第4章 单片机应用功能介绍
4.1 单片机中断系统介绍
4.1.1 中断系统结构
在CPU和外设交换信息时，存在着快速CPU和慢速外设间的矛盾，机器内部有时也可能出现突发事件，为此，计算机中通常采用中断技术。
?中断 CPU和外设并行工作，当外设数据准备好( 或有某种突发事件发生)时向CPU提出请求，CPU暂停正在执行的程序转而为该外设服务(或处 理紧急事件)，处理完毕再回到原断点继续执行原程序。
?中断源 引起中断的原因,中断申请的来源，中断源可以是I/O设备、故障、时钟、调试中人为设置。
?中断优先级 当有多个中断源同时 向CPU申请中断时，CPU优先响应最需紧急处理的中断请求，处理完毕再响应优先级别较低的 ，这种预先安排的响应次序。
?中断的嵌套 在中断系统中，高优先级的 中断请求能中断正在进行的较低级的中断源处理，
8XX51有5个中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存贮器中有固定的中断入口地址， 当CPU响应中断时，硬件自动形成这些地址，由此进入中断服务程序;5个中断源有两级中断优先级，可形式中断嵌套。
1.中断源
8XX51有5个中断源，其符号、名称、产生条件及中断服务程序的入口地址如表4-1。
表4-1
中断服务程符号 名 称 中 断 引 起 原 因 序入口
外部中断0 P3.2引脚的低电平或下降沿信号 INT0 0003H
外部中断1 P3.3引脚的低电平或下降沿信号 INT1 0013H
定时器0中断 定时计数器0计数回零溢出 T0 000BH
定时器1中断 定时计数器1计数回零溢出 T1 001BH
串行通信完成一帧数据发送或接收引起串行口中断 TI/RI 0023H 中断
2. 中断控制的有关寄存器
(1)中断的允许和禁止——中断控制寄存器IE
IE寄存器的各位对应相应的中断源，如果允许该中断源中断则该位置1，禁止中断则该
1
位置0 。 表4-2 EA - - ES ETI EX1 ET0 EX0 中断总控 串行口 T1 INT1 T0 INT0 不用 不用 允/禁 允/禁 允/禁 允/禁 允/禁 允/禁
EA:中断总控开关，是CPU是否响应中断的前提。
EA=1，CPU开中断;
EA=0， CPU关中断。
ES: 串行口中断允许位，
ES=1，允许串行口发送/接收中断;
ES=0，禁止串行口中断。
ET1:定时器T1中断允许位，
ET1=1，允许T1计数溢出中断;
ET1=0，禁止T1中断。
ET0: 定时器T0中断允许位,
ET0=1，允许T1计数溢出中断;
ET0=0，禁止T0中断。
EX1: 外部中断INT1允许位，
EX1=1，允许INT1中断;
EX1= 0，禁止INT1中断。
EX0: 外部中断INT0允许位，
EX0=1，允许INT0中断;
EX0= 0，禁止INT0中断。
(2)中断请求标志及外部中断方式选择寄存器TCON 表4-3 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 T1 T1 T0 T0 INT1 INT1 INT0 INT0 请求 工作 请求 工作 请求 方式 请求 方式 有/无 启/停 有/无 启/停 有/无 下沿/ 低有/无 下沿/低
电平 电平
说明:
? IT0和IT1为外中断INT0 和INT1中断触发方式选择，若选下降沿触发则相应位置
1;若选低电平触发 ，IT相应位置0。
? 某中断源有中断请求，该中断标志置1，无中断请求，该中断标志置0 ?TR0 和 TR1 为定时器T0和T1 工作启动和停止控制。
(3)中断优先级管理寄存器IP
五个中断源的优先级别由IP寄存器管理，相应位置1，则该中断源优先级别高，置0
2
的优先级别低。
---------PS PT1 PX1 PT0 PX0
- - -
无用位 无用位 无用位 串行口 T1 INT1 T0 INT0
高/低 高/低 高/低 高/低 高/低
当 某几个中断源在IP寄存器相应位同为1或同为零时，由内部查询确定优先级，查询的顺序是:INT0 ? T0 ? INT1 ? T1 ? 串行口 。
3.中断系统结构如图4-1所示
图4-1
4. 中断响应过程
(1)中断处理过程
中断处理过程分为四个阶段:中断请求，中断响应，中断处理、中断返回。MCS,51系列单 片机的中断过程流程如图所示。
中断请求、中断响应过程由硬件完成。
中断服务程序应根据需要进行编写。程序中要注意保护现场和恢复现场。
中断返回是通过执行一条RETI中断返回指令，使堆栈中被压入的断 点地址送PC，从而返回主程序的断点继续执行主程序。另外RETI还有恢复优先级状态触发器 的作用，因此不能以RET指令代替“RETI”指令。
若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状态，并满足中断响应的条件，然而下面三种情况单片机不响应此中断:
?当前正在执行的那条指令没执行完;
?当前响应了同级或高级中断;
?正在操作IE、IP中断控制寄存器或执行RETI指令。
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在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要3个机器周期到8个机器周期。
(2)中断请求的撤除
CPU响应中断后，应撤除该中断请求标志，否则会再次中断。
?对定时计数器T0、T1的溢出中断，CPU响应中断后，硬件自动清除中断请求标志TF0和TF1。
?对边沿触发的外部中断INT1和INT0，CPU响应中断后硬件自动清除中断请求标志IE0和IE1。
?对于串行口中断，CPU响应中断后，没有用硬件清除中断请求标志TI、RI，即这些中断标志 不会自动清除，必须用软件清除，这是在编串行通信中断服务中应该注意的。
?对电平触发的外部中断，CPU在响应中断时也不会自动清除中断标志，因此，在CPU响应中断后应立即撤除INT1或INT0的低电平信号。
4.1.2 中断系统的应用
1.中断技术是实时控制中的常用技术，51系列单片机有三个内部中断，二个外部中断。所谓外部中断就是在外部引脚上有产生中断所需要的信号。
每个中断源有固定的中断服务程序的入口地址(称矢量地址或向量地址)。当CPU响应中断以后单片机内部硬件保证它能自动的跳转到该地址。因此，此地址是应该熟记的，在汇编程序中，中断服务程序应存放在正确的向量地址内，(或存放一条转移指令)。
2.单片机的中断是靠内部的寄存器管理的，这就是中断允许寄存器IE，中断优先权寄存器IP ，必须在CPU开中断即开全局中断开关EA，开各中断源的中断开关，CPU才能响应该中断源的中断请求，其中缺一不可。
3.从程序表面看来，主程序和中断服务程序好象是没有关连的，只有掌握中断响应的过程，才能理解中断的发生和返回，看得懂中断程序，并能编写高质量中断程序。
4.本章重点应掌握中断的基本概念，中断程序的具体应用将在3.11.7中再继续讨论。
4.2 定时/计数器功能
4.2.1 8051定时/计数器结构和工作原理
51系列单片机片内有二个十六位定时/计数器:定时器0(T0)和定时器1(T1)。
?两个定时器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合
?定时/计数器实际上是16位加1计数器。
T0由2个8位持殊功能寄存器TH0和TL0构成，
T1由2个8位持殊功能寄存TH1和TL1构成。
?每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或
计数工作方式。
?T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。
1. 定时器工作方式
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设置为定时工作方式时，定时器计数的脉冲是由51单片机片内振荡器经12分频后产生的。(定时器又分四种工作方式，3.10.3讨论)
每经过一个机器周期定时器(T0或T1)的数值加1直至计数满产生溢出。
如:当8051采用12MHz晶体时，每个机器周期为1μs，计5 个机器周期即为5 μs，即定时5 μs 。
2. 计数器工作方式
设置为计数工作方式时，通过引脚T0(P3(4)和T1(P3(5)对外部脉冲信号计数。
?当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器的值加1, 在每个机器周期CPU采样T0和T1的输入电平。若前一个机器周期采样值为高，下一个机器周期采样值为低，则计数器加 1。
?由于检测一个1至0的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的二十四分之一。
?虽然对输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某个电平在变化之前至少被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。
4.2.2 定时计数器的控制寄存器
?定时器共有两个控制寄存器:
定时器控制TCON(88H)
定时器工作模式寄存器TMOD(89H)
1. 工作模式寄存器TMOD(89H)
TMOD用于控制T0和T1的操作模式。其各位的定义如下:
定时器T1 定时器T0
TMOD D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
(89H) GATE C/T M1 M0 GATE C/T M1 M0
? GATE:门控信号
GATE=0，TRx=1时即可启动定时器工作 ;
GATE=1，INTx=1才可启动定时器工作。
? C/T:定时器/计数器选择位
C/T=1，为计数器方式;
C/T=0，为定时器方式。
? M1 M0 工作模式选择位
M1M0=00 工作方式0(13位方式)。
M1M0=01 工作方式1(16位方式)。
M1M0=10 工作方式2(8位自动再装入方式)。
M1M0=11 工作方式3(T0为2个8位方式)。
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