单片微机原理P2：80C51外部中断与定时器系统

0. 外部中断

　　书上的废话当然是很多的了，对于中断我想大家应该早就有一个很直观的认识，就是“设置断点，执行外部外码，然后返回断点”这样的三个过程。中断给系统提供了一个良好的响应模式。当然了，响应中断的时候记得保护现场，这是写汇编的良好习惯。

　　80C51一共是5个中断源，这五个中断源分别是外部中断0，1定时器中断0，1，串口中断。

1. 我们现在先来看外部中断：

一般开外部中断分为4个步骤（不用查询的方式的话）：

1. 设置触发方式（IT0/IT1）

2. 开启外部中断（EX0/EX1）

3. 设定优先级（IP寄存器）

4. 开启总中断（EA）

查询方式只是多了一步看IE的值而已

　　代码（汇编代码）

SETB IT1

SETB EX1

SETB PX1 ;设定外部中断1为高级中断

SETB EA

　　（C51代码）

IT1 = 1;

EX1 = 1;

PX1 = 1;

EA = 1;

 　　（如果不用AJMP $那种方式等待中断，通过查询IE0/IE1的状态，我们应该这样写）

LOOP:

        JB IE0, EVENT_OCCUR:

        LJMP LOOP

        EVENT_OCCUR:

        ;这里相当于可以是中断处理程序

        CLR IE0     ;记得清掉IE0的状态

        LJMP LOOP

2. 外部中断相关寄存器位：

IE0/IE1和IT0/IT1在TCON寄存器（88H），而EX0/EX1，EA在IE寄存器（A8H）

　　IT0/IT1是设定外部中断0，1的触发方式的。比如当IT0为0时，是低电平触发，当INT0引脚（P3.2）为低电平时，IE置1，撤销的办法只有将外部输入的低电平变为高电平。当是下降沿触发时（INT0 = 1），则由硬件自动清0。

　　IE0/IE1是中断请求位，当有中断请求的时候，这个位就会被置1，可以通过查询的方式来确定是否有中断的响应（闲的蛋疼的时候可以尝试下，就是简单的论询方式而已，JB判断一下即可）。

　　注意如果设定IT0/IT1为低电平触发的时候一定要注意中断在引脚维持的时间，设置不好将引发玄学。如果引脚低电平维持时间太短，那么中断可能不会被响应，如果太长，有可能让中断处理程序执行完了都还没变回高，使得中断被一直响应。（低电平触发软件/硬件修改IE0/IE1是无效的）

　　（PS：当然这种情况可以引入锁存器来解决，只要锁住INT0的信号为低电平就可以了，比如书上采用了D触发器，把外部中断接入D触发器的时钟断，D触发器的输入口接地，Q端接INT0，然后随便拿一个P口置D触发器异步置位端，这样一旦有中断响应，D触发器的输出为0，然后中断处理程序给对应的异步置位端1的信号，这样就可以保证在整个中断处理程序之内INT0的引脚都是1（撤销IE），中断处理程序结束后再把异步置位端为0，以便接受其他中断）。

　　但是如果IT0/IT1为下降沿触发的时候就不会这样，如果处理器在两个机器周期扫描到INT0引脚的电平先后为高电平和低电平，那么就会设置中断标志位为1，直到中断被响应之前都不会被撤销，一旦中断响应后，硬件将自动将IE0/IE1置0。

　　外部中断优先级的优先位设置也是在IP位中的（Interrupt Priority），在普通的80C51中，只能设定两个中断优先级（当然前面我们已经说了新型的可以达到4个了），中断优先级的自然顺序是规定好了的，是按照外部中断0，定时器中断0，外部中断1，定时器中断1，串口中断的顺序来定的。（在C51里面这些interrupt分别是0-4）在80C51中，中断是可以嵌套的，也就是遵循高级中断可以打断低级中断，同级中断不可以重入这样的规则，在80C51中，中断嵌套最大层数为两层。）

　　3. 关于中断响应时间：

　　处理器收到中断请求后，下一个机器周期是否转去执行中断服务子程序，还受到以下影响：

　　① 若当前机器周期不是处理器正在执行的指令的最后一个机器周期，则需要等到指令执行完成。

　　② 若正在执行RETI指令或者是其他读写与中断有关的寄存器IE、IP的指令，则需要在执行完该指令后，再执行一条指令，然后再转入中断服务子程序。

　　③ 中断返回后至少执行一条指令后才能响应新的中断。

　　中断申请到执行第一条中断服务程序的最短时间是3个机器周期（优先权扫描1机器周期，LCALL指令2个机器周期）。若遇到不是执行指令的最后一个机器周期和正在执行RET、RETI或任何访问IE或IP寄存器指令时，则需要最长的等待时间不超过8个机器周期（3个最短周期，和5个最长等待周期。）

1. 定时器/计数器中断

　　定时器和计数器中断也是掌握怎么开的步骤就可以了，中断处理程序打的写法除了地址不一样其他没什么不一样。

　　开定时器和计数器要有6个步骤：

1. 设定TMOD（确定计数还是计时，确定什么方式）

2. 设定定时or计数时间

3. 打开ET0/ET1

4. 打开TR0/TR1

5. 设定优先级（IP寄存器）

6. 开启总中断（EA）

　　定时器/计数器中断在但单片机上的中断的引脚是P3.4（T0），P3.5（T1），当选定内部时钟时，对应的机器周期脉冲为f0sc/12（即对应晶振的12分频）。

　　当定时器/计数器作为计数器时，其最大频率是晶振的24分频（Fosc / 24）。（因为采集一个下降沿需要两个机器周期）。

　　当定时器/计数器作为定时器时，其最大频率是晶振的12分频（Fosc / 12）。周期T = 12*(1/f)

　　1. 定时器/计数器相关寄存器：

　　TH0/TL0，TH1/TL1这四个寄存器都是不能位寻址的，代表的是定时器/计数器0，定时器/计数器1的当前值，当我们开启定时器/计数器时前要设定他们的初值。

　　TCON这个寄存器是上面提过的，现在我们来看属于定时器/计数器的那一部分，TR1/TR0是开启定时器/计数器的标志位，TF1/TF0是标识计数器/定时器满的标志位（当TH0/TL0的内容达到2^x - 1的时候（x代表的x位的计数器/定时器）），这个时候TF1/TF0就置1（和外部中断一样，我们也可以用查询这个位的状态方式来代替中断处理程序的方式）。

　　IE位的ET1和ET0是允许定时/计数器标志位，不要和TR0/TR1搞混了。

　　TMOD是一个不能位寻址的寄存器，只能整体操作。TMOD分为两个部分，其中高四位是对应设置T1，低四位对应设置的是T0。

　　GATE位是计数器门控制位：当GATE = 0时，只要启动TR0/TR1定时器就开始工作。当GATE = 1时，还需要一个外加条件即INT1/INT0为0时才会启动计数。

　　C/T位：当C/T = 0，为定时器，当C/T = 1，为计数器。

　　M1M0位：设定定时器/计数器打的工作方式（一共四种）

　　设定了工作方式后需要做的就是根据工作方式来设定T0/T1的初值了，只要记住这个公式就可以了：

　　其中X的值取决于这是多少位的计数器or定时器，比如如果设定工作方式0，那么x应该为13

　　说下几个比较值得注意的坑：

1. 对于方式0，设定其初值的时候一定要记得其13位数的安排是TH0/TH1 8位，TL0/TL1 5位（而不是反过来）。

比如，80C51的工作时钟为6MHZ，定时时间为800us，使用定时器0工作方式0，如何设定初值

　　所以TH0的值是0F3H，TL0的值是10H（而不是TH0 = 1EH，TL0 = 70H）

　　2. 除了方式2可以自动重装外（如果采用了定时器2的工作方式，对应定时器/计数器TH和TL一定要设定一样），其他方式当中断响应以后一定要给对应定时器/计数器TH和TL设定新的值，不然不会响应下一次中断。

3. 方式3是一个比较特殊的定时方式，要注意只有T0才能设定为方式3，T1设定为方式3的时候会停止计数。

　　我们可以看到如果设定为方式3的时候相当于把TH0和TL0拆成两个单独的8位计数器，其中TL0占用TR0和TF0，TH0占用TR1和TR0，TL0作为一个单独的8位计数器/定时器和其他定时器/计数器没有区别（只是是8位而已）。但是TH0不一样，由于它没有C/T位和GATE位控制，所以它只能作为一个定时器。

　　在T0工作在方式3的时候，T1可以工作在方式0，1，2（由于TR1和TF1被TH0占用，所以想要停止T1工作只能把它的工作方式设定为工作方式3，同时也不能查询TF1的状态来看触发次数，只能直接查看TH1和TL1来看）。一般当我们设置T0为方式3时，T1会设置为方式2（自动填装），以方便串口的发送。

　　那怎么打开T？比如我现在要打开定时器/计数器0，以工作方式1工作，定时为10ms（计算可知T0初值为0EC78H）

MOV TMOD, #00000001B

MOV TH0, #0ECH

MOV TL0, #78H

SETB ET0

SETB TR0

SETB EA

（C51）

TMOD = 0x01;

TH0 = 0xEC;

TL0 = 0x78;

ET0 = 1;

TR0 = 1;

EA = 1;

2. 一些例子

　　1. 编程实现INT1为高级中断，下降沿触发，T0设为低优先级中断，串行口设定为高优先级中断，其他中断禁止

　　（汇编）

    ORG 0000H

    LJMP MAIN

    ORG 0100H

MAIN:

    MOV IP, #014H    ; PS:PT1:PX1:PT0:PX0 = 10100（INT1高级中断，串口高级中断）

    SETB IT1            ;外部中断下降沿触发

    SETB EX1            ;允许外部中断1

    SETB ET1            ;允许定时器中断1

    SETB ES            ;打开串口中断

    SETB EA

END                ;写汇编程序千万不要忘记写END

（C51）

int main()

{

　　IP = 0x14;

　　IT1 = 1;

　　EX1 = 1;

　　ET1 = 1;

　　ES = 1;

　　EA = 1;

　　return 0; 

}

2. 80C51单片机晶振频率为6MHZ，要求定时为10ms，定时器0工作在方式0，1，2时，定时器初值应该设置为多少？要求用16进制表示：

解：

　　方式0：2^13 - (6*10^6 * 10 *10^-3 )/12 = 3192 -> TH0（063H） TL0（018H）（注意TH0放高8位，TL0放低5位）。

　　方式1：2^16 - (6*10^6 * 10 *10^-3 )/12 = 60536 -> TH0（0ECH） TL0（078H）

　　方式2：2^8 - (6*10^6 * 10 *10^-3 )/12 < 0 （溢出不能设置）

3. 用定时器/计数器T0产生时钟，使连接P1口的8盏灯循环点亮（1s一次），用中断方式编写

（这一题定时为1s太长了，需要我们拓展，我们可以定时个10ms然后定100次就可以了，用循环队列的思想即可完成任务）

    ORG 0000H

    LJMP MAIN

    ORG 000BH

    LJMP EVENT_OCCUR

    ORG 0100H

MAIN:

    MOV R0, #00H    ;设定队列初值0

    MOV P1, #01H

    MOV TMOD, #00000001B

    MOV TH0, #0ECH

    MOV TL0, #78H

    SETB ET0

    SETB TR0

    SETB EA

    AJMP $

EVENT_OCCUR:

    CLR EA

    PUSH ACC     ;保护现场，虽然在这一题没必要

    INC R0

    CJNE R0, #100, NEXT_EVENT

    RL A

    MOV P1, A

    MOV R0, #00H

    NEXT_EVENT:

        MOV TH0, #0ECH    ;一定要记得重设初值

        MOV TL0, #78H

    POP ACC        ;恢复现场

    RETI

END

　　4. 测手速：统计两秒内按下按钮的次数，显示在数码管上，并且2S后让数码管清0

　　（汇编代码）

_CODE_SEGMENT:

    ORG 0000H

    LJMP START

    ORG 000BH

    LJMP BUTTON_HASED_PUSHED

    ORG 001BH

    LJMP EVENTLOOP_OCCUR

    ORG 0100H

START:

    ;crystal oscillator frequency is 12MHZ

    ;Register 0 is uesd to log the number pushing actions 

    MOV R0,#00H

    ;register 1 is uesd to log the microsecond event times

    MOV R1,#00H

    MOV TH0,#0FFH

    MOV TL0,#0FFH

    MOV TH1,#0D8H

    MOV TL1,#0F0H

    MOV TMOD,#00010101B

    ;we must make time interrupt 1 is the advance interrupt

    MOV IP,#02H

    SETB ET0

    SETB TR0

    SETB ET1

    SETB TR1

    SETB EA

    LCALL DISPLAY_DIGITAL_NUM

    AJMP $

BUTTON_HASED_PUSHED:

    INC R0

    UPDATE_DIGITL_NUM:

    LCALL DISPLAY_DIGITAL_NUM

    MOV TH0,#0FFH

    MOV TL0,#0FFH

    RETI

EVENTLOOP_OCCUR:

    PUSH ACC

    INC R1

    CJNE R1,#200,NEXT_EVENT

    MOV R0,#00H

    LCALL DISPLAY_DIGITAL_NUM

    MOV R1,#00H

    NEXT_EVENT:

    MOV TH1,#0D8H

    MOV TL1,#0F0H

    POP ACC

    RETI

DISPLAY_DIGITAL_NUM:

    CLR EA 

    PUSH ACC

    MOV A, R0

    MOV DPTR, #DIGITAL_NUM

    MOVC A, @A + DPTR

    MOV P2, A

    POP ACC

    SETB EA 

    RET

_DATA_SEGMENT:

DIGITAL_NUM:

    DB 0C0H, 0F9H, 0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,00H,90H 

    DB 88H, 83H, 0C6H, 0A1H, 86H, 8EH

END

（C51代码）

#include

#define FinalOuccr 200

unsigned char const digitalNumsSet[] 

                    = {0xC0, 0xF9, 0xA4, 0xB0,

                       0x99, 0x92, 0x82, 0xF8,

                       0x00, 0x90, 0x88, 0x83, 

                       0xC6, 0xA1, 0x86, 0x8E};

enum StarterTime{ TH0_Start = 0xFF,

                  TL0_Start = 0xFF,

                  TH1_Start = 0xD8,

                  TL1_Start = 0xF0};

//-----------------------------------------------------

void updateDigitalNumber(unsigned char const digitalNum);

static int eventOccurTimes = 0, BtnPushedTimes = 0;

void ButtonPushed()interrupt 1 using 0//中断1（定时器0中断），使用寄存器组0

{

    BtnPushedTimes++;

    updateDigitalNumber(digitalNumsSet[BtnPushedTimes]);

    TH0 = TH0_Start;

    TL0 = TL0_Start;

}

void EventOccur()interrupt 3 using 1//中断3（定时器1中断），使用寄存器组1

{

    eventOccurTimes++;

    if(eventOccurTimes == FinalOuccr)

    {

        BtnPushedTimes = 0;

        updateDigitalNumber(digitalNumsSet[BtnPushedTimes]);

        eventOccurTimes = 0;

    }

    TH1 = TH1_Start;

    TL1 = TL1_Start;

}

int main()

{

    TH0 = TH0_Start;

    TL0 = TL0_Start;

    TH1 = TH1_Start;

    TL1 = TL1_Start;

    TMOD = 0x15;

    TCON = 0x50;

    IP = 0X02;

    ET0 = 1;

    ET1 = 1;

    EA = 1;