單片機(jī)定時(shí)器中斷原理圖解

單片機(jī)定時(shí)器中斷是我們經(jīng)常都需要用的，下面將以51單片機(jī)為例子來說明單片機(jī)定時(shí)器中斷原理。

　　80C51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)

　　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動(dòng)和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

　　中斷系統(tǒng)介紹

　　中斷系統(tǒng)是一套硬件電路，它可以在每個(gè)機(jī)器周期對(duì)所有的外設(shè)的標(biāo)志位作查詢。相比于前面的軟件查詢（if（xx＝＝1）），中斷系統(tǒng)也可以叫做硬件查詢。51的中斷系統(tǒng)可查詢以下6個(gè)標(biāo)志位。

　　IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。

　　IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　TF0（TCON.5），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　TF1（TCON.7），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。

　　RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，向CPU申請(qǐng)中斷。

　　當(dāng)中斷系統(tǒng)查詢到外設(shè)的標(biāo)志位變?yōu)?時(shí)，中斷系統(tǒng)可暫停當(dāng)前的主循環(huán)，并且將程序跳轉(zhuǎn)到用戶預(yù)先指定的函數(shù)中執(zhí)行。要啟動(dòng)中斷系統(tǒng)，必須先進(jìn)行中斷初始化，其流程如下：

　　a、是否要查詢外設(shè)標(biāo)志（EA＝0或EA＝1，EA 也叫 CPU中斷允許（總允許）位）

　　b、查詢到標(biāo)志1，是否要跳程序

　　c、跳轉(zhuǎn)的目標(biāo)函數(shù)，即中斷服務(wù)子函數(shù)

　　所以在使用定時(shí)器中斷時(shí)，我們只需要首先初始化中斷系統(tǒng)，開啟總中斷（相當(dāng)于總開關(guān)），開啟定時(shí)器對(duì)應(yīng)的控制位（相當(dāng)于支路開關(guān)），再初始化定時(shí)器即可。中斷系統(tǒng)作為單片機(jī)的外設(shè)，只有在某個(gè)中斷產(chǎn)生時(shí)才會(huì)打斷主循環(huán)，并由相應(yīng)的中斷號(hào)引入到相應(yīng)的中斷服務(wù)子函數(shù)。下圖是6個(gè)中斷標(biāo)志位的信息。

? ?80C51單片機(jī)定時(shí)器中斷原理

　　這里將涉及到單片機(jī)中斷的應(yīng)用，在cpu的一步步按照指令運(yùn)行的過程中（主程序），可能會(huì)有其它的更緊急的需要做的事情（中斷服務(wù)程序），需要cpu暫時(shí)停止當(dāng)前的程序（主程序），做完了（中斷服務(wù)程序）之后，又可以繼續(xù)去運(yùn)行先前的程序（主程序）。就像你正在吃飯，一邊又在給水桶里放水，吃著吃著，水滿了，你就得趕快去把水龍頭關(guān)掉或者換一個(gè)空的水桶，再回來吃飯。

　　單片機(jī)的定時(shí)器就像是一個(gè)水桶，你讓它啟動(dòng)了，也就是水龍頭打開了；開始裝水了；定時(shí)在每個(gè)機(jī)器周期不斷自動(dòng)加1，最后溢出了；水桶的水不斷增加，最也就滿出來了；定時(shí)器溢出時(shí)，你就要去做處理了；水桶的水滿了，你也應(yīng)該處理一下了；處理完后，單片機(jī)又可以回到剛剛開停止的地方繼續(xù)運(yùn)行；水桶處理了，先前你在做什么也可以繼續(xù)去做什么了。

　　單片機(jī)的主程序是從0x0000開始運(yùn)行的，單片機(jī)服務(wù)程序從哪里開始運(yùn)行呢？在51里，有多個(gè)中斷服務(wù)程序入口，0號(hào)入口是外中斷0，地址在0x0003；1號(hào)入口是定時(shí)器0，在 0x000B；2號(hào)入口是外中斷1；地址在0x0013，3號(hào)入口是定時(shí)器2；地址在0x001B，等等。當(dāng)中斷發(fā)生時(shí)，程序就記下當(dāng)前運(yùn)行的位置，跳到對(duì)應(yīng)的中斷入口去運(yùn)行中斷服務(wù)程序，運(yùn)行完之后，又跳回到原來的位置繼續(xù)運(yùn)行。

　　在C51中，你不用理會(huì)中斷服務(wù)程序放在哪里，會(huì)怎么跳轉(zhuǎn)。你只要把某個(gè)函數(shù)標(biāo)識(shí)為幾號(hào)中斷服務(wù)函數(shù)就可以了。在發(fā)生了對(duì)應(yīng)的中斷時(shí)，就會(huì)自動(dòng)的運(yùn)行這個(gè)函數(shù)。

　定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

　　加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來源，一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個(gè)是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿。

　　可見，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

　　設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對(duì)內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時(shí)時(shí)間t 。

　　設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測(cè)一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2 ?Us。