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第六章 MCS-51 中断与定时系统

6.1 MCS-51 单片机中断系统6-1-1 单片机中断技术概述

中断的概念

计算机理论中中断技术的含义：资源共享技术

中断的功能：

实现 CPU 与外部设备的速度配合；

实现实时控制；

实现故障及时发现；

实现人机联系。

2

中断处理：

现场保护，恢复现场；

开中断，关中断；

执行中断服务程序；

中断返回。

3

6-1-2 中断源

外部中断 0 ；中断请求信号来自引脚 （ P3.2 ）

外部中断 1 ；中断请求信号来自引脚 （ P3.3 ）

定时中断 0 ；

定时中断 1 ；

串行口中断。

向 CPU 发出中断请求的地方，称之为中断源。

MCS-51 单片机中断源： 3 类共 5 个。

4

外部中断请求信号来自引脚 （ P3.2 ）和 （ P3.3 ）0INT 1INT

请求方式有两种：电平方式；脉冲方式。

通过 TCON 的 IT0 、 IT1 选择，

电平方式（ IT0 （ IT1 ） =0 ）：低电平有效

脉冲方式（ IT0 （ IT1 ） =1 ）：脉冲负跳变有效

定时中断（内部中断）：满足定时、计数的需要。

定时状态，计数状态

两个 16 位寄存器。对应 T0 、 T1

（专用寄存器 8AH 、 8BH ， 8CH 、 8DH ）

寄存器溢出作为有效中断请求信号

5

串行中断（内部中断）：用于串行数据传送

串行口缓冲器 SBUF （ 8 位专用寄存器 99H ），

不能进行位寻址

MOV A ， SBUF；接收

MOV SBUF ， A；发送

6

6-1-3 中断控制

定时器控制寄存器（ TCON ）

字节地址 88H

位地址

位符号

F8 E8 D8 C8 B8 A8 89 88

1TF 1TR 0TF 0TR 1IE 1IT 0IE 0IT

功能：

定时器 / 计数器控制功能；

中断控制功能。

7

IE0 （ IE1 ）——外中断请求标志位

硬件置位——当 CPU 采样到 出现有效中断请求时。

中断响应完成，转向中断服务程序时，硬件自动清零。

)INT(INT 10

IT0 （ IT1 ）——外中断请求信号方式控制位

IT0 （ IT1 ） =1 脉冲方式（负跳变有效）；

IT0 （ IT1 ） =0 电平方式（低电平有效）。

TF0 （ IF1 ）——计数溢出标志

硬件置位——当计数器产生计数溢出时。

转向中断服务程序时，硬件清零。

8

位地址

位符号

F9 E9 D9 C9 B9 A9 99 98

1SM0SM 2SM REN 8TB 8RB TI RI

串行口控制寄存器（ SCON ）字节地址 98H

TI—— 串行口发送中断请求标志位

当发送完一帧串行数据后，硬件置位；在转向中断服务程序

后，用软件清零。

RI—— 串行口接收中断请求标志位

当接收完一帧串行数据后，硬件置位；在转向中断服务程序

后，用软件清零。

9

位地址

位符号

AF AE AD AC AB AA 9A 8A

/EA / ES 1ET 1EX 0ET 0EX

中断允许控制寄存器（ IE ） 字节地址 A8H

EA—— 中断允许总控制位

EA=0 中断总禁止；

EA=1 中断总允许

EX0 （ EX1 ）——外部中断允许控制位

EX0 （ EX1 ） =0 禁止外中断；

EX0 （ EX1 ） =1 允许外中断

10

ET0 （ ET1 ）——定时 / 计数中断允许控制位

ET0 （ ET1 ） =0 禁止定时（计数）中断；

ET0 （ ET1 ） =1 允许定时（计数）中断

ES—— 串行中断允许控制位

ES=0 禁止串行中断；

ES=1 允许串行中断

11

位地址

位符号

BF BE BD BC BB BA 9B 8B

// / PS 1PT 1PX 0PT 0PX

中断优先级控制寄存器（ IE ） 字节地址 B8H

PS—— 串行中断优先级设定位；

PT1—— 定时中断 1 优先级设定位

PT0—— 定时中断 0 优先级设定位

PX1—— 外部中断 1 优先级设定位

PX0—— 外部中断 0 优先级设定位

0 ：优先级低

1 ：优先级高

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中断优先级控制原则：

1 ）低优先级中断请求不能打断高优先级中断请求；高优先级中断请求可以打断低优先级中断请求。

2 ）如果一个中断请求已被响应，则同级的其他中断响应将被禁止。

3 ）如果同级的多个中断请求同时出现，则按 CPU 查询次序确定哪个中断请求被响应。

查询次序： 外部中断 0 定时中断 0 外部中断 1 定时中断 1 串行中断。

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6-1-4 中断响应过程

)INT(INT 10

)IE(IE 10

外部中断请求采样：（ S5P2 对中断请求引脚采样）

采样 引脚

电平方式：采样到低电平，中断请求有效， IE0 （ IE1 ）置 1

脉冲方式：在两个相邻机器周期采样到先高电平后低电平，则中断请求有效， IE0 （ IE1 ）置 1 。

)3.3P(INT),2.3P(INT 10

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内部中断请求：（定时 / 计数器中断，串行中断）

中断请求发生在单片机芯片内部，不存在中断请求采样问题直接置位相应的中断请求标志位。

定时 / 计数器 0

定时 / 计数器 1)TF(TF 10

串行发送

串行接收

TI

RI

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中断查询

当中断源有了有效的中断请求信号，并将其锁定在相应的

中断请求标志位中， CPU 通过对这些标志位的查询，感知

中断请求。

MCS-51 单片机在每个机器周期的 S6 状态按中断优先级次序

对中断请求标志位进行查询。

查询有标志位为 1 ，在紧接的下一个机器周期开始中断响应。

中断查询与响应

16

由硬件自动生成一条 LCALL 长调用指令。

LCALL addr16 （指向相应中断入口地址）

对于外部中断 0 响应

LCALL 0003H存在下列情况之一，中断响应无法进行

1 ） CPU 正在处于一个同级或高级的中断服务中；

2 ）查询中断请求的机器周期不是当前执行指令的最后一个

机器周期；

3 ）当前指令是返回指令（ RET ， RET1 ）或访问 IE ， IP 指令。

中断响应时间： 3~8 个机器周期

中断响应

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6-1-5 中断请求的撤消

1 ）定时器 / 计数器中断硬件撤除；

中断响应后自动清 TF0 （ TF1 ）标志位。

2 ）外部中断自动与强制撤除；

中断响应后硬件自动清 IE0 （ IE1 ）标志位

脉冲请求方式，自动撤除；

电平请求方式强制撤除。

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Q

SD

D

CP

0.1P

0INT

请求信号

外部中断

电平方式外部中断请求撤除电路

电平方式外部中断请求信号的真正撤除，是通过软件实现的

3 ）串行中断软件撤除

标志位 TI ， RI 不能通过硬件清零。只能在中断响应后用软件

清除。

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6-2 MCS-51 单片机的定时器 / 计数器6-2-1 定时方法概述

软件定时：执行一个循环程序进行时间延迟。定时准确，不需要外加硬件电路，但增加 CPU 开销。

硬件定时：通过硬件电路实现定时，不占用 CPU 时间，但使用不够方便。

可编程定时器定时：通过对系统时钟脉冲的计数实现定时。计数值通过程序设定，定时准确，使用方便灵活。

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6-2-2 定时器 / 计数器的定时和计数功能

MCS-51 系列单片机有两个可编程定时器 / 计数器： T0 、T1 ，

16 位寄存器，加法计数结构，地址为：

T0 （ TH0 ， TL0 ）： 8CH ， 8AH

T1 （ TH1 ， TL0 ）： 8DH ， 8BH

特殊功能寄存器

每个寄存器（ T0 ， T1 ）都具有定时和计数功能

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MCS-51 定时 / 计数器核心是一个 16 位计数器（寄存器）。

加 1 信号来源：外部计数脉冲、内部时钟脉冲。

信号来源方式：由特殊功能寄存器 TMOD 设置位 C/T 确定。

，计数方式（外部）；

，定时方式（内部）。0T/C

1T/C

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定时方式：

MCS-51 典型的指令周期（执行一条指令的时间）为一个

机器周期。机器频率是振荡频率的 12 分频。

主频为 12MHz，机器周期为 1μs，也就是说 12M晶振时，

每 1μs定时寄存器完成加 1操作。

一旦振荡周期确定，机器周期亦确定。

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计数方式

计数脉冲来源于 T0（ P3.4）、 T1 （ P3.5 ）口。当检测

到输入引脚的电平由高跳变到低时，计数器加 1 。

采样（ S5P2 ）、加 1 （ S3P1 ）操作。发生在两个机器周期，

因此需要 2个机器周期才能识别一个从“ 1”到“ 0”的

跳变。最高计数频率为振荡频率 1/24，计数频率周期必须

大于 2μs 才能满足作为计数脉冲。

24

6-2-3 MCS-51 定时 / 计数器控制与状态寄存器

工作方式控制寄存器 TMOD （状态寄存器）

GATE TC/ 1M 0M 0M1MTC/GATE

0计数器定时 / 1计数器定时 /

7 6 5 4 3 2 1 0

字节地址 89H （不可以位寻址）

25

M1M0 为操作方式选择位

11

10

01

00

3

2

1

0

方式

方式

方式

方式

无效位计数器，分成两个

位计数器自动再装入

位计数器

位计数器

1T80T

8

16

13

0M1M 操作方式 功能说明

：选择定时 / 计数器模式 ，计数模式； ，定时模式GATE ：选通控制GATE=0 ，选通， 通过 TRX启动定时器。

GATE=1 ， 端口高电平，通过 TRX启动定时器。XINT

0T/C 1T/C

T/C

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启停与中断控制寄存器 TCON （控制寄存器）

字节地址 88H

1TF 1TR 0TF 0TR 0IT0IE1IT1IE

7 6 5 4 3 2 1 0

TCON 由定时 / 计数器和中断系统合用。

TR0 ：定时 / 计数器 0 启停控制位

由软件控制定时 / 计数器 0 的启动 /停止。

TR1 ：定时 / 计数器 1 启停控制位

由软件控制定时 / 计数器 1 的启动 /停止。

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TF0 ：定时 / 计数器 0 中断请求标志位

当定时 / 计数器 0 计数回 0 时，由内部硬件置位 TF0 （ TF0=

1 ），请求中断。中断服务程序一旦执行，硬件自动清 0 （ T

F0=0 ）。

TF1 ：定时 / 计数器 1 中断请求标志位

当定时 / 计数器 1 计数回 0 时，由内部硬件置位 TF1 （ TF1=

1 ），请求中断。中断服务程序一旦执行，硬件自动清 0 （ T

F1=0 ）。

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IE0 ：外部中断 0 中断请求标志IT0=1 ， 负跳变触发中断，硬件置 IE0=1 ，当转向中断服务程序后，硬件自动清 IE0=0 。IT0=0 ， 低电平触发中断。硬件置 IE0=1 ，当转向中断服务程序后，硬件自动清 IE0=0 。

IE1 ：外部中断 1 中断请求标志IT1=1 ， 负跳变触发中断，硬件置 IE1=1 ，当转向中断服务程序后，硬件自动清 IE1=0 。IT1=0 ， 低电平触发中断。硬件置 IE1=1 ，当转向中断服务程序后，硬件自动清 IE1=0 。

0INT

0INT

1INT

1INT

29

IT0 ：外部中断 0 触发方式控制位软件设置。 IT0=1 ，外部中断 ，发生 10 跳变，产生

中断请求，向主机申请中断。 IT0=0 ，则 端口低电平

触发中断。

IT1 ：外部中断 1 触发方式控制位软件设置。 IT1=1 ，外部中断 ，发生 10 跳变，产生

中断请求，向主机申请中断。 IT1=0 ，则 端口低电平

触发中断。以上后四项用于中断系统。

TCON 可位寻址，其位地址为 88H—8FH 。

1INT

0INT

0INT

1INT

30

4-3 定时 / 计数器的工作方式设置 （ TMOD 寄存器）选择定时模式还是计数模式 ;

对 M1M0 的设置，用于选择 T0 、 T1 的四种操作（工作）方

式。

TL0 、 TL1 ， TH0 、 TH1 两对定时 / 计数器

T/C

31

（ 1 ）定时 / 计数方式 0 （ 13 位计数器）

以定时 / 计数器 0 （ T0 ）为例

TH0全部 8 位， TL0 低 5 位构成 13 位定时 / 计数器。

当 时（定时方式），开关接至振荡 12分频输出；

当 时（计数方式），开关接通 T0 （ P3.4 ）当计数

脉冲发生负跳变计数器加 1 。

0T/C

1T/C

32

)( bit80TH )( bit50TL

0TF

&

1 ≥1

分频12

0=TC/

1=TC/

).( 43P0T

0TR

GATE

0INT).( 23P

OSC

控制

中断请求

计数示意图方式位定时 /13 0

33

定时 / 计数方式 1 （ 16 位计数器）

逻辑结构和方式 0 完全一样，只是 TL 是 8 位计数

器。

计数范围 1—65536

如晶振 6MHz ，最小定时时间为： 2s （机器周

期）

最大定时时间为： 131ms 。

34

定时 / 计数方式 2 （自动再装入 8 位计数器）

THx ， TLx 相互独立（ x=0 ， 1 ）。

TLx作为 8 位计数器， THx 是初值寄存器。 TL

x 溢出后，置 TFx申请中断。 THx初值重新装

入 TLx 。只需通过软件设置一次，启动后无限

次定时 / 计数运行。（自动进行下一次）

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定时 / 计数方式 3 （ T0分成两个 8 位计数器， T1无效）

将 T0分成两个独立的 8 位计数器。 TL0组成完整的8 位定时 / 计数器；既能定时，又能计数。TH0 只能组成 8 位定时器（内部脉冲）。只能定时。TL0 占用 T0全部控制信号及中断请求标志位（ TR0 、TF0等）TH0 只能借用 TR1 和 TF1 。P3.5 口 (T1 外部计数脉冲输入口 ) 不能占用。

36

4-4 定时 / 计数器应用

基本步骤：

工作方式控制字（ TMOD ）的设置；

计数初值的计算并装入 THx 、 TLx ；

中断允许位 Etx 、 EA 的设置，使主机开放中断；

启 /停位 TRx 的设置。

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定时应用有查询、中断两种方式。

计数初值的确定

在方式 0 下，当为计数方式时，计数值范围 1—8192 （ 213 ）

在方式 1 下，当为计数方式时，计数值范围 1—65536 （ 216 ）

在方式 2 下，当为计数方式时，计数值范围 1—256 （ 28 ）

38

当为定时方式时，

定时时间：（ 2n – 计数初值） * 机器周期

晶振机器周期 12

机器周期定时时间

计数初值 -n2=

39

在方式 0 下

最小定时时间为： 2s

最大定时时间为： 16384s （ 8192*2 ）

在方式 1 下

最小定时时间为： 2s

最大定时时间为： 131ms （ 65536*2 ）

如晶振周期 6MHz ，机器周期为 2s 。

40

例题：生成周期为 500 s 的等宽正方波。机器晶振

6MHz 。使用 T1 以方式 0工作，由 P1.0输出

500 s

机器周期： 2 s 。定时时间 250 s 。

以 250 s 为周期在 P1.0端交替输出高低电平。

41

机器周期定时时间

计数初值 -n2=

806712581922

2502X 13

8067-4096=3971 1

3971-2048=1923 1

1923-1024=899 1

899-512=387 1

387-256=131 1

131-128=3 1

64 0

32 0

16 0

8 0

4 0

二进制表示：

1111110000011

H035

FCH8

位低

位高

H031TL,H035

FCH1TH,FCH8

位低

位高

42

程序设计（查询方式）： MOV TMOD ， #00H ；设置 T1

MOV TH1 ， #0FCH ；计数初值

MOV TL1 ， #03H ；

MOV IE ， #00H ；禁止中断

SETB TR1 ；启动定时

LOOP ： JBC TF1 ， LOOP1 ；查询计数溢出

AJMP LOOP

LOOP1 ： MOV TH1 ， #FCH ；重新设置计数初值

MOV TL1 ， #03H ；

CLR TF1 ；清溢出标志

CPL P1.0 ；输出

AJMP LOOP ；重复循环

43

定时工作方式 1 （ 16 位计数器）

T1 ，通过中断方式完成

65411125655362

2502X 16

H1A1TL,H1A8

FFH1TH,FFH8

位低

位高0001,1010,1111,1111

44

MOV TMOD ， #10H ；设置 T1

MOV TH1 ， #0FFH ；计数初值

MOV TL1 ， #0A1H ；

SETB EA ；开中断

SETB ET1 ； T1 允许中断

LOOP ： SETB TR1 ；定时开始

HERE ： SJMP HERE

INIT ： MOV TH1 ， #0FFH ；重新设置计数初值

MOV TL1 ， #0A1H ；

CPL P1.0 ；输出

RET1 ；中断返回

程序设计（中断方式）：

45

使用 T1 ，以工作方式 1 ，定时5秒

定时 100ms ，循环 50 次，进入中断服务程序。