Система прерываний MК51

Упрощенная схема прерываний показана на рис. 4.3. В системе прерываний задействованы некоторые биты регистров TCON, IE, IP, SCON.

Внешние прерывания по входам INT0 и INT1 могут быть вызваны либо уровнем (0), либо фронтом (переход из 1 в 0) сигналов на выводах Р3.2, Р3.3, что определяется программированием битов IT0 и IT1 регистра TCON. При поступлении запроса внешнего прерывания устанавливаются флаги IE0 или IE1. При прерываниях по фронту эти флаги сбрасываются аппаратно при обращении к подпрограмме обслуживания, при прерываниях по уровню флаги очищаются при снятии запроса внешнего прерывания.

В блоке регистров специальных функций есть два регистра, предназначенных для управления режимом прерываний (IE) и уровнями приоритета (IP). Установка бита ЕА снимает общую блокировку прерываний. При ЕА=1 прерывания могут быть разрешены индивидуальными разрешениями EX0, ET0, EX1, ET1, ES. Установка одного из битов PX0, PT0, PX1, PT1, PS присваивает соответствующему источнику прерываний высший приоритет.

Прерывания от таймеров/счетчиков вызываются при их переполнении установкой флагов TF0 и TF1. Очистка этих флагов происходит автоматически при обращении к подпрограммам обслуживания. Флаги запросов прерываний приемника и передатчика последовательного порта RI и TI устанавливаются аппаратно, но сбрасываться должны программой.

Флаги IE0, IE1, TF0, TF1, RI и TI устанавливаются независимо от того, разрешено или нет соответствующее прерывание в регистре IE. Выполнение подпрограммы обслуживания с низким уровнем приоритета прерывается при поступлении запроса с высшим уровнем приоритета.

Если прерывания разрешены и сформировался соответствующий флаг, система прерываний помещает в стек содержимое счетчика команд РС и загружает в счетчик команд адрес вектора подпрограммы обслуживания. По адресу вектора обычно располагается команда безусловной передачи управления к начальному адресу подпрограммы обслуживания прерывания. Подпрограмма обслуживания должна в случае необходимости начинаться командами записи в стек (PUSH) PSW, ACC, B, DPTR и заканчиваться командами восстановления их из стека (РОР). Подпрограммы обслуживания обязательно заканчиваются командой RETI, снимающей блокировку прерываний. При выполнении подпрограммы обслуживания прерываний действует блокировка запросов прерываний от других источников. Если флаг прерывания был установлен, но не получил обслуживания и к моменту окончания блокировки уже был сброшен, то запрос прерывания теряется и нигде не запоминается.

Отметим, что после системного сброса указатель стека настроен на область первого банка регистров общего назначения. Поэтому, при использовании в программе подпрограмм, в том числе обслуживания прерываний, и банка РОН1 содержимое указателя стека необходимо модифицировать (например, MOV SP,#100).

Программа работы

1. Зафиксировать содержимое регистров, флагов и ячеек памяти микроконтроллера после загрузки эмулятора (avsim51 –c1 a). Чему равно содержимое указателя стека? Разрешены ли прерывания? На какой режим настроены таймеры? Какая установлена скорость выполнения программы?

2. Составить комментарий к программе преобразования двоичного числа, задаваемого на линиях порта Р1, в двоично-десятичное содержимое регистра DPTR:

MOV A,P1

MOV B,#100

DIV AB

MOV DPH,A

MOV A,#10

XCH A,B

DIV AB

SWAP A

ORL A,B

MOV DPL,A

В режиме Patch Code ввести текст программы в эмулятор и проверить ее работу в пошаговом (F10) режиме. Как выполняется команда деления? Какие флаги PSW изменяются при выполнении программы?

3. Записать в первые две ячейки памяти программ программу, состоящую из одной команды SJMP 0 (80 FE), и запустить ее на выполнение в автоматическом режиме. Почему не работают таймеры Т/С0 и Т/С1?

Установив TR0=1, проверить работу Т/С0 в режиме таймера (скорость счета изменяется клавишей F5) и счетчика событий (TMOD.2=1). Перепады на линии Т0 (Р3.4) формировать с помощью клавиши Insert. В каком диапазоне изменяется содержимое регистров TL0 и TH0 при работе T/C0 в режиме 0? Когда устанавливается флаг TF0?

Проверить работу Т/С1 в режиме 1. Установив TR1=1 и GATE1=1, проверить возможность аппаратного управления работой таймера уровнем сигнала на входе INT1 (P3.3).

Перевести Т/С0 в режим 2 (8-битный автоперезагружаемый таймер/счетчик). Установив (ТН0)=0D5H, проследить работу Т/С0 в режиме таймера и счетчика событий.

Перевести Т/С0 в режим 3 (TL0 и ТН0 функционируют как два независимых 8-битных счетчика). Возможно ли в этом режиме использование прерываний от Т/С1?

4. В режиме Patch Code ввести в эмулятор текст программы, при реализации которой регистры R0, R1, R2, R3, R4 фиксируют число выполнения подпрограмм обслуживания прерываний от различных источников, а аккумулятор работает в режиме двоичного счетчика:

ORG 00H

INC A

SJMP 0

ORG 03H

INC R0

RETI

ORG 0BH

INC R1

RETI

ORG 13H

INC R2

RETI

ORG 1BH

INC R3

RETI

ORG 23H

INC R4

CLR SCON.0

CLR SCON.1

RETI

Разрешить прерывания по входу INT0, установив в режиме окна ЕА=1 и ЕХ0=1. При работе программы в автоматическом режиме исследовать различие механизма обработки прерывания при IT0=0 и IT0=1 (по уровню и по срезу Р3.2).

Разрешить прерывания и по входу INT1. При IT0=IT1=0 установить INT0=INT1=0 и запустить программу. Почему не выполняется подпрограмма обслуживания прерываний по входу INT1? Повторить работу программы, установив в регистре приоритетов прерываний РХ1=1.

Разрешить все прерывания. Установить TR0=TR1=IT0= =IT1=1. Запустить программу на выполнение. Убедиться, что периодически выполняются подпрограммы обслуживания прерываний по переполнению таймеров. Что происходит при изменении содержимого буферных регистров приемника и передатчика последовательного порта SBUF? Проимитировать внешние прерывания по входам INT0 и INT1.

Остановить выполнение программы. Установить все флаги прерываний (IE0, IE1, TF0, TF1, RI и TI). Продолжить выполнение программы в пошаговом режиме. Объяснить поведение микроконтроллера. В какой момент сбрасываются флаги IE0, IE1, TF0, TF1(при передаче управления подпрограмме обслуживания или по команде RETI)? Повторить эксперимент, установив в регистре приоритетов PS=1. Объяснить новую последовательность выполнения подпрограмм обслуживания прерываний. Что будет, если при выполнении подпрограммы обслуживания прерываний пришел запрос прерываний с большим приоритетом? Нужно ли сбрасывать программно флаги TF0, TF1, RI и TI?

5. Испытать на эмуляторе работу следующей программы, формирующей в аккумуляторе двоично-десятичный код длительности импульса (единицы и десятые доли мс) на входе INT0:

ORG 00H ; RESET

MOV TH0,#156 ; Загрузка регистров Т/С0

MOV TL0,#0

MOV TMOD,#0AH ; Настройка Т/С0 на режим 2

SJMP M1

ORG 0BH ; Вектор прерывания от Т/С0

ADD A,#1 ; Подпрограмма обслуживания

DA A ; прерываний

RETI ; Возврат из подпрограммы

M1: CLR A ; Очистка аккумулятора

MOV IE,#82H ;Разрешение прерываний от Т/С0

SETB TR0 ; Запуск таймера Т/С0

SJMP $ ; Зацикливание программы

Начиная с адреса 0ВН записана подпрограмма обслуживания прерываний по таймеру Т/С0. После каждого переполнения таймера (т.е. через каждые 100 мкс при частоте кварца 12 МГц) содержимое двоично-десятичного счетчика, организованного в аккумуляторе, увеличивается на единицу. Основная программа начинается с нулевой ячейки, при выполнении обходит ячейки, занятые подпрограммой, и заканчивается командой SJMP $.

Таймер Т/С0 настраивается на режим 8-разрядного счетчика с автоперезагрузкой и возможностью аппаратного запуска логической 1 на входе INT0 (перед запуском программы на этом входе надо зафиксировать логический 0). В регистр ТН0 загружается дополнительный код числа минус 100.

Проимитировав на входе INT0 импульс длительностью 10 мс, измерить секундомером реальное время работы программы при наивысшей скорости (HI). Во сколько раз скорость воспроизведения программы с помощью эмулятора отличается от реального масштаба времени?

6. Апробировать программу, реализующую на микроконтроллере К1830ВЕ51 электронные часы с индикацией часов, минут и секунд реального времени. Все операции по решению поставленной задачи выполняет подпрограмма обслуживания прерываний. Остальное время контроллер находится в режиме зацикливания основной программы.

; Начальная установка и запуск часов в 00 00 00

ORG 00H

MOV P0,#0 ; Cчетчик часов

MOV P1,#0 ; Cчетчик минут

MOV P2,#0 ; Cчетчик секунд

MOV R0,#100 ; Начальная загрузка

MOV R1,#100 ; счетчиков генератора

MOV TH1,#9CH ; секундных импульсов

MOV TMOD,#20H ; Т/С1 в режиме 2

MOV IE,#88H ; Разрешение

; прерываний от Т/С1

SETB TR1 ; Старт таймера Т/С1

MAIN: SJMP MAIN ; Основная программа

; Подпрограмма обслуживания прерываний

ORG 1BH ; Вектор прерывания

DJNZ R0,EXIT ; Задержка в одну

MOV R0,#100 ; секунду

DJNZ R1,EXIT

MOV R1,#100

JNB T0,M1 ; Коррекция минут

JNB T1,M2 ; Коррекция часов

MOV A,P2 ; Счетчик секунд

ADD A,#1

DA A

MOV P2,A

CJNE A,#60H,EXIT

MOV P2,#0

M1: MOV A,P1 ; Счетчик минут

ADD A,#1

DA A

MOV P1,A

CJNE A,#60H,EXIT

MOV P1,#0

M2: MOV A,P0 ; Счетчик часов

ADD A,#1

DA A

MOV P0,A

CJNE A,#24H,EXIT

MOV P0,#0

EXIT: RETI ; Возврат из п/п прерываний

END

При отладке программы с помощью эмулятора ход часов замедлен. Для ускорения процессов рекомендуется в регистры R0 и R1 загружать число 3, а не 100.

После старта программы производится начальная загрузка регистров секундной задержки, а также счетчиков секунд, минут и часов. Таймер/счетчик Т/С1 настраивается на работу в режиме 2, когда TL1 работает как 8-битовый автоперезагружаемый таймер, а TH1 хранит значение, которое перезагружается в TL1 каждый раз по переполнении. Разрешаются прерывания от Т/С1, и после его запуска они происходят через каждые 100 машинных циклов (100 мкс при частоте кварца 12 МГц), вызывая выполнение подпрограммы обслуживания с начальным адресом 1ВН. Через 10000 прерываний, которые подсчитывают счетчики на регистрах R0 и R1, т.е. ежесекундно, меняется содержимое порта Р2, определяющее показания цифрового индикатора секунд.

Двоично-десятичный счетчик минут реализован c помощью порта Р1, аналогичный счетчик часов — с помощью Р0. При включении контроллера счетчики сбрасываются и на цифровые индикаторы заносятся нули. Установка реального времени производится в определенной последовательности. Сначала держат лог. 0 на входе Т1 до тех пор, пока индикаторы покажут требуемое число часов. Затем держат лог. 0 на входе Т0 до тех пор, пока не высветятся нужные цифры минут. Коррекция осуществляется подачей секундных импульсов на счетчики часов и минут.

Оценить минимальное и максимальное время выполнения подпрограммы обслуживания прерываний.

Контрольные вопросы

· Разрешены ли прерывания после системного сброса?

· Может ли быть прервано выполнение программы обработки прерывания с высоким уровнем приоритета?

· Транслировать команду JB ТF0,$+5.

· Что происходит при выполнении команды CJNE A,#40,M1?

· Какой флаг устанавливается после выполнения команды MOV SBUF,B?

· Какими командами можно загрузить в Т/С0 дополнительный код числа 10000?

Содержание отчета

Отчет должен содержать листинги отлаживаемых программ, ответы на контрольные вопросы и комментарии по ходу выполнения пунктов программы работы.