整指令DA A 该指令是对累加器参与BCD码运算所获得的8位结果（在累加器中

24、）进行十进制修正，使得累加器中的内容调整为BCD码。,DA A进行二十进制修正的具体过程如下： 当A的低4位大于9或AC=1，则低4位加6。 当A的高4位大于9或CY=1，则高4位加6。 2、数据交换指令 字节交换： 指令：XCH A，Rn XCH A，direct XCH A，Ri 例：（A）=03H，（40H）=30H XCH A，40H 执行后（A）=30H，（40H）=03H,半字节交换： 指令：XCHD A，Ri 例： （A）=80H，（R1）=32H，（32H）=77H 执行XCHD A，R1后 （A）=87H，（32H）=70H 累加器自身半字节交换：完成累加器A中高4位和低4位

25、的交换。 SWAP A 例：（A）=84H 执行SWAP A （A）=48H,（四）伪指令的学习 伪指令告诉汇编程序如何汇编源程序的指令。 伪指令既不控制机器的操作，也不能被汇编成机器码，故称为伪指令。 1、起始地址伪指令 ORG addr16 用于规定目标程序段或数据块的起始地址，设置在程序开始处。 2、汇编结束伪指令END 告诉汇编程序，对源程序的汇编到此结束，一个程序出现一次，在末尾。,3、赋值伪指令 EQU 告诉汇编程序，将汇编语句操作数的值赋予本语句的标号。 格式：标号名称 EQU 数值或汇编符号 例：COUNT EQU 34H ADDE EQU 18H MOV A，#COUNT；#

26、34HA ADD A，ADDE ；（A）+（18H）（A） 这里，COUNT被赋值为34H，ADDE被赋值为18H,4、定义字节伪指令 DB 告诉汇编程序从指定的地址单元开始，定义若干字节存储单元并赋初值。 格式：标号：DB 字节数据或字节数据表 例： ORG 2000H TAB1：DB 10H，23H TAB2：DB“123” 汇编后（2000H）=10H （2001H）=23H （2002H）=31H （2003H）=32H （2004H）=33H,5、定义字伪指令 DW 从指定地址开始，定义若干个16位数据，高8位存入低地址，低8位存入高地址。 例：ORG 1000H TAB：DW 12

27、00H，4567H 汇编后（1000H）=12H （1001H）=00H （1002H）=45H （1003H）=67H,6、数值地址赋值伪指令 DATA 将表达式指定的数据地址赋予规定的字符名称 格式：字符名称 DATA 表达式 7、定义空间伪指令 DS 从指定地址开始，保留由表达式指定的若干字节空间作为备用空间。 格式：标号： DS 表达式,例： ORG 1000H DS 0AH DB 71H，11H，11H； 从100BH开始存放71H，11H，11H； 注：DB 、DW、DS只能用于程序存储器；而不能用于数据存储器。 8、位地址赋值伪指令 BIT 将位地址赋予规定的字符名称 格式：字符

28、名称 BIT 位地址 例： X1 BIT P1.2 相当于X1 EQU 92H,四、任务实施 1、 硬件设计 其中个位和十位的两个数码管采用的共阳极接法，公共端均接电源正端。其中P3.2(外中断0)接proteus中的仿真方波脉冲信号，各项参数均可调整。,2、 软件设计 其中03H为外中断0的入口地址，TABLE中放的是十进制数09的显示段码。,3、仿真调试,五、总结与提高 1、单片机技术的学习涉及到各个学科： 2、伪指令的作用： 3、数码管的选用：,项目三、定时/计数器和中断系统应用- 任务4.中断优先级设计,能力目标 1.能进行中断优先级的设计 2.能运用堆栈指令进行现场的数据保护 3.能

29、学会程序编写并用Keil C进行调试 4.能清楚各个中断入口的地址 学习内容 1.中断优先级的概念和设置方法 2.中断响应及处理过程 3.堆栈指令的学习,一、任务要求 单片机主程序控制P0口数码管显示0F，外中断0发生时P2口显示0F，外中断1发生时P1口显示0F；外中断1为高优先级，外中断0为低优先级。每个数字显示1S钟。 二、任务分析 外中断1的优先级应该最高，外中断0的优先级属于低的，但仍优于主程序，所以设置时可将中断1的优先级对应控制位设为1，外中断0的优先级对应位设为0，除此外，运行在主程序、外中断0、外中断1的程序内容都一样，只是它们的入口地址不同而已。,三、学习知识 堆栈操作指令

30、（2条） 1、进栈指令 PUSH direct ； 此时的direct应指数据来源地址。 （SP+1)(SP), (direct)(SP) 2、出栈指令 POP direct ； 此时的direct应指数据目标地址即去向。 (SP)(direct),(SP-1)(SP) 原则栈中的数据按“先进后出，后进先出”。 数据进栈时，堆栈指针加1，出栈时指针减1。 可用于“保护现场，恢复现场”。,例：（SP）=07H，（30H）=50H 执行PUSH 30H后 堆栈过程见图。,结果：（SP）=08H （08H）=50H,例：（SP）=15H，（15H）=70H 执行POP 20H后 出栈过程见图。 结果：（20H）=70H （SP）=14H,四、任务实施 1、硬件设计,2、软件设计,3、仿真调试,五、总结与提高 1、中断优先级使用的场合： 2、中断程序和主程序等资源的合理利用： 3、数码管段码显示的方法:,