单片机实训教案课题2Word文档下载推荐.docx

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2、任务二秒脉冲计数测量的设计12课时

模块二定时/计数器和中断系统应用

任务一秒脉冲发生器的设计

组织教学：

点名

知识回顾：

回顾模块一所讲有关单片机的基础知识，包括硬件组成和软件仿真，程序设计和指令组成，

任务引入：

在我们的生活中，处处用得到定时和计数，那么在单片机这个看似弱小，实则强大的工具里，怎样设计，能够组成一个计数器呢？

在这里，要求如下：

由MSC-51单片机组成单片机最小应用系统，产生

XX高级技工学校教案XXJA—02

30

20

45

一个秒脉冲信号，控制发光二极管（LED）每一秒钟点亮一次。

任务分析：

1、用最少的元器件构成一个单片机的最小应用系统,这个在以前的学习中已多次设计，没有任何问题；

2、定时1S如何实现？

定时1S可以采用模块一的延时程序，也可以用定时中断来实现，本次任务采用定时器中断来实现，使用MCS-51单片机内部的定时/计数器，单片机内部一共有2个定时/计数器。

3、单片机产生的秒脉冲如何输出？

秒脉冲由P1.0端口输出，驱动LED每隔1S亮一次。

相关知识讲解：

一、定时/计数器结构及工作原理

1、定时/计数器的结构

MCS-51系列单片机内部提供了两个定时/计数器，分别记作定时/计数器0和定时/计数器1。

两个定时/计数器都是16位的加1计数器。

每输入一个脉冲，计数器加1。

当加到计数器各位全是1，再输入一个脉冲时，计数器全变为0，并产生溢出信号。

两个定时/计数器的16位又各由两个8位计数器组成，它们分别是专用寄存器TH0、TL0和TH1、TL1。

对这四个专用寄存器，可以如同一般的存储单元一样，读取或者写入新的数据。

2、定时/计数器功能

（1）计数功能

对外部输入脉冲计数。

两个定时/计数器都可以用于计数功能，它们计数的信号分别由芯片的两个端口引入。

定时/计数器0计数信号由芯片的T0（P3.4）端引入。

定时/计数器1计数信号由芯片的T1（P3.5）端引入。

外部输入脉冲频率不能高于单片机晶体振荡频率的1/24，因为单片机在相邻两个机器周期中采样到端口上有负跳变时，才计作输入一个脉冲。

由于输入脉冲的周期不确定，所以只能计数。

（2）定时功能

对内部机器周期脉冲计数

定时时间=计数脉冲数*机器周期时间

由于输入的脉冲是周期固定不变并已知单片机内部的机器周期脉冲，因此通过计数，就实现了定时功能。

3、中断定义

单片机主要用于实时控制，当对控制对象进行正常控制时，如果突然发生特殊情况，则CPU必须立即暂停原来正常的控制程序，并转向执行应急处理的服务程序，等应急处理完毕，再恢复到原来正常控制程序的暂停处继续执行，这样的过程称为中断，处理终端功能的部件称为中断系统。

4、中断服务子程序返回指令

中断响应是单片机相应随机的突发要求，进行相应处理，等应急处理的服务程序完毕，要进行中断返回，为区别子程序返回，中断服务子程序返回指令用“RETI”。

5、中断源

能够引发CPU终端的事件源称为中断源。

MCS-51系列单片机有定时中断（定时/计数器0和定时/计数器1）、外中断（外中断0和外中断1）和串行中断3类。

6、定时中断

MCS-51系列单片机内部的2个定时/计数器可以对外部事件进行计数，或者利用他们进行计时。

当它们计数到预定的次数或预定的时间时，通过单片机内部硬件电路将定时中断源的中断请求标志置于“1”，向CPU提出中断请求，让CPU及时作出处理。

7、定时控制寄存器TCON

（1）TCON.7TF1：

定时器1溢出标志位。

当定时器1计满数产生溢出时，由硬件自动置TF1=1。

在中断允许时，向CPU发出定时器1的中断请求，进入中断服务程序后，由硬件自动清0。

在中断屏蔽时，TF1可作查询测试用，此时只能由软件清0。

（2）TCON.6TR1：

定时器1运行控制位。

由软件置1或清0来启动或关闭定时器1。

当GATE=1，且为高电平时，TR1置1启动定时器1；

当GATE=0时，TR1置1即可启动定时器1。

（3）TCON.5TF0：

定时器0溢出标志位。

其功能及操作情况同TF1。

（4）TCON.4TR0：

定时器0运行控制位。

其功能及操作情况同TR1。

（5）TCON.3IE1：

外部中断1请求标志位。

（6）TCON.2IT1：

外部中断1触发方式选择位。

（7）TCON.1IE0：

外部中断0请求标志位。

（8）TCON.0IT0：

外部中断0触发方式选择位。

8、工作方式寄存器TMOD

（1） M1和M0：

方式选择位。

（2）C/T：

功能选择位。

当C/T=0时，设置为定时器工作方式；

当C/T=1时，设置为计数器工作方式。

（3）GATE：

门控位。

当GATE=0时，软件控制位TR0或TR1置1即可启动定时器；

当GATE=1时，软件控制位TR0或TR1须置1，同时还须（P3.2）或（P3.3）为高电平方可启动定时器，即允许外中断、启动定时器。

9、定时/计数器的工作方式

（1）．方式0

方式0构成一个13位定时/计数器。

图是定时器0在方式0时的逻辑电路结构，定时器1的结构和操作与定时器0完全相同。

（2）．方式1

定时器工作于方式1时。

由图可知，方式1构成一个16位定时/计数器，其结构与操作几乎完全与方式0相同，惟一差别是二者计数位数不同。

（3）．方式2

定时/计数器工作于方式2时，。

由图可知，方式2中，16位加法计数器的TH0和TL0具有不同功能，其中，TL0是8位计数器，TH0是重置初值的8位缓冲器。

（4）．方式3

定时/计数器工作于方式3时，其逻辑结构图如图所示。

10、中断允许控制寄存器（IE）

专用寄存器

（1）EA中断允许总控制位

EA=0，禁止所有中断；

EA=1，允许有中断，中断取决于各中断源的允许控制位。

（2）ES串行中断允许控制位。

（3）ET1和ET0定时/计数器1和0中断允许控制位。

（4）EX1和EX0外部中断1和中断0允许控制位。

二、相关指令

（1）位置位指令：

SETBC；

C置位

SETBbit；

直接寻址位置位

（2）位复位指令

CLRC；

C清零11

CLRbit；

直接寻址位清零

（3）位控制转移指令

JBCbit,rel；

若直接位＝1则转移且清除

三、中断入口地址

MCS-51系列单片机的5个中断源在程序存储器中各有固定的中断入口地址，由此进入中断服务子程序。

单片机在管理的ROM存储单元中保留了一组特殊区。

从0003H~002AH共40个单元，被均匀地分为五段。

每段8个单元，分别作为5个中断源的中断地址区。

四、定时/计数器的应用

在定时/计数器启动之前，要对定时/计数器进行初始化设置，一般要完成以下工作：

1、设置TMOD寄存器参数

通过设置TMOD参数来选定所使用的定时/计数器，确定其功能和工作方式，选择外信号是否参与启/停控制。

未被选用的定时/计数器，它对应TMOD存储器中的参数选择为零，即与抚慰后的状态相同。

2、计算计数初值

根据工作方式，计算计数初值，并装入选定的定时/计数器的TH、TL寄存器。

3、定时中断选择

（1）应用定时中断编程时，需要开启相应的中断控制位，否则将其设为禁止。

（2）若定时/计数器仅使用一次，则要在服务程序中把工作启动/停止控制位TR清为“0”，关闭定时/计数器，若连续使用时，则不改变TR位。

（3）当不使用定时中断时，即用查询溢出标志编程，无论定时/计数仅用一次还是连续使用，每次都要用指令将对应的溢出标志位清“0”。

而采用中断编程时，一旦中断响应，由硬件自动将对应的溢出标志位撤销。

（4）在连续使用时，若采用工作方式1，还需要重新装入计数初值。

任务实施：

一、单片机秒脉冲发生器硬件电路设计

用最少的外部元件，组成单片机最小控制系统。

将电路仿真器和实验台上的发光二极管连接起来。

二、软件设计

1、任务分析

（1）设定控制要控制LED发光二极管每1S亮一次，秒脉冲的周期T=1S，若每隔0.5S将P1.0端口取反，即可以在P1.0端口输出1HZ的方波。

（2）设定TMOD寄存器

用定时/计数器1，工作方式1

（3）计算计数初值

当使用6MHz晶振，用定时/计数器1工作方式1时，

最大工作时间=216*12/（6*106）=131ms

而125ms*4=0.5S，可选定时0.5S，所以定时时间取125ms，对125ms中断4次，就是0.5S。

计数初值=216-定时时间/机器周期=0BDCH

2、程序设计

定时中断程序如下：

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG001BH；

定时/计数器1中断入口地址

AJMPRT1

ORG0030H

MAIN：

MOVTMOD,#10H；

设定时/计数器1定时功能，工作方式1

MOVTH1,#0BH；

设置计数初值

MOVTL1,#0DCH；

MOVR2,#00H；

设置记录中断次数初值

SETBEA；

开启总中断允许

SETBET1；

开启定时/计数器1中断允许

SETBTR1；

启动定时/计数器1

MAIN1：

CJNER2,#04H,RT11；

判别满0.5S否

满，则记录恢复初值

RT11：

JCMAIN1；

若（R2）<

5,则继续判0.5s到否

MOVR2,#00H

CPLP1.0

XXMPMAIN1

RT1:

定时/计数器1中断服务子程序

MOVTL1,#0DCH

INCR2；

中断次数加1

RETI；

中断返回

END

三、软件调试与仿真

（1）启动KeiluVision2仿真软件，新建一个项目文件，从器件库中选择一个器件；

（2）建立一个汇编源程序文件；

（3）添加文件到当前项目组中；

（4）设置Optionsfor‘Target1’选项；

（5）编译程序文件；

（6）检查并修改原程序文件中的错误，直至编译通过为止；

（7）、仿真调试：

1）进入仿真环境；

2）熟悉存储器结构；

3）检查存储器状态；

四、实际模拟仿真

将仿真器和仿真实验台上的外部设备结合起来，将P1.0端口接至试验台上的LED发光二极管上，观察点亮情况。

任务评价

1、学生必须掌握课本所给程序的调试和仿真；

2、在满足要求的基础上，自己编程实现其他周期的脉冲发生器；

3、尝试用别的I/O来完成任务；

4、结合学生完成任务情况，给每个学生打分。

任务二脉冲计数测量

回顾任务一所讲有关单片机定时/计数器的基础知识。

在上一个任务中，我们了解到，在51系列单片机内部有两个定时/计数器，上一个任务我们已经学习了定时器，这节课，我们将通过任务来学习计数器，任务设计要求如下：

由MCS-51单片机组成单片机最小应用系统，对外部脉冲信号进行计数测量，通过8个发光二极管（LED）显示。

1、用最小的元器件构成一个单片机的最小应用系统；

2、MCS-51单片机有2个外部中断源，利用外部中断0实现对外部脉冲的测量，即每输入一个外部脉冲，引起外部中断一次。

3、单片机将测量的脉冲个数由P1端口输出，驱动LED发光二极管显示。

一、外部中断

MCS-51系列单片机可以响应2个外部中断源，分别命名为外部中断0和外部中断1。

1、信号引入脚

2个外中断源中断请求信号引入单片机的引脚为：

外中断0：

中断请求信号从P3.2端口引入

外中断1：

中断请求信号从P3.3端口引入

2、信号方式和中断请求标志

（1）信号方式

2个外中断源的中断请求信号可以任选电平方式或脉冲方式：

1）电平方式—低电平有效，即当相对应引脚上出现低电平时表示中断请求；

2）脉冲方式—负跳变有效，即当对应引脚出现由高到低的电平变化时表示中断请求。

（2）定时器控制寄存器与中断请求标志

定时器控制寄存器TCON

二、串行中断

SCON是串行口控制寄存器，其低两位TI和RI锁存串行口的发送中断标志和接收中断标志。

（1） SCON.1TI：

串行发送中断标志。

CPU将数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送，每发送完一个串行帧，硬件将使TI置位。

但CPU响应中断时并不清除TI，必须由软件清除。

三、中断优先级

1、中断优先级的概念

当多个中断源同时向CPU发出中断请求时，CPU应按照情况的紧急程度，按照优先次序来处理，最紧急的中断源请求优先处理，这就是中断优先级控制。

2、中断优先级控制寄存器（IP）

8051单片机有两个中断优先级，每个中断源都可以通过编程确定为高优先级中断或低

（1）IP.4PS：

串行口中断优先控制位。

PS=1，设定串行口为高优先级中断；

PS=0，设定串行口为低优先级中断。

（2）IP.3PT1：

定时器T1中断优先控制位。

PT1=1，设定定时器T1中断为高优先级中断；

PT1=0，设定定时器T1中断为低优先级中断。

（3）IP.2PX1：

外部中断1中断优先控制位。

PX1=1，设定外部中断1为高优先级中断；

PX1=0，设定外部中断1为低优先级中断。

（4）IP.1PT0：

定时器T0中断优先控制位。

PT0=1，设定定时器T0中断为高优先级中断；

PT0=0，设定定时器T0中断为低优先级中断。

（5）IP.0PX0：

外部中断0中断优先控制位。

PX0=1，设定外部中断0为高优先级中断；

PX0=0，设定外部中断0为低优先级中断。

当系统复位后，IP低5位全部清0，所有中断源均设定为低优先级中断。

如果几个同一优先级的中断源同时向CPU申请中断，CPU通过内部硬件查询逻辑，按自然优先级顺序确定先响应哪个中断请求。

自然优先级由硬件形成，排列如下：

中断源同级自然优先级

外部中断0最高级

定时器T0中断

外部中断1

定时器T1中断

串行口中断最低级

四、中断响应

中断响应是CPU对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址（通常称矢量地址）。

中断响应过程

中断响应过程包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址。

首先，中断系统通过硬件自动生成长调用指令（LACLL），该指

令将自动把断点地址压入堆栈保护（不保护累加器A、状态寄存器PSW和其它寄存器的内容），然后，将对应的中断入口地址装入程序

计数器PC（由硬件自动执行），使程序转向该中断入口地址，执行中断服务程序。

MCS-51系列单片机各中断源的入口地址由硬件事先设定，分配如下：

中断源入口地址

外部中断00003H

定时器T0中断000BH

外部中断10013H

定时器T1中断001BH

串行口中断0023H

使用时，通常在这些中断入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断服务程序的起始地址上去。

五、中断返回

中断返回是指中断服务完后，计算机返回原来断开的位置（即断点），继续执行原来的程序。

中断返回由中断返回指令RETI来实现。

该指令的功能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器PC，此外，还通知中断系统已完成中断处理，并同时清除优先级状态触发器。

特别要注意不能用“RET”指令代替“RETI”指令。

中断请求的撤除

巡回指导

检查并纠正

评分

CPU响应中断请求后即进入中断服务程序，在中断返回前，应撤除该中断请求，否则，会重复引起中断而导致错误。

MCS-51各中断源中断请求撤消的方法各不相同，分别为：

1）定时器中断请求的撤除

对于定时器0或1溢出中断，CPU在响应中断后即由硬件自动清除其中断标志位TF0或TF1，无需采取其它措施。

2）串行口中断请求的撤除

对于串行口中断，CPU在响应中断后，硬件不能自动清除中断请求标志位TI、RI，必须在中断服务程序中用软件将其清除。

3）外部中断请求的撤除

外部中断可分为边沿触发型和电平触发型。

对于边沿触发的外部中断0或1，CPU在响应中断后由硬件自动清除其中断标志位IE0或IE1，无需采取其它措施。

任务实施

一、硬件设计

硬件包括：

最少的元器件组成的单片机最小应用系统、外部脉冲产生和输入装置、发光二极管（LED）。

硬件的设计都是按照模块化教学设计的。

（1）利用外部中断0来实现对外部脉冲的计数测量，即每输入一个外部脉冲，引起外部中断一次。

（2）外部中断初始化设置。

1）中断允许：

中断总允许EA=1，外中断允许EX0=1

2）中断方式设置：

本任务采用脉冲方式。

2、中断控制设置

设置中断允许控制寄存器IE

设置定时器控制寄存器TCON

三、程序设计

外部中断控制编程程序如下：

AJMPMAIN

ORG0003H；

外中断0入口地址

AJMPRXO

CLRA

MOVP1,#0FFH；

发光二极管都不亮

MOVTCON,#01H；

外部中断0下降沿触发

MOVIE,#81H；

打开外部中断允许位及总中断允许位

XXMP$；

等待中断

RXO：

PUSHPSW；

保护现场

INCA；

脉冲计数

CPLA；

取反

MOVP1,A；

脉冲计数值由P1端口送发光二极管显示

POPPSW；

恢复现场

四、软件调试与仿真

五、实际模拟仿真

将仿真器和仿真实验台上的外部设备结合起来，将P1端口接至试验台上的LED发光二极管上，观察点亮情况。

XX高级技工学校教案XXJA—03

教学效果检验

课堂任务

完成所布置任务，理解讲解内容

课外任务

完成作业和练习

专业主任

签字

教学效果

评价

良好

教学反思

在实习教学中，教学是教学相长的过程，学生有时也是老师的老师，虚心学习，刻苦钻研才能教好课程，

学习小组课外活动内容