任务引入

在我们的手机、计算机里都有数字时钟，它计时精确、容易识别。那么数字时钟是如何工作的呢？本次任务我们来一起制作数字时钟吧？

任务目标

知识目标：1.进一步理解中断的概念。

2.理解定时中断的产生原理和硬件关系。

3.掌握定时中断设置方式和过程。

技能目标：1.能独立编写数字时钟的流程图和程序。

2.会对数字时钟程序进行调试。

情感目标：1.在制作任务过程中养成严谨的工作态度。

2.在任务实施过程中加强沟通，团队合作。

3.逐步培养学生建立工作的质量意识、安全意识。

任务描述

1.利用开发板，用4位数码管设计数字时钟：

1）数码管左2位为分钟显示，右2位为秒钟显示，使时钟进行1s计时工作。

2）计时从00.00开始，当秒钟为59s加1s时，分钟加一，秒钟清0；当分钟为59min加1min时，分钟和秒钟同时清0，从00.00重新计时。

2.绘制按键4位数码管计时的工作流程图和编写相关程序。

3.下载hex文件烧入单片机，完成联机调试。如图5-9所示为数字时钟显示效果。

图5-9 数字时钟显示效果

任务实施

一、任务分析

本次任务我们制作分秒时钟。其中显示数码管共4个，分别显示：分（十位）、分（个位）、秒（十位）、秒（个位），本任务利用定时中断控制进行设计制作。

设计思路：系统采用定时中断控制，中断定时50ms，首先对系统进行中断初始化：定时器初始化、显示初始化。中断程序：一秒中断进入中断程序对分秒进行检查加一，设计控制秒个位最大显示为9，秒的十位最大显示5，分的个位最大显示9，分的十位最大显示5。因此整个程序分成：程序中断初始化、显示子程序、中断子程序。

二、画程序流程图

根据任务要求画出程序流程图，如图5-10所示。

图5-10 程序流程图

三、编写程序

根据流程图和相关指令编写程序。

四、联机调试1）打开Keil软件，输入调试程序并编译生成hex文件。2）将hex文件通过双龙下载器烧入单片机并联机调试。

知识链接

一、相关知识学习

1.定时器/计数器概述

定时器/计数器是单片机硬件结构中一个重要组成部分，在单片机构成的测控系统中，常要用定时器/计数器，例如定时检测某个物理参数；按一定的时间间隔进行某种控制，对某个事件发生的次数加以计数等。硬件构成的定时器/计数器在使用上有不占用CPU时间的优点，提高了CPU的效率。

MCS—51系列单片机内部的定时器/计数器有2个（AT89S52有3个），分别称为T0、T1。它们都是十六位加1计数结构，分别由TH0和TL0及TH1和TL1两个8位计数器构成，每个定时器/计数器都具有定时和计数两种功能。定时器/计数器通过编程的方法由定时器/计数器方式寄存器TMOD设定定时器的工作方式，由定时器/计数器控制寄存器TCON启动和停止定时器/计数器，并控制其状态。

（1）定时原理

定时原理如图5-11所示。

图5-11 定时原理

定时器/计数器用作定时时，计数脉冲来自单片机的内部，每过—个机器周期产生一个计数脉冲，计数器加1，直到计数器计满溢出。由于一个机器周期由12个时钟周期组成，且时钟振荡频率是固定的，则在已知振荡频率和计数器初值时，可以计算出定时时间。计数器的频率是时钟振荡频率的1/12。

（2）计数原理

计数原理如图5-12所示。

图5-12 计数原理

定时器/计数器用作计数时，计数脉冲来自单片机的外部。外部输入脉冲每来一个负跳变（1→0），计数器加1，因此计数功能实质就是对外来脉冲进行计数。

2.定时器/计数器的控制

（1）方式寄存器TMOD

定时器/计数器的方式寄存器TMOD是8位的专用寄存器见表5-8，字节地址为89H，复位数据为00H，高4位控制T1、低4位控制T0。TMOD只能进行字节操作，不能进行位操作。

表5-8 方式寄存器TMOD

C/T：计数器或定时器选择位。1—计数器；0—定时器。GATE：门控信号。

1——定时器/计数器的启动受到双重控制，即要求TR0/TRl和

同时为高；

0——定时器/计数器的启动仅受TR0或TR1控制。

M1和M0：工作方式选择位，见表5-9。

表5-9 定时器/计数器的工作方式

（2）定时器/计数器控制寄存器TCON

TCON中与中断有关的各位已介绍，其他位的含义如下。

TR0——定时器/计数器0启动控制位。1——启动计数；0——停止计数。

TR1——定时器/计数器1启动控制位。1——启动计数；0——停止计数。

TCON复位后清0，定时器/计数器需受到软件控制才能启动计数，当计数寄存器计满时置位TF=1，即溢出中断请求标志。

3.定时器/计数器的工作方式

（1）方式0

当TMOD中M1M0=00时，定时器/计数器工作在方式0，如图5-13所示为T0方式0逻辑结构。

图5-13 T0方式0逻辑结构

方式0为13位的定时器/计数器，由TH提供高8位，TL提供低5位的计数值，满计数值2¹³，但启动前可以预置计数初值。当时，定时器/计数器为定时器，以振荡源12分频的信号作为计数脉冲；当时，则定时器/计数器为计数器，对外部脉冲输入端TO或T1输入的脉冲计数。

定时器/计数器启动后立即加1计数，当13位计数满时，TH向高位进位，此进位将中断溢出标志TF置1，产生中断请求，表示定时时间到或计数次数到。若定时器/计数器开中断（ET=1）且CPU开中断（EA=1），则当CPU转向中断子程序时，TF自动清0。

计数个数与计数初值的关系为：X=2¹³-N（X——计数初值；N——计数个数，下同）

（2）方式1

当TMOD中M1M0=01时，定时器/计数器工作在方式1，如图5-14所示为T0方式1逻辑结构。

方式1与方式0基本相同。唯一区别在于计数寄存器的位数是16位，由TH和TL存储器各提供8位。

图5-14 T0方式1逻辑结构

计数个数与计数初值的关系为：X=2¹⁶-N。

（3）方式2

当TMOD中M1M0=10时，定时器/计数器工作在方式2。方式2是8位的可自动重装载的定时器/计数器，如图5-15所示为T0方式2逻辑结构。

图5-15 T0方式2逻辑结构

在方式0和方式1中，当计数满后，若要进行下一次定时/计数，须用软件向TH和TL重装预置计数初值。方式2中TH和TL被当作两个8位计数器，计数过程中，TH寄存8位初值并保持不变，由TL进行8位计数。计数溢出时，除产生溢出中断请求外，还自动将TH中初值重装到TL，即重装载。工作方式2特别适合于用作较精确的脉冲信号发生器。

计数个数与计数初值的关系为：X=2⁸-N。

（4）方式3

方式3只适合于定时器/计数器O，如图5-16所示为T0方式3逻辑结构。

图5-16 T0方式3逻辑结构

当定时器/计数器O工作在方式3时，THO和TLO成为两个独立的计数器。这时TL0可作定时器/计数器，占用定时器/计数器0在TCON和TMOD寄存器中的控制位和标志位；而THO只能作定时器用，占用定时器/计数器1的资源TRl和TFl。在这种情况下，定时器/计数器1仍可用于方式0、1、2，但不能使用中断方式。

只有将定时器/计数器1用作串行口的波特率发生器时，定时器/计数器O才工作在方式3，以便增加一个定时器。

4.定时器/计数器的初始化

（1）初始化步骤

在使用定时器/计数器前，应对它进行编程初始化，主要是对TCON和TMOD编程，计算和装载定时器/计数器的计数初值。一般完成以下几个步骤：

1）确定定时器/计数器的工作方式——编程TMOD寄存器；

2）计算定时器/计数器中的计数初值，并装载到TH和TL；

3）定时器/计数器在中断方式工作时，须开CPU中断和源中断——编程IE寄存器；

4）启动定时器/计数器——编程TCON中TRl或TR0位。

（2）计数初值的计算

1）定时器的计数初值。定时方式时，定时时间t=（M-X）×Tosc；（M——最大计数值；Tosc——机器周期），初值X=M-t/Tosc。

在定时器方式下，定时器/计数器是对机器周期脉冲计数的，若fosc=12MHz，一个机器周期为12/fosc=1μs，所以

方式0：13位定时器最大定时间隔=2¹³×1μs=8.192ms；

方式1：16位定时器最大定时间隔=2¹³×1μs=65.536ms；

方式2：8位定时器最大定时间隔=2⁸×1μs=256μs。

若使定时器/计数器工作在定时器方式1，要求定时1ms，求计数初值。设计数初值为X，则有

（2¹⁶_-X）×1μs=1000μs或X=2¹⁶-1000。

2）计数器的计数初值。计数方式时，计数模值=M-X；初值X=M-计数模值。

在计数器方式下：(www.daowen.com)

方式0：13位计数器的满计数值：2¹³=8192；

方式1：16位计数器的满计数值：2¹⁶=65536；

方式2：8位计数器的满计数值：2⁸=256。

若使定时器/计数器工作在计数器方式2，要求计数10个脉冲的计数初值。如设计初值为X，则有

2⁸_-X=10，

即 X=2⁸-10。

二、应用举例

1.定时器实例

单片机晶振频率为6MHz，要求使用定时器1以方式1产生周期为100ms的等宽方波连续脉冲，并由P1.0输出。

计算计数初值：（2¹⁶-X）×2μs=50000μs。

求解得：X=40536，表示为二进制为9E58H。

高8位放入TH1，即TH1=9EH；

低8位放入TL1，即TL1=58H。

TMOD寄存器初始化：M1M0=01，C/T=0，GATE=0，则TMOD寄存器初始化为10H。

（1）查询方式

利用CPU不断查询溢出标志位TF1，判断定时是否到，这种方式占用了大量CPU时间，与定时器提高CPU效率相违背。

（2）中断方式

中断服务子程序：

2.定时器的扩展

在所有定时器中，最大的定时时间为方式1，它的定时时间最大为65.536ms（晶振为12MHz），那么我们定时100ms以上怎么办呢？

例如：假设系统时钟为12MHz，编写定时器T0产生1s脉冲经P1.0输出程序。

分析：定时器T0的最大定时约为65ms，1s脉冲需要在500ms时P1.0改变一次输出电平。定时需要500ms中断，这时我们可以将T0定时器设置时间为50ms，当定时到时进入中断但不改变P1.0的状态，当进入10次时即500ms再改变，就达到设计要求。控制进入次数选择指令DJNZ。

（1）主程序任务

1）T0工作方式的设定：选择方式1（16位方式），最大定时131ms，本题拟定时时长

2）定时常数的设定：X=2¹⁶-50ms/1μs=15536=3CB0H

即TH0应装3CH，TL0应装0B0H。

3）中断管理：允许T0中断，开放总中断。即IE应装82H。

4）启动定时器T0：SETBTR0。

5）设置软件计数器初值（如使用R7）。即R7应装0AH。

6）动态停机：SJMP$。

主程序如下：

（2）中断子程序任务

1）恢复T0计数初值；

2）软件计数器R7减1，并判断是否为0。若为0时，则改变P1.0状态，并恢复R7初值，中断返回；若不为0，则直接中断返回。

中断子程序如下：

完整程序如下：

注意：在定时器中对初值装入可以不计算具体的值，而采用求模和求余方式计算初值，例如以上定时器的初值可采用：

任务拓展

根据已学知识完成下列任务并调试：

1）如何设计24h倒计时时钟，试编写流程图和程序。

2）如何在编写24h倒计时时钟基础上，通过矩阵式按键改变时分秒的初值，并启动定时工作，试编写流程图和程序。

评一评

项目5 《报警器与数字时钟安装与调试》评价表

（续）

思考与练习

一、填空题

1.在查询和中断两种数据输入/输出方式中，效率较高的是。

2.外部中断1INT1的中断入口地址为。

3.MCS-51系列单片机定时器/计数器作定时和计数用时，其计数脉冲分别由和提供。

4.返回地址（或断点）是的程序计数器的内容。

5.所谓中断源即是引起中断的原因。

6.中断类似于程序中调用子程序，区别在于中断的发生是的，而调用子程序是编程员在时间上事先安排好的。

7.基本的通信方式有两种：串行方式和方式。

8.的各位对应相应的中断源，如果允许该中断源中断则该位置1，禁止中断则该位置0。

9.5个中断源的优先级别由管理，相应位置1，则该中断源优先级别高，置0则优先级别低。

10.中断处理过程分为4个阶段：中断请求、、中断处理和中断返回。

11.两个定时器/计数器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件和检测等场合。

二、选择题

1.每个中断源发出的中断请求信号，都会标记在（ ）寄存器。

A.TMOD/SCON B.TCON/PCON C.IE/TCON D.TCON/SCON

2.中断查询，查询的是（ ）。

A.中断请求信号B.中断标志

C.外中断方式控制位D.中断允许控制位

3.中断是一种（ ）。

A.资源共享技术B.数据转换技术

C.数据共享技术D.并行处理技术

4.执行“MOV IE，#81H”指令的意义是（ ）。

A.屏蔽中断源B.开放外部中断源0

C.开放外部中断源1D.开放外部中断源0或1

5.启动T1运行的指令是（ ）。

A.SETB ET0B.SETB ET1

C.SETB TR0D.SETB TR1

6.AT89S52单片机在响应中断后，需要用软件来清理的中断标志是（ ）。

A.TF0，TFlB.RI，TIC.IE0，IE1

7.（TMOD）=05H，则T0I作方式为（ ）。

A.13位计数器B.16位计数器C.13位定时器D.1位定时器

8.AT89S52单片机用来开放或禁止中断的控制寄存器是（ ）。

A.IPB.TCONC.IED.SCON

9.用MCS-51系列单片机的定时器T1作定时方式，用工作方式2，则工作方式控制字为（ ）。

A.60HB.02HC.06HD.20H

10.用MCS-51系列单片机的定时器TI作定时方式，用工作方式1，则初始化编程为（ ）。

A.MOVTOMD，#06HB.MOVTOMD，#20H

C.MOVTOMD，#10HD.MOVTOMD，#60H

11.用MCS-51系列单片机的定时器，若用软启动，应使TOMD中的（ ）。

A.GATE位置1B.C/T位置1C.GATE位置0D.C/T位置0

12.使MCS-51系列单片机的定时器T0停止计数的指令是（ ）。

A.CLRTR0B.CLRTR1C.SETBTR0D.SETBTR1

三、问答题

1.什么是中断？中断的作用是什么？

2.什么是外部中断？MCS-51系列单片机有几个外部中断源？请求信号由什么引脚引入？

3.中断优先级的顺序是什么？5个中断源的入口地址分别为什么？

四、编程题

1.用定时器T1，工作方式0，在P1.0产生周期为500μs的连续方波，时钟振荡频率为6MHz，用查询方式试编写程序。

2.单片机AT89S52的P1口接8个LED，用INT1产生中断。当主程序正常执行时，P1口接8个LED单灯左移。当进入中断状态时，P1口接8个LED将变成单灯右移，3个循环后，恢复中断前的状态，即继续执行8个LED单灯左移，延时为1s，试编写程序。

3.用I产生中断，主程序正常执行时，数码管循环显示“0～9”，每0.5s增加1。当进入中断状态时，数码管循环显示“9～0”，每0.5s减少1，1个循环之后恢复中断前的状态，试编写程序。