单片机原理与接口技术(第3版)-第5章中断、定时计数器及串行接口.ppt.ppt
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1,21:
55,单片机原理与接口技术,第5章MCS-51中断、定时/计数器及串行接口,2,21:
55,
(1)了解MCS-51单片机中断系统的内部结构和工作方式,熟悉中断源和中断控制寄存器,掌握中断服务程序的设计方法。
(2)了解MCS-51单片机定时/计数器的结构和工作方式,熟悉定时/计数器的控制寄存器,掌握定时/计数器的应用编程。
(3)了解MCS-51单片机串行通信接口的结构和工作方式,熟悉串行接口的控制寄存器,掌握串行通信接口的应用编程。
本章教学要求,3,21:
55,本章目录,5.1中断系统5.1.1中断系统概述5.1.2MCS-51中断系统5.1.3中断系统应用举例5.2定时/计数器5.2.1定时/计数器的结构与原理5.2.2定时/计数器的工作方式,5.2.3定时/计数器对输入信号的要求5.2.4定时/计数器的应用5.3串行通信接口5.3.1串行通信基础知识5.3.2MCS-51串行通信接口5.3.3串行通信接口的应用习题与思考题,4,21:
55,5.1中断系统,中断是指计算机在执行某一程序的过程中,由于计算机系统内、外的某种原因而必须终止原程序的执行,转去完成相应的处理程序,待处理结束之后再返回继续执行被终止原程序的过程。
如图5-1所示。
实现这种中断功能的硬件系统和软件系统统称为中断系统。
-中断概念,5,21:
55,主程序:
CPU正常情况下运行的程序称为主程序。
中断源:
把向CPU提出中断申请的设备称为中断源。
中断请求:
由中断源向CPU所发出的请求中断的信号称中断请求。
中断响应:
CPU在满足条件情况下接受中断申请,终止现行程序执行转而为申请中断的对象服务称中断响应。
中断服务程序:
为服务对象服务的程序称为中断服务程序。
断点:
现行程序被中断的地址称为断点。
中断返回:
中断服务程序结束后返回到原来程序称中断返回。
-中断概念,5.1.1中断系统概述,6,21:
55,
(1)中断源
(2)中断优先级控制(3)中断响应的过程,-中断系统的基本问题,1)检测中断2)保护现场3)中断服务4)清除中断标志位5)恢复现场6)中断返回,5.1.1中断系统概述,7,21:
55,保护现场是指由于CPU执行中断处理程序时,可能要使用主程序中使用过的累加器、寄存器或标志位。
为了使这些寄存器的值在中断服务程序中不被冲掉,在进入中断服务程序前,要将有关寄存器保护起来。
在中断服务程序执行完时,还必须恢复原寄存器的内容及原程序中断处的地址。
即恢复现场和恢复断点。
保护现场和恢复现场是通过在中断服务程序中采用堆栈操作指令PUSH及POP实现的。
而保护断点、恢复断点是由CPU响应中断和中断返回时自动完成的。
-保护现场和保护现场,5.1.1中断系统概述,8,21:
55,5.1.2MCS-51中断系统,1中断系统内部结构MCS-51单片机的中断系统由与中断有关的特殊功能寄存器、中断入口、顺序查询逻辑电路组成。
-中断系统的内部结构,9,21:
55,MCS-51单片机的中断系统提供了5个中断源。
-中断源及种类,2中断源,5.1.2MCS-51中断系统,10,21:
55,通常,在实际应用中有以下几种情况可采取中断方式工作。
(1)I/O设备。
(2)硬件故障。
(3)实时时钟。
(4)为调试程序而设置的中断源。
-中断方式应用,5.1.2MCS-51中断系统,11,21:
55,-中断方式,3中断方式MCS-51单片机的中断系统有两种中断方式,即外部中断和内部中断。
(1)外部中断外部中断是指从单片机外部引脚INT0和INT1输入中断请求信号的中断,即外部中断源有两个。
如输入/输出的中断请求、实时事件的中断请求、掉电和设备故障的中断请求都可以作为外部中断源,从引脚INT0和INT1输入。
外部中断请求和有电平触发和跳变(边沿)触发两种触发方式。
这两种触发方式可以通过对特殊功能寄存器TCON编程来选择。
5.1.2MCS-51中断系统,12,21:
55,-中断方式,
(2)内部中断内部中断是单片机芯片内部产生的中断。
MCS-51单片机(51子系列)的内部中断有定时/计数器T0和T1的溢出中断,串行口的发送/接收中断。
5.1.2MCS-51中断系统,13,21:
55,4.中断控制寄存器,MCS-51中断系统在4个特殊功能寄存器控制下工作。
这4个特殊功能寄存器是定时/计数器控制寄存器(TCON)、串行口控制寄存器(SCON)、中断允许控制寄存器(IE)和中断优先级控制寄存器(IP)。
通过对这4个特殊功能寄存器的各位进行置位或复位操作,可实现各种中断控制功能。
14,21:
55,
(1)TCON中的中断请求标志位TCON为定时/计数器控制寄存器,其字节地址为88H,可位寻址,位地址范围为88H8FH。
这个寄存器有两个作用,即除了控制定时/计数器T0和T1的溢出中断外,还控制外部中断的触发方式和锁存外部中断请求标志位。
TCON中的各位定义如图5-3所示。
-中断请求控制,1)中断请求控制,4.中断控制寄存器,15,21:
55,IT0:
选择外部中断0的中断触发方式。
IT0=0,为电平触发方式,低电平有效;IT0=1,为边沿触发方式,P3.2引脚信号出现负跳变有效。
IT1:
选择外部中断1的中断触发方式。
其功能与IT0类同。
IE0:
外部中断0的中断请求标志。
当INT0输入端口有中断时IE0=1,由硬件置位。
-TCON寄存器,4.中断控制寄存器,16,21:
55,IE1:
外部中断INT1的中断请求标志。
功能与IE0类似。
TF0:
片内定时/计数器0溢出中断请求标志。
定时/计数器的核心为加法计数器,当定时/计数器T0发生定时或计数溢出时,由硬件置位TF0或TF1,向CPU申请中断,CPU响应中断后,会自动清零TF0或TF1。
TF1:
片内定时/计数器1溢出中断请求标志。
功能与TF0类同。
-TCON寄存器,4.中断控制寄存器,17,21:
55,中断请求标志IE0和IE1及中断信号的撤销问题无论是采用边沿触发方式(IT0=1)还是电平触发方式(IT0=0),在CPU响应中断请求后,中断请求标志位IE0即由硬件自动清零。
由于CPU对INT0引脚没有控制作用,在采用电平触发方式时中断请求信号的低电平可能继续存在,在以后的机器周期采样时又会把已清零的IE0标志位重新置1,这有可能再次引起中断而造成出错。
所以,在中断响应后必须采用其他方法撤销该引脚上的低电平,以撤除外部中断请求信号,可以采用外接电路来撤除中断请求信号。
中断请求标志位IE1的清零及中断请求信号的撤销问题与IE0类似。
-中断撤销,4.中断控制寄存器,18,21:
55,例5-1图5-4所示为对于外部中断采用电平触发方式时的撤除外部中断请求信号参考电路。
-TCON寄存器,分析:
外部中断请求信号通过D触发器加到单片机引脚INTx(x=0,1)上。
当外部中断请求信号使D触发器的CLK端发生正跳变时,由于D端接地,Q端输出0,向单片机发出中断请求。
CPU响应中断后,利用一根口线,如P1.0做应答线,在中断服务程序中用两条指令:
ANLP1.0,#0FEHORLP1.0,#01H,4.中断控制寄存器,19,21:
55,-TCON寄存器,ANLP1.0,#0FEHORLP1.0,#01H通过以上两条命令来撤除中断请求。
第1条指令使P1.0为0,而P1口其他各位的状态不变。
由于P1.0与D触发器的置1端相连,故D触发器Q=1,撤除了中断请求信号。
第2条指令将P1.0变成1,从而使以后产生的新的外部中断请求信号又能向单片机申请中断。
4.中断控制寄存器,20,21:
55,
(2)SCON中的中断请求标志位,SCON为串行口控制寄存器,其字节地址为98H,可以进行位寻址。
串行口的接收和发送数据中断请求标志位(RI、TI)被锁存在串行口控制寄存器SCON中,其格式如图5-5所示。
-SCON寄存器,4.中断控制寄存器,21,21:
55,TI:
串行口发送中断请求标志位CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF时,就启动发送,每发送完一帧串行数据后,硬件置位TI。
但CPU响应中断时,并不清除TI中断标志,必须在中断服务程序中由软件对TI清0。
RI:
串行口接收中断请求标志位在串行口允许接收时,每接收完一帧数据,由硬件自动将RI位置为1。
CPU响应中断时,并不清除RI中断标志,也必须在中断服务程序中由软件对TI标志清0。
-SCON寄存器,4.中断控制寄存器,22,21:
55,2)中断允许控制,MCS-51对中断源的开放或屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的,IE的字节地址为0A8H,可以按位寻址,当单片机复位时,IE被清为0。
通过对IE的各位置1或清0操作,实现开放或屏蔽某个中断,其格式如图5-6所示。
-IE寄存器,4.中断控制寄存器,23,21:
55,EA:
总中断允许控制位。
当EA=0时,屏蔽所有的中断;当EA=1时,开放所有的中断。
ES:
串行口中断允许控制位。
当ES=0时,屏蔽串行口中断;当ES=1且EA=1时,开放串行口中断。
ET1:
定时/计数器T1的中断允许控制位。
当ET1=0时,屏蔽T1的溢出中断;当ET1=1且EA=1时,开放T1的溢出中断。
-IE寄存器,4.中断控制寄存器,24,21:
55,EX1:
外部中断1的中断允许控制位。
当EX1=0时,屏蔽外部中断1的中断;当EX1=1且EA=1时,开放外部中断1的中断。
ET0:
定时/计数器T0的中断允许控制位。
功能与ET1相同。
EX0:
外部中断0的中断允许控制位。
功能与EX1相同。
单片机复位以后,IE被清0,所有的中断请求被禁止。
由用户程序对IE相应的位置1或清0,即可允许或禁止各中断源的中断申请。
改变IE的内容,即可由位操作指令来实现(即SETBbit;CLRbit),也可用字节操作指令实现(即MOVIE,#data;ORLIE,#data;MOVIE,A等)。
-IE寄存器,4.中断控制寄存器,25,21:
55,
(1)用位操作指令CLREX0;禁止外部中断0中断CLREX1;禁止外部中断1中断CLRES;禁止串行口中断SETBET0;允许定时/计数器T0中断SETBET1;允许定时/计数器T1中断SETBEA;CPU开中断,例5-2若允许片内2个定时/计数器中断,禁止其它中断源的中断请求,试编写出设置IE的相应程序。
(2)用字节操作指令MOVIE,#8AH或MOVA8H,#8AH;IE寄存器的字节地址为A8H,-IE的设置,4.中断控制寄存器,26,21:
55,3)中断优先级控制,8051有2个中断优先级,每一个中断请求源均可编程为高优先级中断或低优先级中断,从而实现2级中断嵌套。
-2级中断嵌套,4.中断控制寄存器,27,21:
55,1)正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断,一直到该中断服务程序结束,返回了主程序且执行了主程序中的一条指令后,CPU才响应新的中断请求。
2)正在进行的低优先级中断服务程序能被高优先级中断请求所中断,实现两级中断嵌套。
3)CPU同时接收到几个中断请求时,首先响应优先级最高的中断请求。
-中断优先级控制,以上所述可归纳为下面3条基本规则:
4.中断控制寄存器,28,21:
55,-中断优先级寄存器IP,1)PS:
串行口中断优先级控制位PS=1,设定串行口为高优先级;PS=0,设定串行口为低优先级。
2)PT1:
定时器T1中断优先级控制位PT1=1,设定T1为高优先级;PT1=0,设定T1为低优先级。
在MCS-51内部提供了一个中断优先级控制寄存器(IP)。
其字节地址为B8H,既可按字节形式访问,又可按位形式访问,其位地址范围为0B8H0BFH。
4.中断控制寄存器,29,21:
55,-中断优先级寄存器IP,3)PX1:
外部中断1中断优先级控制位PX1=1,设定外部中断1为高优先级;PX1=0,设定外部中断1为低优先级。
4)PT0:
定时器T0中断优先级控制位PT0=1,设定T0为高优先级;PT0=0,设定T0为低优先级。
5)PX0:
外部中断0中断优先级控制
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