中斷原理

5.4.1 MCS-51 計時 計數器

MCS-51 內部有兩組十六位元計時/計數器、計時/計數器 0

(TIMER/COUNTER0)及計時/計數器 1(TIMER/COUNTER1)，以後說明簡稱 Timer 0，Timer 1，MCS-52 內部計時/計數器除了 Timer 0，Timer 1 外尚增加一組計時/計數器 2(TIMER/COUNTER2)以後說明簡稱 Timer 2。

以上三組計時/計數器均可經由軟體規劃成計數器或者是計時器。

Timer 0，Timer 1 不管是執行計時器或者是計數器，均可各別規劃 成下列四種工作模式：

 Timer1 停止計時/計數工作。

Timer0，Timer1 在模式 0，模式 1 及模式 2 中使用方法均相同，在 模式 3 中 Timer0 為兩組獨立可同時工作 8 位元計時/計數器而 Timer 1 進入模式 3 便停止 Timer 1 計時/計數的工作。

Timer 0 與 Timer 1 規劃步驟

在規劃 Timer 0、Timer 1 時，必須使用到特殊功能暫存器(SFR)中 計時/計數器模式控制暫存器(TMOD)，計時/計數器控制暫存器(TCON)及 計時/計數器(TH0，TL0)、(TH1，TL1)。在以後說明中，若 Timer 0、Timer 均有的暫存器或位元，由於其特性均一樣，我們將以 x(x:0 或 1)表示

表 5-1 TMOD 暫存器位元功能表

TMOD:計時/計數器模式控制暫存器(Timer/Counter Mode Control Register)

位址：89H（不可位元定址）

表 5-2 TCON 暫存器位元功能表

TCON：計時/計數器控制暫存器(Timer/Counter Control Register)

位址：88H（可位元定址）

B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 TFX(X：0、1)：計時/計數器 X 之溢位旗標，溢位時硬體自動設定

為 1。當執行計時/計數器 X 之中斷程式時，硬體 會自動將溢位旗標清除，否則需由軟體清除。

TRX(X：0、1)：計時/計數器 X 之啟動位元，由軟體設定為 1 時自 動啟動，清除為 0 時關閉。

IEX(X：0、1)：外部中斷 X 之中斷旗號，當外部中斷信號（由 P3.2 或 P3.3 接腳輸入）被偵測時，硬體會自動設定為 1，

當執行外部中斷服務程式時，硬體自動清除為 0。

ITX(X：0、1)：規劃外部中斷信號觸發型態 ITX=0 低準位觸發。

ITX=1 負緣（1→0）觸發。

圖 5-5 計時/計數器控制邏輯電路圖

表 5-3 第四行，若 TRX 設定為 1，GATE 設定為 1，當INTX^_______為 0 時則

c.INTX^_______=1(外部輸入信號) 計時/計數脈波源的選擇：

一、C/T^__=0(TMOD)：選擇計時脈波，計時脈波頻率為 fosc/12。

二、C/T^__=1(TMOD)：選擇計數脈波，計數 T0(T1)的脈波頻率。

解：十六位元計數器，最高計數值為 2^16=(65536)D(D 表十進制)預定 計數 5000，而計數器為上數方式。所以(TH0，TH1)之初始值為

2^16-5000=65536-5000=(60536)D (60536)D=(EC78)H(H 表十六進制) TH0=(EC)H，TL0=(78)H

#<(2^16-5000)表示將(2^16-5000)運算後取十六進制的 Low Byte 值 (78)H

#>(2^16-5000)表示將(2^16-5000)運算後取十六進制的 High Byte 值 (EC)H

或

MOV TL0,#(2**16-5000)˙MOD˙256 MOV TH0,#(2**16-5000)/256

2^16-5000=60536=236×256+120

#(2^16-5000)/256 表示取運算完後的商數(236)D=(EC)H

#(2^16-5000)˙MOD˙256 表示取運算完後的餘數(120)D=(78)H 計時/計數器四種工作模式說明如下：

模式 0

模式 0 為 13 位元計時/計數器，電路結構圖如圖 5-6 所示。圖中控 制邏輯電路與圖 5-5 所示一樣，因此啟動方式及脈波源的選擇，請參考 表 4-3。由於 TLX 為低 5 位元(B4~B0)，只能計數 2^5=32 個脈波，因此

計時時間/計數目的計算略有不同。

例如：要設計計數 5000 個脈波，則(TLX,THX)的初始值為 TLX=(2^13-5000)˙MOD˙32

THX=(2^13-5000)/32 若使用 Timer0 則程式

MOV TL0,#(2**13-5000)˙MOD˙32 MOV TH0,#(2**13-5000)/32

若使用 Timer1 則程式

MOV TL1,#(2**13-5000)˙MOD˙32 MOV TH1,#(2**13-5000)/32

圖 5-6 計時/計數器 1 模式 0 結構圖

模式 1

模式 1 為 16 位元計時/計數器，電路結構圖如圖 5-7 所示。模式 1 和模式 0 除了計數暫存器位元長度不同外，(模式 0 為 13 位元)，其餘 動作方式均相同，請參考模式 0。

圖 5-7 計時/計數器 1 模式 1 結構圖

模式 2

模式 2 為 8 位元自動載入計時/計數器，電路結構圖如圖 5-8 所示。

圖中控制邏輯電路與圖 5-5 所示一樣，啟動方法及脈波源的選擇，請參 考表 5-3。TLX 為執行計數脈波的計數器，而 THX 則存放計數暫存器之 初始值，當 TLX 計數器溢位時，硬體除了設定溢位溢味旗號外(TFX=1) 會自動將 THX 的值載入到 TLX 中。

圖 5-8 計時/計數器 1 模式 2 結構圖

模式 3

模式 3 工作情形較特殊，計時/計數器 0 分成兩個獨立的 8 位元計

時/計數器，電路結構圖如圖 5-9 所示。TLO 使用計時/計數器 0 的控制 位元INT0^_______，GATE，TR0，C/T^__及 TF0，可規劃成計時器或計數器。TH0 則 由 TR1 控制啟動/停止只能當作計時器，TH0 溢位時 TF1 設定為 1 要求中 斷。

雖然當計時/計數器 0 在模式 3 時使用 TR1 及 TF1 控制位元，但計 時/計數器 1 仍可執行只是溢位時無法產生中斷請求，計時/計數器 1 採 用進入/離開模式 3 方式來停止/啟動計時/計數器 1 的工作。

圖 5-9 計時/計數器 0 模式 3 結構圖

5.4.2 中斷

MCS-51 有五種中斷源，MCS-52 則有 6 種中斷源，各中斷源由中斷 致能暫存器(IE; Interrupt Enable Register)及中斷優先權暫存器(IP;

Interrupt Priority Register)控制、各暫存器功能依序說明如下：

中斷致能暫存器(IE; Interrupt Enable Register)

中斷致能暫存器的位元格式及功能如表 5-3 所示。EA 元控制所有的 中斷致能/禁能，當 EA=0，則禁止所有中斷 MCS-51/52 不接受中斷處理。

當 EA=1，MCS-51/52 可以接受中斷處理。各中斷源由相對中斷控制元決 定中斷能力，例如當 ET0=0 時，雖然計時/計數器 0 溢位 TF0=1，也無法 執行計時/計數器 0 中斷處理，若 ET0=1，當 TF0=1 會執行計時/計數器 0 中斷處理，各位元被清除為 0，因此要執行中斷功能時必須由軟體加 以設定。

表 5-3 IE 暫存器位元功能表

IE：中斷致能暫存器(Interrupt Enable Register) 位址：A8H（可位元定址）

中斷優先權暫存器(IP；INTERRUPT PRIORITY REGISTER)

中斷優先權暫存器的位元格式及功能表如表 5-4 所示，預設的中斷

IP：中斷優先權暫存器(Interrupt Enable Register) 位址：B8H（可位元定址）

表 5-5 中斷優先順序表

中斷源 優先順序 IE0 1（最高優先）

TF0 2 IE1 3 TF1 4 RI 或 TI 5 TF2 或 EXF2 6（最低優先）

MCS-51/52 中斷控制系統如下圖所示。

圖 5-10 MCS-51/52 中斷控制架構

各中斷源使用說明如下：

1.外部中斷

週邊介面 IC(如 8279、8255)的中斷請求信號，由INT0^_______(P3.2)或INT1^_______

(P3.3)進入 MCS51/52，外部中斷INT0^_______、INT1^_______的中斷觸發型態由 TCON 的 IT0、IT1 位元規劃成準位觸發或負緣觸發。

若 IT0(IT1)=1 為負緣觸發，當INT0^_______ (INT1^_______)接腳信號由 Hi 降成 Low(負緣)時，硬體自動將 TCON 的 IE0(IE1)位元設定為 1(具閂鎖作 用)，一直等到 CPU 跳到中斷向量位址 0003H(0013H)執行中斷副程式後 硬體自動將 IE0(IE1)清除為 0。由於硬體架構原故，外部中斷請求信號 在負緣之前的高電位信號要維持一個機械週期，負緣之後的低電位信號 最少要維持一個機械週期(震盪頻率為 12MHz 時，一個機械週期為 1μS)

若 IT0(IT1)=0 時，為低電位觸發，INT0^_______ (INT1^_______)接腳的電位信號必 須維持低電位直到 CPU 執行中斷為止，若 CPU 執行中斷之前，接腳信號

ORG 0BH ;假指令，表示以下指令從000BH放起 JMP Address Of ISR ;跳到中斷服務程式位址

……

MOV TMOD,#00000001b ;將計時器0設定為16位元計時模式 MOV IE,#10000010b ;致能計時器0中斷

MOV TH0,#>(2**16-50000) ;這兩行設定計時50ms

MOV TL0,#<(2**16-50000) ;在50ms之後溢位，TF0變為1

……

MOV TCON,#00010000b ;啟動計時器0

;啟動計時器0也可用以下指令 SETB TR0

計時器中斷最長的中斷間隔為65536μs，也就是約65ms，因此我們 將每次中斷的間隔時間設為50ms，並設一計數器COUNTER，每次的中斷 發生時都在中斷服務程式中將COUNTER值加一。等到COUNTER的值為20 時，便將方塊下移，並將COUNTER設為0。

下頁圖5-11為本次專題中斷程式的流程圖。

圖 5-11 中斷程式流程圖