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1、实验三 秒表实验,主 要 内 容,MCS-51 单片机定时/计数器的结构MCS-51 单片机的中断系统 定时器工作原理,一、MCS-51 单片机定时/计数器的结构,1、MCS-51定时/计数器的结构,MCS-51 的单片机内有两个16位可编程的定时/计数器，它们具有四种工作方式，其控制字和状态均在相应的特殊功能寄存器中，通过对控制寄存器的编程，就可方便地选择适当的工作方式。,定时器/计数器的主要作用是用来精确地确定某一段时间间隔（作为定时器用）或累计外部输入的脉冲个数（作为计数器用）。当用作为定时器时，在其输入端输入周期固定的脉冲，根据定时器/计数器中累计（或事先设定）的周期固定的脉冲个数，即
2、可计算出所定时间的长度。,定时器/计数器的作用,定时器T0 特性功能寄存器TL0（低8 位）和TH0（高8 位）构成，定时器T1 由特性功能寄存器TL1（低8 位）和TH1（高8 位）构成。方式寄存器TMOD控制定时/计数器的工作模式和方式，控制寄存器TCON则用于控制计数器的启动和停止以及计数溢出的标志的设置。并可以向CPU发出中断请求，完成定时计数器的控制功能。程序开始时需对TL0、TH0、TL1 和TH1 进行初始化编程，以定义它们的工作方式和控制T0 和T1 的计数。,（1）方式寄存器 TMOD,GATE 门控位，控制方式选择位。GATE=0 启动不受/INT0或/INT1的控制；GA
3、TE=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。M1和M0为工作方式选择位。,确定定时器/计数器的工作方式,功能,M1/M0 工作模式选择位,（2）、定时/计数器控制寄存器TCON,功能,确定定时器/计数器运行状态和启动、停止,TF1：定时器1溢出标志位。当定时器1计满溢出时，由硬件使TF1置“1”，并且申请中断。进入中断服务程序后，由硬件自动清“0”，在查询方式下用软件清“0”。TR1：定时器1运行控制位。由软件清“0”关闭定时器1。当GATE=1，且INT1为高电平时，TR1置“1”启动定时器1；当GATE=
4、0，TR1置“1”启动定时器1。TF0：定时器0溢出标志。其功能及操作情况同TF1。TR0：定时器0运行控制位。其功能及操作情况同TR1。IE1：外部中断1请求标志。IT1：外部中断1触发方式选择位。IE0：外部中断0请求标志。IT0：外部中断0触发方式选择位。,（3）定时/计数器编程的主要方法,正确设置控制字（初值设置）a 把工作方式字写入TMOD；b 把定时、计数初值装入THx、TLx寄存器；c 置位ETx允许定时/计数器中断；（对中断允许寄 存器IE位赋值）d 置位EA，使CPU开放中断；e 置位TRx，启动计数。（对TCON设置）设置定时/计数器的初值：设最大值为M,计数值为N,初值为
5、 X。对于计数：X=MN；对于定时，X=M定时时间/T 其中，T=12晶振频率（设振荡频率为12MHZ）,定时器/计数器初始化流程图,例1 在12MHz系统时钟下，实现5ms定时，分别计 算在方式0、1下计数器的初值。,计数初值为M：2k-X*12/fosc对于方式0，计数器为13位，因此k=13，X=5ms，fosc=12MHzM=213-5000=3192=0C78HTHX=0CH，TLX=78H对于方式1，计数器为16位，因此k=16，X=5ms，fosc=12MHzM=216-5000=60536=EC78HTHX=ECH，TLx=78H,例2 设定定时器1为定时工作方式，要求软件启动
6、定时器1按方式2工作。定时器0为计数方式，要求由软件启动定时器0，按方式1工作。,C/T位（D6）是定时或计数功能选择位，当C/T=0时定时/计数器就为定时工作方式。所以要使定时/计数器1工作在定时器方式必需使D6=0。定时/计数器1工作在方式2，M0（D4）M1（D5）的值必须是1 0。,设定定时器0为计数方式。定时/计数器0的工作方式选择位也是C/T（D2），当C/T=1时，就工作在计数器方式。,使定时/计数器0工作在方式1，M0（D0）M1（D1）的值必须是0 1。,由软件启动定时器0，定时器1，当门控位GATE=0时，定时/计数器的启停就由软件控制。D7、D3为0。,D7 D6 D5
7、D4 D3 D2 D1 D00 0 1 0 0 1 0 1,结论,TMOD=0 x25,2、定时器/计数器工作方式,定时/计数器0 的工作方式0 电路逻辑结构,（1）工作方式0,计数器由TH 的全部8 位和TL的低5位构成，TL 的高3位没有使用。当C/T=0 时，多路开关接通振荡脉冲的12 分频输出，13 位计数器依次进行计数。这就是定时工作方式。当C/T=1时，多路开关接通计数引脚To（P3.4）或T1（P3.5），外部计数脉冲由引脚To 或T1输入。当计数脉冲发生负跳变时，计数器加1，这就是计数工作方式。在该工作方式下，当作为计数器使用时，其计数范围是18192；如果晶振频率fosc=1
8、2MHz，则定时范围为1s8192s。,工作原理,当TL的低5位溢出时，都会向TH进位，而全部13位计数器溢出时，则会向计数器溢出标志位TF0 进位。,当TMOD中M1M0=00时，定时器/计数器选定方式0进行工作。,定时/计数器工作方式1 等效电路,（2）工作方式1,当TMOD中M1M0=01时，定时器/计数器选定方式1进行工作。,工作原理,其逻辑结构与方式0不同的是两个8位寄存器TH0和TL0全部构成了一个16位的定时器/计数器，其他与工作方式0完全相同。在该工作方式下，当作为计数器使用时，其计数范围是165536；如果晶振频率fosc=12MHz，则定时范围为1s65536s。,（3）工
9、作方式2,定时/计数器工作方式2 等效电路,它具有自动重装载功能，即自动加载计数初值，所以也称之为自动重加载工作方式。在这种工作方式中，16 位计数器分为两部分，即以TL0 为计数器，以TH0 作为预置寄存器，初始化时把计数初值分别加载至TL0 和TH0中，当计数溢出时，不再象方式0 和方式1 那样需要“人工干预”，由软件重新赋值，而是由预置寄存器TH 以硬件方法自动给计数器TL0 重新加载。程序初始化时，给TL0 和TH0 同时赋以初值，当TL0 计数溢出时，置位TF0 的同时把预置寄存器TH0 中的初值加载给TL0，TL0 重新计数。这样省去了程序不断需给计数器赋值的麻烦，而且计数准确度也
10、提高了。但这种方式也有其不利的一面，就是计数结构只有8 位，计数值有限，最大只能到255。所以这种工作方式很适合于那些重复计数的应用场合。,工作原理及特点,当TMOD中M1M0=10时，定时器/计数器选定方式2进行工作。,（4）工作方式3,定时/计数器工作方式3 等效电路,在该工作方式下，T0和T1具有完全不同的功能。定时/计数器T0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数器使用，也可以作为定时器使用，定时/计数器0的各控制位和引脚信号它都可以使用。其功能和操作与方式0或方式1完全相同。TH0只能作为简单的定时器使用，并占用了定时器T1的状态控制位TRl和TF1，占用T
11、1的中断源。在工作方式3下，定时器/计数器0可以构成2个定时器或1个定时器、1个计数器。如果定时器/计数器T0已工作在工作方式3下，则定时器/计数器T1只能工作在方式0、方式1或方式2下。,工作原理,当TMOD中M1M0=11时，定时器/计数器选定方式3进行工作。,二、MCS-51 的中断系统,MCS-51中断系统结构,外部中断请求源：INT0：外部中断0，由P32端口线引入，低电平或下跳沿引起。INT1：外部中断1，由P33端口线引入，低电平或下跳沿引起。内部中断请求源T0：定时器计数器0中断，由T0计满回零引起。T1：定时器计数器l中断，由T1计满回零引起。TIRI：串行IO中断，串行端口
12、完成一帧字符发送接收后引起。,1、中断处理流程,现场保护和现场恢复,中断打开和中断关闭,中断服务程序,中断返回,2、MCS-51 的中断源,（1）外部中断请求0，由INT0（P3.2）输入；（2）外部中断请求1，由INT1（P3.3）输入；（3）片内定时/计数器溢出中断请求TF0；（4）片内定时/计数器溢出中断请求TF1；（5）片内串行口发送/接收中断请求TI 或RI。这几个中断源由TCON 和SCON 两个特殊功能寄存器进行控制。,引起计算机中断的事件，如外设：请求输入输出数据，报告故障等，如事件：掉电、硬件故障、软件错误、非法操作、定时时间到等。,概念,TCON寄存器结构,SCON寄存器结
13、构,TF0、TF1，定时器/计数器0，1溢出中断请求标志，当TF1、TF0计数溢出时，由硬件置位（TF0/TF1=1），当CPU响应中断时，由硬件清除（TF0/TF1=0）,串行口控制寄存器，RI接收中断请求位，硬件置位（RI=1），T1发送中断请求位，硬件置位（T1=1）,3、中断的控制 实现中断开关管理和中断优先级管理,MCS-51 的对中断的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE 控制来实现的。EA为CPU开/关中断控制位，ET0、ET1为定时/计数器溢出中断允许位。,IE 的结构格式,IP结构格式,MCS-51 的对申请中断优先级是通过寄存器IP实现的。PT0、PT1为定时/计数器中断优先级
14、控制位，1为高优先级，0为低优先级。,IE 寄存器的各控制位功能,EA：中断总控制位，EA=1，CPU 开放中断。EA=0，CPU 禁止所有中断。ES：串行口中断控制位，ES=1 允许串行口中断 ES=0，屏蔽串行口中断。ET1：定时/计数器T1 中断控制位。ET1=1，允许T1 中断，ET1=0，禁止T1 中断。EX1：外中断1 中断控制位，EX1=1，允许 外中断1 中断，EX1=0，禁止外中断1中断。ET0：定时/计数器T0 中断控制位。ET1=1，允许T0 中断，ET1=0，禁止T0 中断。EX0：外中断0 中断控制位，EX1=1，允许外中断0 中 断，EX1=0，禁止外中断0中断。,
15、4、中断响应,中断响应过程如下：中断源发出中断请求；中断判优；对中断请求进行响应；执行中断服务程序；返回主程序。,29,应首先根据需要对这些寄存器进行初始化，即设置T0和T1的工作方式，并对T0和T1定时器装入初始值以得到精确的定时时间。T0和T1的工作方式及运行状态是由TMOD和TCON两个特殊功能寄存器控制的，而TMOD和TCON是由用户所编的程序控制。,三、定时/计数器的初始化过程,具体步骤：,确定T/C工作方式，利用TMOD寄存器；计算T/C中计数初值，并装载TH、TL；T/C在中断方式下工作，需开CPU中断，利用IE寄存器；启动T/C，利用TCON中的TR0、TR1。,1、定时器工作
16、原理（T1，方式1）,2、定时器初始化(1)设置定时器工作方式(方式1)方式控制寄存器TMOD,程序设计思路,TMOD=0X10,(2)计算定时器初值，并将其放入TL1和TH1中 初值计算公式：N=216-(Tc*机器周期)(方式1)例：在系统时钟为11.0592MHz下，实现1ms的定时 要求，计算在方式1的计数器初值，并将初值放入 TL1和TH1中。其中Tc=1ms，f=11.0592MHz N=65536-100011.0592/12=64614=FC66H TH1=0XFC TL1=0X66,(3)开定时器中断 设置中断允许寄存器IE,CPU允许中断 EA=1；定时器开中断 ET1=1
17、,（4）启动定时器 设置定时/计数器控制寄存器TCON,启动计数 TR1=1,3、中断,中断过程示意图,（1）中断过程,（2）中断程序入口地址 编号 中断源 入口地址 0 外部中断0 0003H 1 定时器T0 000BH 2 外部中断1 0013H 3 定时器T1 001BH 4 串行口中断 0023H（3）中断服务程序的函数定义 返回值 函数名 interrupt n 例：定时器T1中断服务程序入口 void T1_INT(void)interrupt 3,4.附录 程序2 程序运行后，LED显示秒表：*.*分 秒 ms 主程序流程图：,中断程序流程图,5.编程并调试 秒表的显示格式变为：*.*分 空格 秒 10ms,
