中断和定时器的使用方法.docx
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中断和定时器的使用方法
中断的使用
中断概念：
CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生）；
CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务）；
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（中断返回）
，这一过程称为中断
引起CPU中断的根源，称为中断源。
中断源向CPU提出的中断请求。
CPU暂时中断原来的事务A，转去处理事件B。
对事件B处理完毕后，再回到原来被中断的地方（即断点），称为中断返回。
实现上述中断功能的部件称为中断系统（中断机构）。
中断操作的优点：
CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用分时操作。
率；
实时响应。
CPU能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；
可靠性高。
CPU具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高
响应
80C51中断系统的结构
80C51的中断系统有5个中断源（8052有6个），2个优先级，可实现二级中断嵌套
TCON
IE
硬件查询
CON1、（P3.2）可由SIT0（TCON.0选择其为低电平有效还是下降沿有效。
当CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0（TCON.1置1，向CPU申请中断。
2、（P3.3）可由IT1（TCON.2选择其为低电平有效还是下降沿有效。
当CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1（TCON.3置1,向CPU申请中断。
3、TF0（TCON.5），片内定时/计数器T0溢出中断请求标志。
当定时/计数器T0发生溢出时，置位TF0，并向CPU申请中断。
4、TF1（TCON.7），片内定时/计数器T1溢出中断请求标志。
当定时/计数器T1发生溢出时，置位TF1，并向CPU申请中断。
5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中断请求标志。
当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据时置位TI，向CPU申请中断。
1、TCON的中断标志
T0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。
当IT0=0时，为电平触发方式。
当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。
IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。
IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。
IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。
TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢出中断请求标志位。
TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位
2、SCON的中断标志
RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。
当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位RI。
注意，RI必须由软件清除。
TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。
当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。
每发送完一个串行帧，由硬件置位TI。
CPU响应中断时，不能自动清除TI，TI必须由软件清除。
一、中断允许控制
CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器IE控
制的。
EX0（IE.0，外部中断0允许位；ET0（IE.1，定时/计数器T0中断允许位；EX1（IE.2，外部中断0允许位；
ET1（IE.3，定时/计数器T1中断允许位；ES（IE.4，串行口中断允许位；
EA（IE.7，CPU
中断允许（总允许）位
80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌
套。
每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的。
PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位；PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位；PX1（IP.2），外部中断0优先级设定位；PT1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位；PS（IP.4），串行口优先级设定位；PT2（IP.5
注意
80C52单片机有四个中断优先级，即可实现四级中断服务嵌套。
每个中断源的中
断优先级由中断优先级寄存器IP和IPH中的相应位的状态来规定的。
，定时/计数器T2优先级设定位。
PX0（IPH.0），外部中断0优先级设定位；PT0（IPH.1），定时/计数器T0优先级设定位；PX1（IPH.2），外部中断0优先级设定位；PT1（IPH.3），定时/计数器T1优先级设定位；PSPT2
（IPH.4），串行口优先级设定位；（IPH.5
，定时/计数器T2优先级设定位
。
同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中断优先权排队问题。
同一优先级的中断优先权排队，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如所示：
80C51单片机的中断优先级有三条原则：
CPU同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最高的中断请求。
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。
正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断请求所中断。
为了实现上述后两条原则，中断系统内部设有两个用户不能寻址的优先级状态触发器。
其中一个置1，表示正在响应高优先级的中断，它将阻断后来所有的中断请求；另一个置1，表示正在响应低优先级中断，它将阻断后来所有的低优先级中断请求。
3.2
80C51单片机中断处理过程
3.2.1中断响应条件和时间；中断响应条件中断源有中断请求；此中断源的中断允许位为1；CPU开中断（即EA=1）。
以上三条同时满足时，CPU
才有可能响应中断。
3.380C51的定时/计数器
实现定时功能，比较方便的办法是利用单片机内部的定时/计数器。
也可以采用下面三种方法：
软件定时：
软件定时不占用硬件资源，但占用了CPU时间，降低了CPU的利用率。
采用时基电路定时：
例如采用555电路，外接必要的元器件（电阻和电容），即可构成硬件定时电路。
但在硬件连接好以后，定时值与定时范围不能由软件进行控制和修改，即不可编程。
采用可编程芯片定时：
这种定时芯片的定时值及定时范围很容易用软件来确定和修改，此种芯片定时功能强，使用灵活。
在单片机的定时/计数器不够用时，可以考虑进行扩展。
3.3.1定时/计数器的结构和工作原理
一、定时/计数器的结构
定时/计数器的实质是加1计数器（16位），由高8位和低8位两个寄存器组成。
TMOD是定时/计数器的工作方式寄存器，确定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的启动和停止及设置溢出标志。
二、定时/计数器的工作原理
加1计数器输入的计数脉冲有两个来源,一个是由系统的时钟振荡器输出脉冲经12分频后送来；一个是T0或T1引脚输入的外部脉冲源。
每来一个脉冲计数器加1，当加到计数器为全1时，再输入一个脉冲就使计数器回零，且计数器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU发出中断请求（定时/计数器中断允许时）。
如果定时/计数器工作于定时模式，则表示定时时间已到；如果工作于计数模式，则表示计数值已满。
可见，由溢出时计数器的值减去计数初值才是加1计数器的计数值。
设置为定时器模式时，加1计数器是对内部机器周期计数（1个机器周期等于12个振荡周期，即计数频率为晶振频率的1/12）。
计数值N乘以机器周期Tcy就是定时时间t。
设置为计数器模式时，外部事件计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。
在每个机器周期的S5P2期间采样T0、T1引脚电平。
当某周期采样到一高电平输入，而下一周期又采样到一低电平时，则计数器加1，更新的计数值在下一个机器周期的S3P1期间装入计数器。
由于检测一个从1到0的下降沿需要2个机器周期，因此要求被采样的电平至少要维持一个机器周期。
当晶振频率为12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即计数脉冲的周期要大于2ms。
3.3.2定时/计数器的控制
80C51单片机定时/计数器的工作由两个特殊功能寄存器控制。
TMOD用于设置其工作方式；TCON用于控制其启动和中断申请。
一、工作方式寄存器TMOD
工作方式寄存器TMOD用于设置定时/计数器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。
其格式如下：
GATE：
门控位。
GATE＝0时，只要用软件使TCON中的TR0或TR1为1，就可以启动定时/计数器工作；GATA＝1时，要用软件使TR0或TR1为1，同时外部中断引脚或也为高电平时，才能启动定时/计数器工作。
即此时定时器的启动多了一条件。
:
定时/计数模式选择位。
CT＝0为定时模式；CT=1为计
数模式。
M1M0：
工作方式设置位。
定时/计数器有四种工作方式，由M1M0进行设置。
二、控制寄存器TCON
TCON的低4位用于控制外部中断,已在前面介绍。
TCON的高4位用于控制定时/计数器
的启动和中断申请。
其格式如下：
EditedbyFoxitReader
Copyright（CbyFoxitSoftwareCompany,2005-2007ForEvaluationOnly.
TF1（TCON.7）：
T1溢出中断请求标志位。
T1计数溢出时由硬件自动置TF1为1。
CPU响应中断后TF1由硬件自动清0。
T1工作时，CPU可随时查询TF1的状态。
所以，TF1可用作查询测试的标志。
TF1也可以用软件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一样。
TR1（TCON.6）：
T1运行控制位。
TR1置1时，T1开始工作；TR1置0时，T1停止工作。
TR1由软件置1或清0。
所以，用软件可控制定时/计数器的启动与停止。
TF0（TCON.5）：
T0溢出中断请求标志位，其功能与TF1类同。
TR0（TCON.4）：
T0运行控制位，其功能与TR1类同。
3.3.3定时/计数器的工作方式
虽然定时器方式有四种但是主要用第一种和第二种；一、方式1
方式1的计数位数是16位，由TL0作为低8位、TH0作为高8位，组成了16位加1计数器。
TCOND7
D0
计数个数与计数初值的关系为：
X=2-N
二、方式2
方式2为自动重装初值的8位计数方式。
TCON16
D7
D0
计数个数与计数初值的关系为：
X=2-N
8
工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。
3.3.5定时/计数器应用举例
初始化程序应完成如下工作：
对TMOD赋值，以确定T0和T1的工作方式。
计算初值,并将其写入TH0、TL0或TH1、TL1。
中断方式时，则对IE赋值，开放中断。
使TR0或TR1置位，启动定时/计数器定时或计数
例利用定时/计数器T1的方式1，产生10ms的定时，并使P1.0引脚上输出周期为20ms的方波，采用中断方式，设系统时钟频率为12MHz。
解：
1、计算计数初值X：
由于晶振为12MHz，所以机器周期Tcy为1ms。
所以：
N＝t/Tcy＝10000/1＝10000
X＝65536－10000＝55536＝D8F0H
即应将D8H送入TH0中，F0H送入TL0中2、求T1的方式控制字TMOD：
M1M0=01，GATE=0，C/T=0，可取方式控制字为01H；
7.280C51的串行口
串行通信是将数据字节分成一位一位的形式在一条传输线上逐个地传送。
串行通信的特点：
传输线少，长距离传送时成本低，且可以利用电话网等现成的设备，但数据的传送控制比并行通信复杂。
串行通信的基本概念
一、异步通信与同步通信1、异步通信
异步通信是指通信的发送与接收设备使用各自的时钟控制数据的发送和接收过程。
为使双方的收发协调，要求发送和接收设备的时钟尽可能一致。
异步通信是以字符（构成的帧）为单位进行传输，字符与字符之间的间隙（时间间隔）是任意的，但每个字符中的各位是以固定的时间传送的，即字符之间不一定有“位间隔”的整数倍的关系，但同一字符内的各位之间的距离均为“位间隔”的整数倍。
异步通信的特点：
不要求收发双方时钟的严格一致，实现容易，设备开销较小，但每个字符要附加2～3位用于起止位，各帧之间还有间隔，因此传输效率不高。
二、串行通信的传输方向
1、单工
单工是指数据传输仅能沿一个方向，不能实现反向传输。
2、半双工
半双工是指数据传输可以沿两个方向，但需要分时进行。
3、全双工
全双工是指数据可以同时进行双向传输
三、信号的调制与解调
利用调制器（Modulator）把数字信号转换成模拟信号，然后送到通信线路上去，再由解调器（Demodulator）把从通信线路上收到的模拟信号转换成数字信号。
由于通信是双向的，调制器和解调器合并在一个装置中，这就是调制解调器MODEM。
四、串行通信的错误校验
1、奇偶校验
在发送数据时，数据位尾随的1位为奇偶校验位（1或0）。
奇校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为奇数；偶校验时，数据中“1”的个数与校验位“1”的个数之和应为偶数。
接收字符时，对“1”的个数进行校验，若发现不一致，则说明传输数据过程中出现了差错
2、代码和校验
代码和校验是发送方将所发数据块求和（或各字节异或），产生一个字节的校验字符（校验和）附加到数据块末尾。
接收方接收数据同时对数据块（除校验字节外）求和（或各字节异或），将所得的结果与发送方的“校验和”进行比较，相符则无差错，否则即认为传送过程中出现了差错。
3、循环冗余校验
这种校验是通过某种数学运算实现有效信息与校验位之间的循环校验，常用于对磁盘信息的传输、存储区的完整性校验等。
这种校验方法纠错能力强，广泛应用于同步通信中。
五、传输速率与传输距离
1、传输速率
比特率是每秒钟传输二进制代码的位数，单位是：
位／秒（bps）。
如每秒钟传送240个字符，而每个字符格式包含10位（1个起始位、1个停止位、8个数据位，这时的比特率为：
10位×240个/秒=2400bps
2、传输距离与传输速率的关系
串行接口或终端直接传送串行信息位流的最大距离与传输速率及传输
线的电气特性有关。
当传输线使用每0.3m（约1英尺）有50PF电容的非平衡屏蔽双绞线时，传输距离随传输速率的增加而减小。
当比特率超过1000bps时，最大传输距离迅速下降，如9600bps时最大距离下降到只有76m（约250英尺）。
串行通信接口标准一、RS-232C接口
RS-232C是EIA（美国电子工业协会）1969年修订RS-232C标准。
RS-232C定义了数据终端设备（DTE）与数据通信设备（DCE）之间的物理接口标准。
1、机械特性
RS-232C接口规定使用25针连接器，连接器的尺寸及每个插针的排列位置都有明确的定义。
（阳头）
4、过程特性
过程特性规定了信号之间的时序关系，以便正确地接收和发送数据。
远程通信连接
近程通信连接
5、RS-232C电平与TTL电平转换驱动电路
MC1488
－12MC1489
V
TTL电平
电平
RS232电平
TTL电平
MC1488
－12MC1489
＋5V
TTL电平
TTL电平
80C51串行口的结构
有两个物理上独立的接收、发送缓冲器SBUF，它们占用同一地址99H；接收器是双缓冲结构；发送缓冲器，因为发送时CPU是主动的，不会产生重叠错误。
80C51串行口的控制寄存器
SCON是一个特殊功能寄存器，用以设定串行口的工作方式、接收/发送控制以
及设置状态标志：
SM0和SM1为工作方式选择位，可选择四种工作方式：
写入SBUF
TXD
TI（中断标志）起始D0D1D2D3D4D5D6D7停止位
SM2，多机通信控制位，主要用于方式2和方式3。
当接收机的SM2=1时可以利用收到的RB8来控制是否激活RI（RB8＝0时不激活RI，收到的信息丢弃；RB8＝1时收到的数据进入SBUF，并激活RI，进而在中断服务中将数据从SBUF读走）。
当SM2=0时，不论收到的RB8为0和1，均可以使收到的数据进入SBUF，并激活RI（即此时RB8不具有控制RI激活的功能）。
通过控制SM2，可以实现多机通信。
在方式0时，SM2必须是0。
在方式1时，若SM2=1，则只有接收到有效停止位时，RI才置1。
REN，允许串行接收位。
由软件置REN=1，则启动串行口接收数据；若软件置REN=0，则禁止接收。
●TB8，在方式2或方式3中，是发送数据的第九位，可以用软件规定其作用。
可以用作数据的奇偶校验位，或在多机通信中，作为地址帧/数据帧的标志位。
在方式0和方式1中，该位未用。
●RB8，在方式2或方式3中，是接收到数据的第九位，作为奇偶校验位或地址帧/数据帧的标志位。
在方式1时，若SM2=0，则RB8是接收到的停止位。
●TI，发送中断标志位。
在方式0时，当串行发送第8位数据结束时，或在其它方式，串行发送停止位的开始时，由内部硬件使TI置1，向CPU发中断申请。
在中断服务程序中，必须用软件将其清0，取消此中断申请。
●RI，接收中断标志位。
在方式0时，当串行接收第8位数据结束时，或在其它方式，串行接收停止位的中间时，由内部硬件使RI置1，向CPU发中断申请。
也必须在中断服务程序中，用软件将其清0，取消此中断申请。
PCON中只有一位SMOD与串行口工作有关：
SMOD（PCON.7）波特率倍增位。
在串行口方式1、方式2、方式3时，波特率与SMOD有关，当SMOD=1时，波特率提高一倍。
复位时，SMOD=0。
和定时器一样主要是方式一
方式1
方式1是10位数据的异步通信口。
TXD为数据发送引脚，RXD为数据接收引脚，传送一帧数据的格式如图所示。
其中1位起始位，8位数据位，1位停
止位。
RXD
位采样脉冲
RI（中断标志）起始D
0D1D2D3D4D5D6D7停止位
用软件置REN为1时，接收器以所选择波特率的16倍速率采样RXD引脚电平，检测到RXD引脚输入电平发生负跳变时，则说明起始位有效，将其移入输入移位寄存器，并开始接收这一帧信息的其余位。
接收过程中，数据从输入移位寄存器右边移入，起始位移至输入移位寄存器最左边时，控制电路进行最后一次移位。
当RI=0，且SM2=0（或接收到的停止位为1）时，将接收到的9位数据的前8位数据装入接收SBUF，第9位（停止位）进入RB8，并置RI=1，向CPU请求中断。
四、波特率的计算
在串行通信中，收发双方对发送或接收数据的速率要有约定。
通过软件可对单片机串行口编程为四种工作方式，其中方式0和方式2的波特率是固定的，而方式1和方式3的波特率是可变的，由定时器T1的溢出率来决定。
串行口的四种工作方式对应三种波特率。
由于输入的移位时钟的来源不同，所以，各种方式的波特率计算公式也不相同。
方式0的波特率=fosc/12
方式2的波特率=（2SMOD/64）·fosc
方式1的波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）
方式3的波特率=（2SMOD/32）·（T1溢出率）
当T1作为波特率发生器时，最典型的用法是使T1工作在自动再装入的8位定时器方式（即方式2，且TCON的TR1=1，以启动定时器）。
这时溢出率取决于TH1中的计数值。
T1溢出率=fosc/{12×[256－（TH1）]}
在单片机的应用中，常用的晶振频率为：
12MHz和11.0592MHz。
所以，选用的波特率也相对固定。
常用的串行口波特率以及各参数的关系如表所示。
串行口工作之前，应对其进行初始化，主要是设置产生波特率的定时器1、串行口控制和中断控制。
具体步骤如下：
确定T1的工作方式（编程TMOD寄存器）；
计算T1的初值，装载TH1、TL1；
启动T1（编程TCON中的TR1位）；
确定串行口控制（编程SCON寄存器）；
串行口在中断方式工作时，要进行中断设置（编程IE、IP寄存器）。
单片机与单片机的通信
一、点对点的通信
1、硬件连接
二、多机通信
1、硬件连接
单片机构成的多机系统常采用总线型主从式结构。
所谓主从式，即在数个单片机中，有一个是主机，其余的是从机，从机要服从主机的调度、支配。
80C51单片机的串行口方式2和方式3适于这种主从式的通信结构。
当然采用不同的通信标准时，还需进行相应的电平转换，有时还要对信号进行光电隔离。
在实际的多机应用系统中，常采用RS-485串行标准总线进行数据传输。
2、通信协议
所有从机的SM2位置1，处于接收地址帧状态。
主机发送一地址帧，其中8位是地址，第9位为地址/数据的区分标志，该位置1表示该帧为地址帧。
所有从机收到地址帧后，都将接收的地址与本机的地址比较。
对于地址相符的从机，使自己的SM2位置0（以接收主机随后发来的数据帧），并把本站地址发回主机作为应答；对于地址不符的从机，仍保持SM2=1，对主机随后发来的数据帧不予理睬。
从机发送数据结束后，要发送一帧校验和，并置第9位（TB8）为1，作为从机数据传送结束的标志。
采用RS-232C接口存在的问题1、传输距离短，传输速率低RS-232C总线标准受电容允许值的约束，使用时传输距离一般不要超过15米（线路条件好时也不超过几十米）。
最高传送速率为20Kbps。
2、有电平偏移RS-232C总线标准要求收发双方共地。
通信距离较大时，收发双方的地电位差别较大，在信号地上将有比较大的地电流并产生压降。
3、抗干扰能力差RS-232C在电平转换时采用单端输入输出，在传输过程中当干扰和噪声混在正常的信号中。
为了提高信噪比，RS-232C总线标准不得不采用比较大的电压摆幅。
二、RS-422A接口SN75174+5VSN75175TTL电平+5V双向需4条线TTL电平SN75175SN75174RS-422A输出驱动器为双端平衡驱动器。
如果其中一条线为逻辑“1”状态，另一条线就为逻辑“0”，比采用单端不平衡驱动对电压的放大倍数大一倍。
差分电路能从地线干扰中拾取有效信号，差分接收器可以分辨200mV以上电位差。
若传输过程中混入了干扰和噪声，由于差分放大器的作用，可使干扰和噪声相互抵消。
因此可以避免或大大减弱地线干扰和电磁干扰的影响。
RS-422A传输速率（90Kbps）时，传输距离可达1200米。
三、RS-485接口TTL电平双向仅需2条线TTL电平RS-485是RS-422A的变型：
RS-422A用于全双工，而RS-485则用于半双工。
RS-485是一种多发送器标准，在通信线路上最多可以使用32对差分驱动器/接收器。
如果在一个网络中连接的设备超过32个，还可以使用中继器。
RS-485的信号传输采用两线间的电压来表示逻辑1和逻辑0。
由于发送方需要两根传输线，接收方也需要两根传输线。
传输线采用差动信道，所以它的干扰抑制性极好，又因为它的阻抗低，无接地问题，所以传输距离可达1200米，传输速率可达1Mbps。
三、RS-485接口TTL电平双向仅需2条线TTL电平RS-485是RS-422A的变型：
RS-422A用于全双工，而RS-485则用于半双工。
RS-485是一种多
升级会员 