51单片机中断系统（定时器、计数器）

*部分内容来源于网络

一、中断

中断是指计算机运行过程中，出现某些意外情况需主机干预时，机器能自动停止正在运行的程序并转入处理新情况的程序，处理完毕后又返回原被暂停的程序继续运行。

（*以上解释来自于百度百科-中断）

 

二、51单片机中断级别

中断号	优先级	中断源		中断入口地址
0	1（最高）	INT0	外部中断0	0003H
1	2	T0	定时器/计数器0中断	000BH
2	3	INT1	外部中断1	0013H
3	4	T1	定时器/计数器1中断	0018H
4	5（最低）	TX/RX	串行口中断	0023H

 

 

三、中断结构图

四、中断寄存器

1、 中断允许控制寄存器IE

位地址	AFH	AEH	ADH	ACH	ABH	AAH	A9H	A8H
位序号	7	6	5	4	3	2	1	0
位名称	EA	-	-	ES	ET1	EX1	ET0	EX0

EX0/EX1：外部中断允许控制位

        EX0=1 外部中断0开关闭合     //开外部0中断

        EX0=0 外部中断0开关断开

ET0/ET1：定时中断允许控制位

        ET0=1 定时器中断0开关闭合   //开内部中断0

        ET0=0 定时器中断0开关断开

ES：串口中断允许控制位    

        ES=1 串口中断开关闭合         //开串口中断

        ES=0 串口中断开关断开

 

2、 定时器控制寄存器TCON

位地址	8FH	8EH	8DH	8CH	8BH	8AH	89H	88H
位序号	7	6	5	4	3	2	1	0
位名称	TF1	TR1	TF0	TR0	IE1	IT1	IE0	IT0

       外部中断：

           IE0/IE1：外部中断请求标志位

                   当INT0(INT1)引脚出现有效的请求信号，此位由单片机自动置1，

                   CPU开始响应，处理中断，而当入中断程序后由单片机自动置0.

           IT0/IT1:外部中断触发方式控制位          //选择有效信号

                   IT0/IT1=1:脉冲触发方式,下降沿有效。

                   IT0/IT1=0:电平触发方式,低电平有效。

       内部中断：

           TF0/TF1：内部定时器/计数器溢出中断标志位

                    当定时器、计数器计数溢出的时候，此位由单片机自动置1，

                    cup开始响应，处理中断，而当进入中断程序后由单片机自动置0.

                    //内部中断实际上就是利用内部的计数器，

                      只不过提供计数的脉冲来自单片机自身。

           TR0(TR1)：定时器/计数器启动位                    //启动定时器

                   TR0/TR1=1;启动定时器/计数器0

                   TR0/TR1=0;关闭定时器/计数器0

 

3、 串口控制寄存器SCON

位地址	9FH	9EH	9DH	9CH	9BH	9AH	99H	98H
位序号	7	6	5	4	3	2	1	0
位名称	SM0	SM1	SM2	REN	TB8	RB8	TI	RI

      TI:串行口发送中断标志位

           当单片机串口发送完一帧数据后，此位由单片机自动置1，

           而当进入中断服务程序后是不会自动清0的，

           必须由用户在中断服务中用软件清0.

       RI：串行口接收中断标志位

           当单片机串口接收完一帧数据后，此位由单片机自动置1，

           而当进入中断服务程序后是不会自动清0的，

           必须由用户在中断服务软件中用软件清0.

4、 中断优先控制寄存器IP

位序号	7	6	5	4	3	2	1	0
位名称	-	-	-	PS	PT1	PX1	PT0	PX0

       PS---串行口中断优先级控制位。

           PS=1，串行口中断定义为高优先级中断。

           PS=0，串行口中断定义为低优先级中断。

       PT1---定时器/计数器1中断优先级控制位。

           PT1=1，定时器/计数器1中断定义为高优先级中断。

           PT1=0，定时器/计数器1中断定义为低优先级中断。

       PX1---外部中断1中断优先级控制位。

           PX1=1，外部中断1中断定义为高优先级中断。

           PX1=0，外部中断1中断定义为低优先级中断。

       PT0---定时器/计数器0中断优先级控制位。

           PT0=1，定时器/计数器0中断定义为高优先级中断。

           PT0=0，定时器/计数器0中断定义为低优先级中断。

       PX0---外部中断0中断优先级控制位。

           PX0=1，外部中断0中断定义为高优先级中断。

           PX0=0，外部中断0中断定义为低优先级中断。

 

5、 定时器工作方式控制寄存器TMOD

位序号	7	6	5	4	3	2	1	0
定时器	定时器/计数器1（ET1）				定时器/计数器0（ET0）
位名称	GATE	C/T	M1	MO	GATE	C/T	M1	M0

        GATE——门控制。 　　

             GATE=1时，由外部中断引脚INT0、INT1来启动定时器T0、T1。 　　

                   当INT0引脚为高电平时TR0置位，启动定时器T0； 　　

                   当INT1引脚为高电平时TR1置位，启动定时器T1。 　　

             GATE=0时，仅由TR0,TR1置位分别启动定时器T0、T1。

        C/T——功能选择位 　　

             C/T=0时为定时功能,

             C/T=1时为计数功能。　　　　

        M0、M1——方式选择功能

M1	M0	工作方式	功  能
0	0	工作方式0	13位计数器
0	1	工作方式1	16位计数器
1	0	工作方式2	自动再装入8位计数器
1	1	工作方式3	定时器0：分成两个8位计数器
			定时器1：停止计数

 

6、 定时器初值赋予寄存器（TH0/TH1，TL0/TL1）

 

五、定时器、计数器

1、 工作方式

2、 定时器初值计算

1．计数器初值的计算

   设计数器的最大计数值为M(根据不同工作方式，M可以是2^13、2^16或2^8)，则计算初值X的公式如下：

                    X=M-要求的计数值

2．定时器初值的计算

   在定时器模式下，计数器由单片机主脉冲fosc经12分频后计数。因此，定时器定时初值计算公式：

                    X=M-(要求的定时值)/(12/fosc)

   式中，M为定时器模值(根据不同工作方式，M可以是213、216或28)

 

关于如何确定定时器T0的初值问题。定时器一但启动，它便在原来的数值上开始加1计数，若在程序开始时，我们没有设置TH0和TL0，它们的默认值都是0，假设时钟频率为12MHz，12个时钟周期为一个机器周期，那么此时机器周期为1us，记满TH0和TL0就需要216 -1个数，再来一个脉冲计数器溢出，随即向CPU申请中断。因此溢出一次共需65536us,约等于65.6ms，如果我们要定时50ms的话，那么就需要先给TH0和TL0装一个初值，在这个初值的基础上记50000个数后，定时器溢出，此时刚好就是50ms中断一次，当需要定时1s时，我们写程序时当产生20次50ms的定时器中断后便认为是1s，这样便可精确控制定时时间啦。要计50000个数时，TH0和TL0中应该装入的总数是65536-50000=15536.，把15536对256求模：15536/256=60装入TH0中，把15536对256求余：15536/256=176装入TL0中。

以上就是定时器初值的计算法，总结后得出如下结论：当用定时器的方式1时，设机器周期为TCY，定时器产生一次中断的时间为t，那么需要计数的个数为N=t/TCY ，装入THX和TLX中的数分别为：

THX=(65536-N)/256    ,     TLX=(65536-N)%256 

 

设置为计数器模式时，外部计数脉冲由T0或T1引脚输入到计数器。在每个机器周期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，则计时器加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的下降沿需要两个机器周期，因此要求被采样的电平至少维持一个机器周期。当晶振频率位12MHz时，最高计数频率不超过1/2MHz，即技术脉冲的周期要大于2us。

补充，

定时计数器2： MCS-52单片机新增的定时计数器。

特点：

      --16位定时计数器

      --具有捕捉、自动重装、波特率发生器3种工作模式

      --可作为编程时钟发生器

寄存器：

      T2CON-定时器2控制寄存器

      T2MOD定时器2方式寄存器

      TH2,TL2定时计数寄存器

      RCAP2H,RCAP2L-捕获/重装寄存器

引脚：

      T2（P1.0）：定时器2外部时钟输入/时钟输出

      T2EXP（P1.1）：定时器2重装/捕获/方向控制

IE, IP, IPH中有定时器2的中断允许，终端优先控制位。

T2CON 寄存器

地址：0C8H 复位值：00000000B

7	6	5	4	3	2	1	0
TF2	EXF2	RCLK	TCLK	EXEN2	TR2	C/T2	CP/RL2

 

位	符号	功能
T2CON.7	TF2	定时器2溢出标志位。 RCLK或TCLK=1时不置位。
T2CON.6	EXF2	定时器2外部标志。 当EXEN2=1时，T2EX的负跳变产生捕获或重装时，EXF2=1.
T2CON.5	RCLK	接受时钟标志
T2CON.4	TCLK	发送时钟标志
T2CON.3	EXEN2	定时器2外部使能标志。
T2CON.2	TR2	定时器2启动/停止控制位。0停止，1启动。
T2CON.1	C/T2	定时器计数器选择：0定时，1计数。
T2CON.0	CP/RL2	捕获重装标志，1捕获，0重装。

定时器2可以产生2个中断请求信号，分别是TF2和EXF2，这2中断请求信号通过逻辑“或”的关系共享一个终端请求通道。

定时器2溢出时，TF2置1，向CPU申请中断。若在定时器2工作在重装模式时候，使RCAP2H,RCAP2L的值自动装入TH2,TL2。

当EXEN2=1时，T2EX引脚的负跳变使EX2F置1，这个信号除了向CPU申请中断外，根据定时器2的工作方式，还有2个作用：一是将TH2,TL2的值装入RCAP2H，RCAP2L，称为捕获；二是将RCAP2H,RCAP2L的值装入TH2,TL2，称为重装。

TF2,EXF2必须由软件清除。

RCLK：当该位置1时，定时器2做串口接受波特率发生器，即接受时钟。否则使用定时器1做波特率发生器。

TCLK：当该位置1时，定时2做串口波特率发生器，即发送时钟。否则使用定时器1做波特率发生器。

TR2：置1时允许T2计数，置0时禁止T2计数

C/T2：置1时定时器2对T2引脚输入的脉冲计数。置0时定时器2对内部震荡信号的12分频或6分频计数。

CP/RL2：捕获/重装标志，置1时捕获，置0时重装。当定时器2做波特率发生器时，强制自动重装，不管该位状态。

捕获模式：

CKCON的X2位控制内部振荡信号是12分频还是6分频。

T2CON的C/T2位控制T2对内部脉冲计数还是对外部脉冲计数。

T2CON的TR2位启动或停止计数

T2CON的CP/RL位置1，使T2工作在捕获模式

T2CON的EXEN2置1，连接T2EX引脚到捕获控制端。

在T2EX引脚的负跳变时刻，使TH2的值捕获到RCAP2H，TL2的值捕获到RCAP2L，同时使T2CON的EXF2置1，向CPU申请中断。

当T2溢出时，T2CON的TF2置1向CPU申请中断。

捕获方式可以用来测量外部脉冲的周期。

 

自动重装模式

自动重装模式下定时器的初值由硬件自动恢复。这个特性降低了软件开销。

T2的工作在自动重装模式时计数方向可变，即定时器2即可工作在增量式计数方式，也可工作在减量式计数方式。计数方式的选择由T2MOD寄存器的DCEN位控制使能，由T2EX引脚控制计数方向。

定时器2也可以在T2(P1.0)引脚输出可编程时钟。

通过配置T2MOD寄存器选择以上功能。

 

T2MOD寄存器

地址0C9H   复位值：XXXXXX00B

7	6	5	4	3	2	1	0
-	-	-	-	-	-	T2OE	DCEN

 

位	符号	功能
T2CON.1	T2OE	定时器2输出使能
T2CON.0	DCEN	向下计数使能位，置1使能。
其他不用的位在编程时不要置1.

 

自动重装载模式

 

自动重装模式（DCEN=0）说明

CKCON的X2位控制内部振荡信号是12分频还是6分频。

T2CON的C/T2位控制T2对内部脉冲计数还是对外部脉冲计数。

T2CON的TR2位启动或停止计数

T2CON的CP/RL位置0，使T2工作在自动重装模式

T2CON的EXEN2置1，连接T2EX引脚到重装控制端。

在T2EX引脚的负跳变时刻，使RCAP2H 的值重装到TH2 ， RCAP2L 的值重装到TL2 ，同时使T2CON的EXF2置1，向CPU申请中断。

当T2溢出时，T2CON的TF2置1，使RCAP2H 的值重装到TH2 ， RCAP2L 的值重装到TL2 ，同时向CPU申请中断。

在DCEN=0时，定时器2增量式计数。

 

自动重装模式（DCEN=1）

自动重装模式（DCEN=1）说明

CKCON的X2位控制内部振荡信号是12分频还是6分频。

T2CON的C/T2位控制T2对内部脉冲计数还是对外部脉冲计数。

T2CON的TR2位启动或停止计数

T2CON的CP/RL位置0，使T2工作在自动重装模式

T2CON的EXEN2置1，连接T2EX引脚到重装控制端。

在定时器2溢出时，自动装入初值。

当T2EX=0时，定时器2减量方式计数，FFH自动装入TH2和TL2。

当T2EX=1时，定时器2增量方式计数，RCAP2H自动装入TH2，RCAP2L自动装入TL2。

 

 

波特率发生器模式

当T2CON的RCLK=1，或TCLK=1，或RCLK=TCLK=1时，定时器2做波特率发生器。

这时定时器2强制自动重装。

T2CON的C/T2=0时，定时器2对内部振荡脉冲的2分频计数。

T2CON的TR2位启动或停止T2计数

定时器2溢出时不向CPU申请中断，溢出信号16分频后做串口的发送或接收时钟。由RCLK，TCLK的状态决定。

当T2CON的EXEB2=1时，T2EX引脚可做为外部中断源，该引脚的负跳变使EXF2=1向CPU申请中断

 

 

可编程时钟输出

通过对定时器2的设置，可在T2（P10）引脚上输出频率可编程的时钟脉冲。

T2CON的设置

RCLK=TCLK=0

C/T2=0

CP/RL=0

TMOD2的T2OE=1

RCAPH2，RCAPL2的值控制输出时钟频率。

输出时钟频率=

振荡器频率/4*[65536-（RCAP2H，RCAP2H）]