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1、任务五 反射型红外探测器在单片机中的应用,任务描述：利用红外发射及接收模块并结合单片机8051，来设计一个简易的红外线探测报警系统。此系统可以作为周界报警探测使用，当有人非法穿过警戒线时，系统会发出报警信号，并显示报警区域号。,任务目标：过学习任务五的完成方法熟悉单片机的中断与定时计数器功能等。,第五章 MCS-51单片机的中断系统及定时器,5.1 输入/输出的控制方式5.2 MCS-51单片机的中断系统5.3 MCS-51单片机中断处理过程5.4 中断服务程序设计5.5 MCS-51单片机的定时/计数器思考题,5.1 输入/输出的控制方式,无条件传送方式,程序查询传送方式,中断传送方式,DM
2、A传送方式,返回本章,无条件传送方式 在传送信息时，已知外部设备是准备好的状态，所以输入输出时都不需要查询外部设备的状态。在输入或输出时，相应给出指令即可。但这种方式必须确信外部设备已准备好的状态才可使用，否则就会出错，故很少使用。,程序查询传送方式以CPU为中心，数据传送的控制来自CPU，在执行输入/输出指令前，CPU要先查询接口中状态寄存器的状态,输入时，由它指示要输入的数据是否已经“准备就绪”；而输出时，由它指示输出设备是否”空闲”。,中断传送方式当外设准备好后，外设接口便主动向CPU发“中断请求”信号。CPU响应这样这一请求，则暂停正在执行的程序，而转入与外设操作有关的中断服务程序。在
3、中断服务程序中完成数据的输入或输出，中断服务程序执行完毕，CPU返回到原来程序的断点继续执行。,DMA传送方式基本思想:在存储器和外设之间建立起直接的数据传送通路，即不经由CPU，而由专门的DMA控制器实现存储器和外设之间的操作。于是，传送就不必进行保护现场等一系列额外操作，从而减轻了CPU的负担，因此特别适合于高速度大批量数据传送的场合。但是，这种方式要增设DMA控制器，硬件电路比前两种方式更为复杂，,存储器,CPU,外设,5.2 MCS-51单片机的中断系统,一、中断的概念二、MCS51 中断系统的结构三、8051的中断源及入口地址四、中断请求标志五、中断控制,返回本章,中断指CPU正在处
4、理某一事件A时，外部发生了另一事件B，请求CPU迅速去处理，CPU 暂时中断当前的工作，转去处理事件B，待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方，继续处理事件A，这样的过程称为中断。,一、中断的概念,举例：某同学正在教室里看书，忽然被人叫出去，回来 后，继续看书。这就是生活中中断的例子。,中断源：引起CPU中断的根源（事件B）,中断请求：中断源向CPU提出的处理请求,中断响应过程：CPU暂时中断自身的事务，转去处理事件B的过程,中断服务：CPU对事件B的整个处理过程,中断返回：处理B后，再返回A原来被中断的地方,返回本节,二、MCS51 中断系统的结构,图5-2 8051的中断
5、系统,中断源的中断请求，如何通知CPU？,利用中断请求标志位来通知！,返回,中断请求标志,1,高级,低级,内部查询,内部查询,入口地址,入口地址,中断允许控制,中断优先级,EA,中断源,返回本节,8051共有5个中断源，分为2个中断优先级，可实现IE控制CPU是否响应中断请求IP安排各中断源的优先级,二级中断嵌套,五个中断源 入口地址 外部中断0（/INT0）0003H T0溢出中断 000BH 外部中断1（/INT1）0013H T1溢出中断 001BH 串口中断 0023H,三、8051的中断源及入口地址,、中断源及入口地址,）外部中断源INT0、INT1由P3.2端口线引入，低电平或下降
6、沿引起。由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引起。,返回本节,、外部中断源与内部中断源,）内部中断源T0：定时/计数器0中断，由T0回零溢出引起。T1：定时/计数器1中断，由T1回零溢出引起。TI/RI：串行I/O中断，完成一帧字符发送/接收引起。,四、中断请求标志,1)控制寄存器TCON,MSB,LSB,IT0:外部中断 INT0 触发方式控制位。IT0=0，INT0为电平触发，CPU 每个机器周期采样INT0输入电平，当采样到低电平时，置IE0=1，表示INT0向CPU请求中断；INT0为高电平时，将IE0清零。IT0=1，INT0为边沿触发，CPU 每个机器周期采样INT0输入电平，如果
7、连续两个机器周期检测到INT0由高电平变为低电平，置IE0=1，表示INT0向CPU请求中断；CPU响应中断后，由硬件自动清除IE0标志。,IE0:外部中断INT0中断请求标志，表示INT0向CPU请 求中断。由硬件置位，进入中断服务程序后由硬件 自动清除。,IT1:外部中断INT1触发方式控制位，功能同IT0。,IE1:外部中断INT1中断请求标志，表示INT1向CPU请 求中断。由硬件置位，进入中断服务程序后由硬件 自动清除。,TF0：定时/计数器0溢出中断请求标志位。溢出时由硬件置位，进入中断服务程序后由硬件自动清除。,TF1：定时/计数器1溢出中断请求标志位。溢出时由硬件置位，进入中断
8、服务程序后由硬件自动清除。,2)串行口控制寄存器控制寄存器SCON,TI：串行发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行 发送缓冲器时，就动发送，每发送完一个串行帧，由硬 件将TI置1。必须由软件清零。RI：串行接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接 收完一个串行帧，由硬件将TI置1。必须由软件清零。,返回本节,五、中断控制,1）中断允许寄存器IE（A8H）IE在特殊功能寄存器中，字节地址A8H，位地址分别是 A8HAFH。IE控制CPU对中断源总的开放或禁止以及每 个中断源是否允许中断。,MSB,LSB,若为“1”，开关接通，允许例如 SETB EA若为“0”，开关断开，不允许例如
9、 CLR IE.7,2）中断优先级寄存器IP（B8H）,该位是“1”时，为高级优先级该位是“0”时，为低级优先级,同一优先级的中断优先排队顺序,中断源 同级自然优先级外部中断0 最高级定时/计数器T0中断外部中断1定时/计数器T1中断串行中断 最低级,例：若（IP）=15H，请列出相应的优先级。答：00010101同高优先级的有PX0、PX1、PS 同低优先级的有PT1、PT0 PX0、PX1、PS、PT0、PT1,返回本节,1.中断源有请求（相应的中断标志=1）2.CPU允许所有的中断（EA=1）3.相应的源中断允许位为1 4.没有同级或高级的中断正在服务 5.现行指令已执行完毕 6.如果现
10、行指令为RETI或操作IE、IP指令，则应执行完 该指令后，还要执行完紧随其后的另一条指令。,5.3MCS-51单片机中断处理过程,一、中断响应的条件,CPU每个机器周期都需要顺序检查每个中断源，当检测到有中断请求时，能否响应，还要看下述情况是否存在：,二、中断响应过程,返回本章,响应过程：（假设已使某中断请求标志置1）（1）先使相应优先级状态触发器置1；（2）执行一个硬件子程序的调用，1）硬件清零相应中断请求标志（TI、RI除外）2）将当前PC内容压入堆栈保护断点；3）将中断服务子程序入口地址送PC转移。,返回过程：（RETI执行后）（1）使相应优先级状态触发器清0。（2）从堆栈中弹出栈顶的
11、两个字节内容送PC恢复断点。（3）CPU接着中断处继续执行原程序。,三、中断响应时间,从单片机检测到中断至响应中断需要38个机器周期。,1.编制中断初始化程序 设置堆栈、选择中断触发方式、设置IE及IP等。单片机系统复位或上电后：（SP）=07H、TCON、IE、IP等都为0。2.在中断服务程序中安排一条跳转指令。由于入 口地址之间只相差8个字节，放不下一个完整的 中断服务程序。3.保护现场（在中断服务程序中）4.编制服务程序5.恢复现场6.恢复断点（RETI）,5.4 中断服务程序设计,设计步骤,例.下图为一个检测报警电路，图中检测电路为一个按钮开关，P1.0、P1.1分别驱动声光报警电路，
12、P1.0、P1.1输出“1”时电路工作，试设计一程序，当按键按下一次后，P1.0、P1.1输出报警信号10S，并使内部RAM55H单元数据加1，10S延时子程序为DELLAY。,ORG 0000H LJMP MAINOGR 0003HLJMP BJORG 0030HMAIN：MOV 55H，#00HCLR P1.0CLR P1.1MOV SP，#30HSETB IT0SETB EASETB EX0HERE：SJMP HERE,ORG 00A0HBJ：PUSH ACC MOV A，#03H MOV P1，A LCALL DELLAY MOV A，#00H MOV P1，AINC 55H POP
13、ACCRETIEND,解：中断触发方式：边沿 IT0=1 允许中断：EA=1、EX0=1 中断入口地址：0003H,返回本章,5.5 MCS-51单片机的定时/计数器,一、定时/计数器的功能二、定时/计数的结构及工作原理三、定时/计数器的控制四、定时/计数器的工作方式五、例题,返回本章,一、定时/计数器的功能1定时器的功能 例如某机械零件的热处理工艺曲线为：,实际控制可以由单片机定时发出信号控制自动完成整个工艺过程。,常用的定时方法 1 软件定时 DJNZ Ri,rel NOP 2 不可编程的硬件定时 555 3 可编程的定时器,2.计数功能：对外界发生的事件计数，当达到程序规定的计数值 时，
14、可以输出一脉冲信号，申请中断。例如一啤酒生产线，如下图所示,返回本节,二、定时/计数的结构及工作原理,1定时/计数器的结构,T0 T1TMOD（定时/计数器工作方式寄存器）设置工作方式与功能，有4种工作方式。TCON（定时/计数器的控制寄存器）控制T0、T1启动和停止以及设置溢出等标志的。,TH0,TL0,TH1,TL1,2.工作原理,定时器：对内部机器周期进行计数，每过一个机器周期，计数器加1，直到计数器计满溢出。定时时间=计数值机器周期 振荡频率计数频率=12,11111111+1 00000000,计数器：对来自输入引脚T0（P3.4）、T1（P3.5）的外部信号计数，每个机器周期对外部
15、信号进行采样，若前一机器周期采样值为1，后一机器周期采样值为0，则计数器加1，直到计数器计满溢出。完成一次计数至少要2个机器周期。,返回本节,振荡频率最高计数频率=24,1工作方式控制寄存器TMOD（89H）,三、定时/计数器的控制,2定时器控制寄存器TCON（88H）,返回本节,1方式0,四、定时/计数器的工作方式,M1 M0=00 13位计数器TH1的8位和TL1的低5位，当溢出时，TF1置1,0000000000000,定时器初值a的计算 在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定 时器定时时间T的公式：T=（M-a）12 振荡周期=（213-a）12 1/fosc
16、式中，M为模值，和定时器的工作方式有关，方式0下M=213；fosc是 单片机振荡频率。,计数器初值的计算 把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为a，由此 可得到公式：a=M-C 式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式0时M为213。,2方式1,M1 M0=01 16位计数器TH1的8位、TL1的8位，当溢出时，TF1置1,0000000000000000,定时器初值a的计算 在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定 时器定时时间T的公式：T=（M-a）12 振荡周期=（216-a）12 1/fosc式中，M为模值，和定时器的工作方式有关，
17、方式1下M=216；fosc是 单片机振荡频率。,计数器初值的计算 把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为a，由此可得到公式：a=M-C 式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式1时M为216。,3方式2,M1 M0=10 自动重装载初值的8位计数器TL1的8位，TH1作为保存计数初值。一旦溢出，TF1置1，并将TH1的初值再装给TL1，进入新一轮的计数。,1111111100000000,定时器初值a的计算 在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲经12分频后计数。因此，定 时器定时时间T的公式：T=（M-a）12 振荡周期=（28-a）12 1/fosc 式中，M
18、为模值，和定时器的工作方式有关，方式2下M=28；fosc 是单片机振荡频率。,计数器初值的计算 把计数器计满为零所需要的计数值设定为C，计数初值设定为a，由此 可得到公式：a=M-C 式中，M为计数器模值，该值和计数器工作方式有关。在方式2时M为28。,3.方式3,M1 M0=11 T0分成两个8位计数器，T1停止计数,0,4.定时间隔和计数的范围：以6MHZ晶振为例 方式0 13位计数器 最大定时间隔为：当a=0000H时 213210-6=16.384ms 最小定时间隔为：当13位计数器全1，即a=FF1FH 2s 计数范围:18192 方式1 16位计数器 最大定时间隔为:当a=000
19、0H时 216 210-6=65536 210-6=131.072 ms 最小定时间隔为:当X=FFFFH 时 2s 计数范围:165536方式2和方式3 8位计数器 定时间隔为:2s512s 计数范围:1256,返回本节,【例】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500s取反一次即可得到1ms方波，因而T1的定时时间为500s。,解：1）T1工作方式的设定：选择方式0（13位方式）（最大定时16ms）2）定时常数的设定：机器周期 T=12/fosc=12/6106=2s 设初值为a则：（213a）2106 s=5001
20、06 s 因为在作13位计数器用时，TL1高3位未用，应写0，a的低5位装入TL1的低5位，所以TL1=06H；a的高8位应装入TH1，所TH1=F8H。,3）启动定时器T0：SETBTR14）动态停机：SJMP$5）程序如下：,【例】前述的啤酒生产线，计数24瓶后将R0内容加1，P1.0取反 转入装箱程序。解：选T1方式0计数，TMOD的高4位为:0 1 0 0初始常数X的计算:213-a=24 a=8192-24=81688168=1FE8H 00011111 11101000B 11111111 00001000 TH1=FFH TL1=08H加24次即溢出中断。程序如下:,ORG 00
21、00H AJMP MAIN ORG 0100HMAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#40H;T0方式0定时,T1方式0计数 MOV TH1，#0FFH MOV TL1，#08H；T1计数24次初始常数 MOV R0,#00H,SETB TR1；启动T1开始 计数HERE：JBC TF1，L1 SJMP HERE；等待L1：MOV TH1，#0FFH MOV TL1，#08H INC R0 CPL P1.0;P1.0求反,提示装箱 SJMP HERE END,【例】试用中断技术设计一发光二极管,使其闪烁,要求亮1ms,灭1ms。晶振fosc=6MHZ（T0的方式0实现）,解：,1
22、）T0工作方式的设定：选择方式0（13位方式）（最大定时16ms）2）定时常数的设定：机器周期 T=12/fosc=12/6106=2s 设初值为X则：（213a）2106 s=1103 s 因为在作13位计数器用时，TL0高3位未用，应写0，a的低5位装入TL0的低5位，所以TL0=0CH；a的高8位应装入TH0，所TH0=F0H。,ORG 0030HMAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#00H;T0方式0定时 MOV TH0，#0F0H MOV TL0，#0CH；T0定时1ms时间常数 SETB TR1；启动T1开始 计数HERE：JBC TF0,L1 SJMP HERE；
23、等待L1：MOV TH0，#0F0H；重装时间常数 MOV TL0，#0CH CPL P1.0;P1.0求反,输出方波 SJMP HERE END,返回本节,图5-1 中断过程示意图,返回,事件A,事件B,中断请求,中断响应,中断服务程序,返回主程序,继续执行主程序,执行主程序,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP IT0PMAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#40H;T0方式0定时,T1方式0计数 MOV TH1，#0FFH MOV TL1，#08H；T1计数24次初始常数SETB TR1；启动T1开始 计数 SETB EA；允许CPU中断 S
24、ETB ET1；允许T1中断HERE：AJMP HERE；等待IT0P：MOV TH1，#0FFH MOV TL1，#08H CPL P1.0;P1.0求反,输出方波 RETI,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 000BH AJMP SH ORG 0030HMAIN:MOV SP,#60H MOV TMOD,#00H;T0方式0定时 MOV TH0，#0F0H MOV TL0，#0CH；T0定时1ms时间常数 SETB TR1；启动T1开始 计数 SETB EA；允许CPU中断 SETB ET1；允许T1中断HERE：AJMP HERE；等待 ORG 00C0HSH：MOV TH0，#0F0H；重装时间常数 MOV TL0，#0CH CPL P1.0;P1.0求反,输出方波 RETI,事件1,事件2,子程序2,子程序1,中断嵌套的概念：,主程序,中断,中断,返回,1、MCS-51单片机中断系统有几个中断源？分别是什么？事先约定的优先顺序是怎样的？2、如何进行中断允许控制？如何进行中断优先级控制？,思考题,
