51單片機中斷系統(tǒng)學習和實驗

1、51單片機中斷系統(tǒng)學習和實驗丁炳亮通過幾個實驗代碼來學習和理解教科書上關(guān)于中斷的講解，因為中斷在單片機學習中是一個非常重 要的內(nèi)容，很多代碼實現(xiàn)都要使用到中斷。之前在使用外部中斷中遇到外部下降沿觸發(fā)方式如果用按鍵 觸發(fā)會發(fā)生兩次中斷，這個問題其實很好解釋的通但是想的過程中就冒出了很多新問題，下面就是針對 自己的理解分析這些問題的。實驗一：測試在沒有開啟外部中斷允許的情況下，如果有外部低電平或下降沿 觸發(fā)，外部中斷標志位是否會置位實驗現(xiàn)象：電平觸發(fā)模式?jīng)]有開中斷時，只有低電平存在才會置位IE0標志位，當電平 變高后IE0標志位自動清零。下降沿觸發(fā)模式?jīng)]有開中斷時，觸發(fā)一次就使IE0標志位一直置位

2、，不會自動清零。如 果下降沿觸發(fā)開中斷而沒有中斷函數(shù)結(jié)果和沒開中斷一樣，只有開中斷且又有中斷函數(shù)IE0 被置位馬上就被清零（串口持續(xù)輸出IE0=0）。結(jié)論及解釋：首先了解下外部觸發(fā)的兩種方式的區(qū)別。當IT0=0時，INT0為電平觸發(fā) 方式。CPU在每個機器周期的S5P2取樣INT0引腳電平，當取樣到低電平時，置IE0=1 表示INT0向CPU請求中斷；取樣到高電平時，將IE0清0。必須注意，在電平觸發(fā)方式下， CPU響應中斷時，不能自動清除IE0標志。也就是說，IE0狀態(tài)完全由INT0狀態(tài)決定。所 以，在中斷返回前必須撤除INT0引腳的低電平。當IT0=1時，INT0為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效

3、）。CPU在每個機器周期的S5P2取樣 INT0引腳電平，如果在連續(xù)的兩個機器周期檢測到INT0引腳由高電平變?yōu)榈碗娖?，即第?個周期取樣到INT0=1，第二個周期取樣到INT0=0，則置IE0=1，產(chǎn)生中斷請求。在邊沿觸 發(fā)方式下，CPU響應中斷時，能由硬件自動清除IE0標志。注意，為保證CPU能檢測到負 跳變，INT0的高、低電平時間至少應保持1個機器周期。硬件必須在CPU響應中斷后才自動清零IE0標志，CPU響應中斷需要滿足三個條件。第 一，中斷源有中斷請求；第二，此中斷源的中斷允許位為1;第三，CPU開中斷（即EA=1）；下降沿觸發(fā)模式如果沒開中斷則達不到CPU響應中斷的條件就不能響應

4、中斷硬件也就不會 自動清零IE0標志。那為什么下降沿觸發(fā)模式?jīng)]有中斷函數(shù)的情況下也無法自動清零IE0呢?這里要考慮到中斷的響應和處理過程，我們下面了解下中斷的響應和處理過程。CPU執(zhí)行程序過程中，在每個機器周期的S5P2期間，中斷系統(tǒng)對各個中斷源進行取樣。這些取樣值在下一個機器周期內(nèi)按優(yōu)先級和內(nèi)部順序被依次查詢。如果某個中斷標志在上一 個機器周期的S5P2時被置成了 1，那么它將于現(xiàn)在的查詢周期中及時被發(fā)現(xiàn)。接著CPU便 執(zhí)行一條由中斷系統(tǒng)提供的硬件LCALL指令，轉(zhuǎn)向被稱作中斷向量的特定地址單元，進入相應的中斷服務程序。如下圖所示:若遇到下列任一條件，硬件將受阻，不能產(chǎn)生LCALL指令:CP

5、U正在處理同級或高優(yōu)先級中斷；2）當前查詢的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機器周期。即在完成所執(zhí)行指令前， 不會響應中斷，從而保證指令在執(zhí)行過程中不被打斷；3）正在執(zhí)行的指令為RET、RETI或任何訪問IE或IP寄存器的指令。即只有在這些指 令后面至少再執(zhí)行一條指令時才能接受中斷請求。若由于上述條件的阻礙中斷未能得到響應，當條件消失時該中斷標志卻已不再有效，那 么該中斷將不被響應。就是說，中斷標志曾經(jīng)有效，但未獲響應，查詢過程在下個機器周期 將重新進行。CPU響應中斷的過程如下：1）將相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器置1（以阻斷后來的同級或低級的中斷請求）；2）執(zhí)行一條硬件LCALL指令，即把程序計數(shù)

6、器PC的內(nèi)容壓入堆棧保存，再將相應的中斷服務程序的入口地址送入PC；3）執(zhí)行中斷服務程序。LCALL指令執(zhí)行中斷服務函數(shù)開始中斷響應過程的前兩步是由中斷系統(tǒng)內(nèi)部自動完成的。中斷服務程序的最后一條指令必 須是中斷返回指令RETI。RETI指令能使CPU結(jié)束中斷服務程序的執(zhí)行，返回到曾經(jīng)被中 斷過的程序處，繼續(xù)執(zhí)行主程序。RETI指令的具體功能是：1）將中斷響應時壓入堆棧保存的斷點地址從棧頂彈出送回PC，CPU從原來中斷的地方 繼續(xù)執(zhí)行程序。2）將相應中斷優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器清0，通知中斷系統(tǒng)，中斷服務程序已執(zhí)行完畢。注意，不能用RET指令代替RETI指令，因為用RET指令雖然也能控制PC返回到原 來

7、中斷的地方，但RET指令沒有清零中斷優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器的功能，中斷控制系統(tǒng)會認為中 斷仍在進行，其后果是與此同級的中斷請求將不被響應。所以中斷服務程序結(jié)束時必須使用 RETI指令。若用戶在中斷服務程序中進行了入棧操作，則在RETI指令執(zhí)行前應進行相應 的出棧操作，使棧頂指針SP與保護斷點后的值相同，即在中斷服務程序中PUSH指令與POP 指令必須成對使用，否則不能正確返回斷點。從上面的關(guān)于中斷的響應和處理過程中很容易明白如果沒有中斷服務函數(shù)，則中斷響應 后把將相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器置1以阻斷后來的同級或低級的中斷請求，沒有中斷服務函 數(shù)也就沒有RETI指令，相應的中斷優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器就不會清零。

8、這樣導致了 CPU轉(zhuǎn)入中 斷服務函數(shù)接口后沒有遇到RETI指令只能一直執(zhí)行下去直到又一次從頭開始執(zhí)行主程序， 但是相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器還是置1，以后的中斷也無法執(zhí)行，因為波動引起的第二次下 降沿觸發(fā)使IE0標志置位就不能被清零。下面我們用實驗測試二來驗證下發(fā)出中斷響應但沒 有中斷服務函數(shù)導致優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器不能清零而程序無法繼續(xù)響應中斷。實驗二：驗證發(fā)出中斷響應但沒有中斷服務函數(shù)導致優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器不能清 零而程序無法繼續(xù)響應中斷。實驗代碼1：ET0 = 1;EA = 1；TRO = 1；while(1)if(P3_5 = 0)TRO = 0;if(TFO)printf (,TF0=ln,)

9、;elseprintf (TFO=0n,);void TimeO(void) interrupt 1 I實驗代碼2：ETO = 1；EA = 1；TRO = 1；while(1)if(P3_5 = 0) TRO = 0;if(TFO)printf (,TFO=lnH);elseprintf (,TFO=On);實驗代碼3：oid main(void)InitUART();EXI = 1；EXO = 1； EA = 1;while (1);old TimeO(void) interrupt 0printf(IE0=ln);實驗代碼4：void main(void)I InitUART();EXI

10、 = 1；EXO = 1；EA = 1；while(1);void TimeO(void) interrupt 2printf(IEl=ln);實驗現(xiàn)象：實驗代碼1輸出的是“TF0=1”，關(guān)閉定時器后輸出的是“TF0=0”。實驗代碼 2輸出的是“TF0=1”，關(guān)閉定時器后輸出的是“TF0=1”。實驗代碼3先觸發(fā)外部中斷1再觸 發(fā)外部中斷0仍然可以輸出“IE0=1”。實驗代碼4如果先觸發(fā)外部中斷0再觸發(fā)外部中斷1 則沒有輸出。解釋：定時器溢出發(fā)生中斷是執(zhí)行完中斷服務函數(shù)后再清零中斷標志位的。實驗代碼1 有中斷服務函數(shù)所以運行正常。實驗代碼2沒有中斷服務函數(shù)在第一次發(fā)生中斷響應后將相 應的優(yōu)先級狀

11、態(tài)觸發(fā)器置1，CPU轉(zhuǎn)到中斷函數(shù)入口但是沒有遇到RETI所以不能清零優(yōu)先 級狀態(tài)觸發(fā)器裝置。實驗代碼3是由于外部中斷0優(yōu)先級高于外部中斷1，外部中斷1的優(yōu) 先級狀態(tài)觸發(fā)器置位不能阻止更高級的中斷響應（這里要注意：實際上在執(zhí)行中斷服務函數(shù) 如果是相同的邏輯優(yōu)先級中斷是無法嵌套執(zhí)行中斷函數(shù)的）。實驗代碼4是實驗代碼3的對照 組。實驗三：測試手動置位中斷標志位CUP是否會響應中斷？實驗代碼1：void main(void)InitUART();ITO = 0;EXO = 1;EA = 1;while(1)if(P3_5 = 0)IE0 = 1;實驗代碼2：)；void main(void)InitU

12、ART();ITO = 1；EXO = 1；EA = 1；while(1)if(P3_5 = 0)I IE0 = 1;void TimeO(void) interrupt 0printf(HIE0=ln);實驗代碼3：void main(void)I InitUART();ETO = 1;EA = 1；while(1)if(P3_5 = 0)TF0 = 1;void TimeO(void) interrupt 1j printf(TF0=ln);實驗現(xiàn)象：實驗代碼1無法通過手動置位中斷標志位來使CPU響應中斷。實驗代碼2、3可以通過 手動置位來使CPU響應中斷。解釋：很明顯除了外部低電平觸發(fā)無法通過手動置位中斷標志位使CPU發(fā)生中斷響應外其定時器和 邊沿外部觸發(fā)方