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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、TCON3.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器，通过P1.0端口输出
2、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（P3.5）端引入。外部输入脉冲频率不能高于单片机晶体振荡
3、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
4、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“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
5、 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
6、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3T0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TH0。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）
7、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)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)：
8、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
9、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 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）（P
10、C）+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256LOOP：CLR P1.0；P1.0=0 CPL P1.0；P1.0=1 NOP NOP DJNZ R0，LOOP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
11、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、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
13、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=50010-6sX=7
14、942=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（21
15、6-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,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
16、、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
17、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
18、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
19、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
20、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
21、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
22、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
23、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）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，（32
24、H）=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
25、值或汇编符号 例：COUNT EQU 34H ADDE EQU 18H MOV A，#COUNT；#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
26、位存入低地址，低8位存入高地址。例：ORG 1000HTAB：DW 1200H，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 B
27、IT将位地址赋予规定的字符名称格式：字符名称 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
28、据保护3.能学会程序编写并用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（2
29、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:,
