單片機初級教程-單片機基礎(chǔ)(第2版)

1、第第8 8章章中斷系統(tǒng)中斷系統(tǒng) 本章要點本章要點理解中斷概念，能正確描繪單片機中斷響應(yīng)過程熟記80C51單片機的5個中斷源及其中斷入口地址能按要求正確設(shè)置特殊功能寄存器IE、IP、熟悉中斷優(yōu)先控制的方法中斷響應(yīng)及中斷處理過程中斷程序設(shè)計8.1 概述8.1.1 中斷的概念（1）現(xiàn)實生活中的中斷：某人看書某人正在處理一件事A電話鈴響出現(xiàn)另一件須立即解決的事件B暫?？磿兄故录嗀 書中作記號記錄斷點，便于接續(xù) 電話談話處理事件B繼續(xù)看書繼續(xù)事件A的工作中斷請求中斷請求保護斷點保護斷點中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)中斷返回中斷返回（2）單片機中的中斷 CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（

2、中斷發(fā)生）； CPU暫時中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）； 待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷 。80C51單片機的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點中斷請求中斷響應(yīng)執(zhí)行中斷處理程序中斷返回引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出中斷請求。中斷之后所執(zhí)行的處理程序，稱為“中斷服務(wù)”或“中斷處理子程序”，原來運行的程序為“主程序”。主程序被斷開的位置稱為“斷點”，中斷服務(wù)處理完后再回到原來被中斷的地方（即斷點），稱為中斷返回。實現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機構(gòu)）。8.1.2 引

3、進中斷技術(shù)的優(yōu)點 隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術(shù)不僅解決了快速主機與慢速I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點： 分時操作。CPU可以分時為多個I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計算機的利用率； 實時響應(yīng)。CPU能夠及時處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機事件，系統(tǒng)的實時性大大增強； 可靠性高。CPU具有處理設(shè)備故障及掉電等突發(fā)性事件能力，從而使系統(tǒng)可靠性提高。8.1.4 中斷系統(tǒng)的功能（1）中斷及返回保護斷點（把斷點處的PC值推入堆棧保留下來，硬件自動執(zhí)行）保護現(xiàn)場執(zhí)行中斷處理子程序恢復(fù)現(xiàn)場恢復(fù)斷點（RETI）8-1 中斷流程圖（2）優(yōu)先權(quán)排隊 系統(tǒng)中有多個中斷源，有時會出現(xiàn)2個或更多個中斷源同時提出中斷請

4、求的情況。 事先給各中斷源規(guī)定其優(yōu)先級別，稱為“優(yōu)先權(quán)”。 計算機按中斷源級別高低逐次響應(yīng)的過程稱“優(yōu)先權(quán)排隊”。（3）中斷嵌套圖8.2 中斷嵌套流程圖8.2 AT89S51單片機的中斷系統(tǒng)中斷過程是在硬件基礎(chǔ)上再配以相應(yīng)的軟件而實現(xiàn)的。8.2.1 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) AT89S51單片機有5個中斷源，可提供2個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷嵌套。 其中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖8.3所示，主要由幾個與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器和順序查詢邏輯電路等組成。 與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器有4個，分別為中斷源寄存器（即專用寄存器TCON、SCON的相關(guān)位）、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP。 5個中斷

5、源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定。圖8.3 AT89S51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)8.2.2 中斷源及中斷入口1. 中斷源 AT89S51的中斷源分為3類：即外部中斷、定時中斷和串行口中斷。 5個中斷源，分別為：2個外部輸入中斷源INT0（P3.2）和INT1（P3.3），2個片內(nèi)定時器T0和T1的溢出中斷源TF0（TCON.5）和TF1（TCON.7），1個片內(nèi)串行口發(fā)送和接收中斷源TI（SCON.1）和RI（SCON.0）。2. 中斷入口 當(dāng)CPU響應(yīng)某中斷源的中斷申請后，CPU將此中斷源的入口地址裝入PC，中斷服務(wù)程序即從此地址開始執(zhí)行，因而將此地址稱為“中斷入口”

6、，也稱為“中斷矢量”。8.2.3 與中斷有關(guān)的寄存器 中斷功能雖然是硬件和軟件結(jié)合的產(chǎn)物，但用戶不必了解中斷硬件電路和發(fā)生過程。對用戶來說，重點是怎樣通過軟件管理和應(yīng)用中斷功能。1.中斷允許控制寄存器 CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時/計數(shù)器T0中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA (IE.7)， CPU中斷允許（總允許）位。復(fù)位后，IE中各中斷允許位均被清0，即禁止所有中斷2.中斷

7、請求標(biāo)志寄存器 當(dāng)有中斷源發(fā)出請求時，由硬件將相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置1。在中斷請求被響應(yīng)前，相應(yīng)中斷標(biāo)志位被鎖存在特殊功能寄存器TCON或SCON中。 （1）定時器控制寄存器TCONIT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。當(dāng)IT0=0時，為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=1時，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請求標(biāo)志位。IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請求標(biāo)志位。TF0（TCON.5），定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志位。TF1（TCON.7），定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志位。(2) 串行口控制寄存器

8、SCON RI（SCON.0），串行口接收中斷標(biāo)志位。當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。同樣，RI必須由軟件清除。 TI（SCON.1），串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。當(dāng)CPU將一個發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。3.中斷優(yōu)先級寄存器IP 80C51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的 。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0（IP.1），定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設(shè)定位；P

9、X1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT1（IP.3），定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設(shè)定位；PS （IP.4），串行口優(yōu)先級設(shè)定位；PT2 (IP.5) ，定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設(shè)定位。復(fù)位后，IP全部清0，將所有中斷源設(shè)置為低優(yōu)先級中斷。 同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權(quán)排隊，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級形成，其排列如所示：8.3 中斷處理過程 中斷處理過程分為3個階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。8.3.1 中斷響應(yīng) 中斷響應(yīng)是在滿足CPU的中斷響應(yīng)條件之后，CPU對中斷源中斷請求的回答。在這一階段，CPU要完成執(zhí)行中斷服務(wù)以前的所有準(zhǔn)備

10、工作。準(zhǔn)備工作包括保護斷點和把程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的入口地址（通常稱為“矢量地址”）。1.CPU的中斷響應(yīng)條件CPU響應(yīng)中斷的條件：(1)有中斷源發(fā)出中斷申請；(2)中斷總允許位EA1，即CPU允許所有中斷源申請中斷；(3)申請中斷的中斷源的中斷允許位為1 。 以上是CPU響應(yīng)中斷的基本條件。若滿足，CPU一般會響應(yīng)中斷，但如果有下列任何一種情況存在，則中斷響應(yīng)會受到阻斷。(1)CPU正在執(zhí)行一個同級或高一級的中斷服務(wù)程序；(2)當(dāng)前的機器周期不是正在執(zhí)行指令的最后一個周期；(3)正在執(zhí)行的指令是返回（RETI）指令或者對專用寄存器IE、IP進行讀寫的指令，此時，在執(zhí)行RETI或者讀寫IE或I

11、P之后，不會馬上響應(yīng)中斷請求2.中斷響應(yīng)過程中斷響應(yīng)中的CPU自主操作：(1)置位響應(yīng)的優(yōu)先級狀態(tài)寄存器，標(biāo)明所響應(yīng)中斷的優(yōu)先級別；(2)中斷源標(biāo)志清零（TI、RI 除外）；(3)中斷斷點地址壓入堆棧保護（不保護PSW)；(4)中斷入口地址送PC，程序轉(zhuǎn)到中斷入口地址處。CPU執(zhí)行RETI指令時的自主操作：(1)優(yōu)先級狀態(tài)寄存器清零；(2)斷點地址從堆棧中彈出至PC，程序返回到斷點處繼續(xù)執(zhí)行。8.3.2 中斷處理在編寫中斷服務(wù)程序時需注意的主要事項是：（1）注意保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場 （2）在中斷入口地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令 （3）如果要禁止更高優(yōu)先級中斷源中斷，應(yīng)先關(guān)閉CPU中斷，或屏蔽

12、更高級中斷源的中斷，在中斷返回前再開放中斷。 （4）在保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場時，為了不使現(xiàn)場數(shù)據(jù)受到破壞或者造成混亂，一般規(guī)定此時CPU不響應(yīng)新的中斷請求。8.3.3 中斷返回中斷返回由專門的中斷返回指令RETI實現(xiàn)8.3.4 中斷請求的撤除（1）對定時器0或1溢出中斷標(biāo)志TF0或TF1，還有邊沿觸發(fā)的外部中斷標(biāo)志IE0或IE1 ，在CPU響應(yīng)中斷后，是硬件自動撤除的。（2)對于串行口中斷標(biāo)志TI、RI ，CPU響應(yīng)中斷后，不能用硬件清除，而要靠軟件來清除相應(yīng)的標(biāo)志。（3）只有對于電平激活的外部中斷，撤除方法較復(fù)雜。要通過硬件，再配合軟件來解決。8.3.6 擴充外部中斷源1. 利用定時器擴展外中斷

13、源法2. 中斷和查詢結(jié)合法圖8-5 多外部中斷源連接方法8.4 中斷程序的設(shè)計與應(yīng)用 與中斷有關(guān)的程序一般包含兩部分：主程序中的中斷初始化部分 以及中斷響應(yīng)后的中斷處理程序。8.4.1 中斷程序的一般設(shè)計方法 從編程的角度看，中斷控制實質(zhì)上就是對4個與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器TCON、 SCON、IE和IP進行管理和控制，它包括：CPU中斷的允許與禁止；某中斷源中斷請求的允許與禁止（屏蔽）；各中斷源優(yōu)先級別的設(shè)定（即中斷源優(yōu)先級排隊）；外部中斷請求的觸發(fā)方式設(shè)置。 中斷管理與控制程序一般不獨立編寫，而是包含在主程序中，根據(jù)需要通過幾條指令來實現(xiàn)。 圖8-6 中斷處理過程流程圖（a） 主程序框圖 （b）硬件自動完成框圖 （c）中斷服務(wù)程序框圖1主程序中的中斷初始化（1）CPU開中斷與關(guān)中斷；（2）某中斷源中斷請求的允許和禁止（屏蔽）；（3）各中斷源優(yōu)先級別的設(shè)定；（4）外部中斷請求的觸發(fā)方式。2中斷服務(wù)程序8.4.2 中斷程序應(yīng)用舉例例1、利用定時器T0定時，在P1.0端輸出一周期為20ms的方波。已知晶振頻率為12MHz。分析：利用T0定時中斷功能，對P1.0端口定時求反操作，定時時間10ms。T0中斷服務(wù)程序入口地址為000BHORG 0000H LJMP MAIN ORG 0