《單片機(jī)原理及接口技術(shù)》第五章中斷系統(tǒng)

第五章中斷系統(tǒng)中斷的基本概念MCS-51的中斷系統(tǒng)中斷源和中斷標(biāo)志中斷的允許和優(yōu)先權(quán)中斷的處理過程外部中斷源的擴(kuò)展中斷的應(yīng)用無條件傳送（顯示器）查詢傳送（打印機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器）直接數(shù)據(jù)存?。―MA）方式DirectMemoryAccess

（需DMA控制器）中斷傳送5.1微機(jī)的輸入/輸出方式日常中斷的例子返回你正在專心看書，突然電話鈴響，于是你記下正在看的書的頁數(shù)，去接電話，接完電話后再回來接著看書。5.2中斷的基本概念計(jì)算機(jī)中的中斷概念返回CPU掛起正在執(zhí)行的程序而轉(zhuǎn)去處理特殊的事件的操作。將能引起中斷的事件稱為中斷源。CPU現(xiàn)行運(yùn)行的程序稱為主程序。處理隨機(jī)事件的程序稱為中斷服務(wù)子程序。

中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)分時(shí)操作

——CPU可以同多個(gè)外設(shè)“同時(shí)”工作實(shí)時(shí)處理

——CPU及時(shí)處理隨機(jī)事件故障處理

——電源掉電、存儲(chǔ)出錯(cuò)、運(yùn)算溢出

5.389C51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中斷源中斷標(biāo)志中斷允許中斷優(yōu)先級(jí)MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中斷寄存器

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷源89C51單片機(jī)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源：?jiǎn)纹瑱C(jī)INT0或外部輸入中斷源INT0(P3.2)INT1或外部輸入中斷源INT1(P3.3)T0定時(shí)器T0的溢出T1定時(shí)器T1的溢出串行口串行口發(fā)送或接收中斷源

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷標(biāo)志CPU主程序INT0INT1T0T1串口IE0TF0IE1TF1TIRI中斷源中斷標(biāo)志位每一個(gè)中斷源都有相應(yīng)的中斷標(biāo)志位；某一個(gè)中斷源申請(qǐng)中斷，相應(yīng)中斷標(biāo)志位置1。

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷允許CPU主程序INT0INT1T0T1串口IE0TF0IE1TF1TIRI中斷源中斷標(biāo)志位

EA——總中斷允許位，EA=1開放所有中斷，EA=0，禁止所有中斷；某一個(gè)中斷源還有相應(yīng)的中斷允許位，1允許相應(yīng)中斷源的中斷，0禁止相應(yīng)中斷源的中斷。中斷允許ESET0EX0EX1ET1EA

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷優(yōu)先級(jí)CPU主程序INT0INT1T0T1串口IE0TF0IE1TF1TISI中斷源中斷標(biāo)志位

單片機(jī)中有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)中斷和低優(yōu)先級(jí)中斷，前者優(yōu)先權(quán)高于后者（在程序中設(shè)置，相應(yīng)位=1，為高優(yōu)先級(jí)）；同一優(yōu)先級(jí)別的中斷源按照自然優(yōu)先級(jí)順序確定優(yōu)先級(jí)別（硬件形成，無法改變）。中斷允許ESET0EX0EX1ET1EA自然優(yōu)先級(jí)高低優(yōu)先控制PSPT0PX0PX1PT1IE0TCONSCONINT0IT0=0IT0=1INT1IT1=0IT1=1TF0IE1TF1T0T1TIRITXDRXDESET0EX0EX1ET1EA自然優(yōu)先級(jí)矢量地址高級(jí)中斷請(qǐng)求自然優(yōu)先級(jí)矢量地址低級(jí)中斷請(qǐng)求PX0PT0PX1PT1PSIEIPMCS-51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖中斷標(biāo)志位中斷源允許總允許中斷優(yōu)先級(jí)作用：控制中斷類型、中斷的開關(guān)、中斷的優(yōu)先級(jí)TCON（6位）SCON（2位）IEIP

均可位尋址或字節(jié)尋址四個(gè)中斷控制寄存器（都是SFR）TCON寄存器——T0和T1控制寄存器TF1

TF0

IE1IT1IE0IT0TCONT1溢出中斷標(biāo)志(TCON.7):

T1啟動(dòng)計(jì)數(shù)后，計(jì)滿溢出由硬件置位TF1=1，向CPU請(qǐng)求中斷，此標(biāo)志一直保持到CPU響應(yīng)中斷后，才由硬件自動(dòng)清0。也可用軟件查詢?cè)摌?biāo)志，并由軟件清0。76543210TF1

TF0

IE1IT1IE0IT0TCON88H外部中斷INT1中斷標(biāo)志位(TCON.3)

:IE1＝1，外部中斷1向CPU申請(qǐng)中斷

外部中斷INT1觸發(fā)方式控制位(TCON.2)：

IT1=0，電平觸發(fā)方式

IT1=1,下降沿觸發(fā)方式76543210TCON寄存器——T0和T1控制寄存器注意：該寄存器可以位尋址。返回

TI(SCON.1)——串行發(fā)送中斷標(biāo)志。RI(SCON.0)——串行接收中斷標(biāo)志。

TIRISCON寄存器——串行口控制寄存器SCON98H76543210注意：該寄存器可以位尋址。IE寄存器——中斷允許寄存器

IEA8H

EA

ESET1EX1ET0EX0例：允許定時(shí)器T0中斷：

SETBEASETBET0

或MOVIE，#82H76543210注意：該寄存器可以位尋址。

51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)——高級(jí)和低級(jí)專用寄存器IP為中斷優(yōu)先級(jí)寄存器，用戶可用軟件設(shè)定相應(yīng)位為1，對(duì)應(yīng)的中斷源被設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)，相應(yīng)位為0，對(duì)應(yīng)的中斷源被設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)系統(tǒng)復(fù)位時(shí)，均為低優(yōu)先級(jí)該寄存器可以位尋址

PSPT1PX1PT0PX0IP寄存器——中斷優(yōu)先級(jí)寄存器

IPB8H

76543210

中斷處理過程分為三個(gè)階段：

中斷響應(yīng)中斷處理(又稱中斷服務(wù))中斷返回中斷響應(yīng)中斷返回5.4中斷處理過程在89C51內(nèi)部，中斷表現(xiàn)為CPU的微查詢操作，89C51的CPU在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間順序采樣每個(gè)中斷源，在下一個(gè)機(jī)器周期的S6期間按優(yōu)先級(jí)查詢中斷標(biāo)記，若查詢到某個(gè)標(biāo)記位為1，則在下一個(gè)機(jī)器周期的S1期間響應(yīng)相對(duì)的中斷，并進(jìn)行中斷處理。（CPU的自主操作）中斷響應(yīng)條件中斷響應(yīng)：在滿足CPU的中斷響應(yīng)條件之后，CPU對(duì)中斷源中斷請(qǐng)求予以處理。CPU響應(yīng)中斷的條件：有中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求；中斷總允許EA=1，即CPU開中斷；申請(qǐng)中斷的中斷源對(duì)應(yīng)的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽；無同級(jí)或更高級(jí)中斷正在被服務(wù)；當(dāng)前的指令周期已經(jīng)結(jié)束；若現(xiàn)行指令為RETI或者訪問IE或IP指令，則該指令以及緊接著的另一條指令已執(zhí)行完。89C51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級(jí)有三條原則：CPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí)別最高的中斷請(qǐng)求。正在進(jìn)行的中斷過程不能被新的同級(jí)或低優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求所中斷。正在進(jìn)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷。為了實(shí)現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)用戶不能尋址的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)高優(yōu)先級(jí)的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請(qǐng)求；另一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)低優(yōu)先級(jí)中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求。中斷響應(yīng)(以外部中斷0為例)中斷響應(yīng)過程：保護(hù)斷點(diǎn)地址；中斷響應(yīng)把程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的入口地址(通常稱矢量地址)。特別注意：這些工作是硬件自動(dòng)完成的！

斷點(diǎn)地址中斷服務(wù)子程序的入口地址外部中斷0入口地址0003ZD0AJMPORG0003HAJMPZD0ZD0中斷響應(yīng)中斷服務(wù)子程序入口地址又稱為中斷矢量或中斷向量。中斷響應(yīng)單片機(jī)中5個(gè)中斷源的矢量地址是固定的，不能改動(dòng)。斷點(diǎn)地址中斷服務(wù)子程序的入口地址程序存儲(chǔ)器ROM0000H：復(fù)位后，程序的入口地址(PC=0000H)0023H：串行口中斷入口0003H：外部中斷0入口000BH：定時(shí)器0溢出中斷入口0013H：外部中斷1入口001BH：定時(shí)器1溢出中斷入口002AH使用時(shí)，通常在這些入口地址處存放一條跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷服務(wù)程序起始地址上去！程序存儲(chǔ)器ROM0000H：復(fù)位后，程序的入口地址(PC=0000H)0023H：串行口中斷入口0003H：外部中斷0入口000BH：定時(shí)器0溢出中斷入口0013H：外部中斷1入口001BH：定時(shí)器1溢出中斷入口002AH包含T0中斷服務(wù)子程序的程序結(jié)構(gòu)：

ORG0000H AJMPMAIN

ORG000BH AJMPINTT0

ORG0100HMAIN:...INTT0:...RETIENDAJMPMAINAJMPINTT0中斷響應(yīng)時(shí)間響應(yīng)時(shí)間--從查詢中斷請(qǐng)求標(biāo)志位到轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)入口地址所需的機(jī)器周期數(shù)。（1）最快響應(yīng)時(shí)間以外部中斷為例，說明中斷響應(yīng)最短時(shí)間。從查詢中斷請(qǐng)求信號(hào)到中斷服務(wù)程序需要三個(gè)機(jī)器周期：

1個(gè)周期（查詢）＋2個(gè)周期（長(zhǎng)調(diào)用LCALL）（2）最長(zhǎng)時(shí)間若當(dāng)前指令是RET、RETI和訪問IP、IE指令，緊接著下一條是乘除指令發(fā)生，則最長(zhǎng)為8個(gè)周期：2個(gè)周期執(zhí)行當(dāng)前指令（其中含有1個(gè)周期查詢）＋4個(gè)周期乘除指令＋2個(gè)周期長(zhǎng)調(diào)用＝8個(gè)周期。中斷處理中斷服務(wù)程序從中斷子程序入口地址開始執(zhí)行，直到返回指令RETI為止，這個(gè)過程稱為中斷處理(或中斷服務(wù))。中斷服務(wù)子程序一般包括兩部分內(nèi)容，一是保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，二是處理中斷源的請(qǐng)求。中斷響應(yīng)入口地址RETI中斷處理INTT0:PUSHACC PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSW

中斷源服務(wù)

POPPSW

POPDPLPOPDPHPOPACCRETI保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)所謂現(xiàn)場(chǎng)是指中斷發(fā)生時(shí)單片微機(jī)中存儲(chǔ)單元、寄存器、特殊功能寄存器中的數(shù)據(jù)或標(biāo)志位等。在89C51中，現(xiàn)場(chǎng)一般包括累加器A、工作寄存器R0～R7以及程序狀態(tài)字PSW、DPTR等?，F(xiàn)場(chǎng)保護(hù)一定要位于中斷服務(wù)程序的前面。

在結(jié)束中斷服務(wù)程序返回?cái)帱c(diǎn)處之前要恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，與保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)的方法相對(duì)應(yīng)。而恢復(fù)斷點(diǎn)也是由硬件電路自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的，中斷服務(wù)程序的最后一條指令必須是RETI指令。中斷返回中斷返回是指中斷服務(wù)完后，計(jì)算機(jī)返回到原來暫停的位置(即斷點(diǎn))，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。中斷返回由專門的中斷返回指令RETI來實(shí)現(xiàn)。中斷響應(yīng)中斷返回中斷返回RETI指令功能：把斷點(diǎn)地址取出，送回到程序計(jì)數(shù)器PC中去。另外，它還通知中斷系統(tǒng)已完成中斷處理，將清除優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器。特別注意：不能用RET指令代替RETI指令！中斷響應(yīng)中斷返回中斷處理過程示意圖中斷源發(fā)中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)條件是否滿足？中斷是否受阻？

把PC斷點(diǎn)地址壓入堆棧

相應(yīng)中斷源的中斷入口地址送入PC，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序NYYN

由硬件自動(dòng)完成

關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷服務(wù)

開中斷

關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

開中斷中斷返回?cái)帱c(diǎn)地址由堆棧彈入PC保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的過程中不允許中斷，以免現(xiàn)場(chǎng)遭到破壞。保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)之后的開中斷是為了允許有更高級(jí)中斷打斷此中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序硬件自動(dòng)完成中斷請(qǐng)求的撤除

CPU響應(yīng)某中斷請(qǐng)求后，在中斷返回前，應(yīng)該撤除該中斷請(qǐng)求，否則會(huì)引起另一次中斷。

定時(shí)器0或1溢出：CPU在響應(yīng)中斷后，硬件清除了有關(guān)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志TFO或TF1，即中斷請(qǐng)求是自動(dòng)撤除的。

邊沿激活的外部中斷：CPU在響應(yīng)中斷后，也是用硬件自動(dòng)清除有關(guān)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE0或IE1。

串行口中斷：CPU響應(yīng)中斷后，沒有用硬件清除T1、R1，故這些中斷不能自動(dòng)撤除，而要靠軟件來清除相應(yīng)的標(biāo)志。電平觸發(fā)外部中斷撤除方法較復(fù)雜。因?yàn)樵陔娖接|發(fā)方式中，CPU響應(yīng)中斷時(shí)不會(huì)自動(dòng)清除IE1或IE0標(biāo)志，所以在響應(yīng)中斷后應(yīng)立即撤除INT0或INT1引腳上的低電平。

CPU對(duì)INT0和INT1引腳的信號(hào)不能控制，需在引腳外加硬件（如D觸發(fā)器）使其自動(dòng)撤銷外部中斷請(qǐng)求。電平激活的外部中斷源中斷標(biāo)志的撤除 電平觸發(fā)方式適合于外部中斷輸入以低電平輸入且中斷服務(wù)程序能清除外部中斷請(qǐng)求源的情況。例如，并行接口芯片8255的中斷請(qǐng)求線在接受讀或?qū)懖僮骱蠹幢粡?fù)位，因此，以其去請(qǐng)求電平觸發(fā)方式的中斷比較方便。 邊沿觸發(fā)方式適合于以負(fù)脈沖形式輸入的外部中斷請(qǐng)求，如ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號(hào)EOC為正脈沖，經(jīng)反相后就可以作為80C51的中斷輸入。外部中斷源的中斷觸發(fā)方式適用范圍編寫中斷服務(wù)程序的技巧在中斷服務(wù)程序入口處置一條無條件轉(zhuǎn)移指令軟件保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)，以免現(xiàn)場(chǎng)信息丟失CPU響應(yīng)完中斷后，硬件自動(dòng)清0中斷請(qǐng)求標(biāo)志，但串行口中斷除外程序中可以禁止高級(jí)中斷PUSH和POP應(yīng)成對(duì)使用以RETI結(jié)尾中斷系統(tǒng)初始化對(duì)IE、IP、TCON、SCON中的控制位進(jìn)行賦值開相應(yīng)中斷源的中斷允許位設(shè)定所有中斷源的優(yōu)先級(jí)若為外部中斷，應(yīng)規(guī)定中斷觸發(fā)方式練習(xí)：請(qǐng)寫出外部中斷1為低電平的中斷系統(tǒng)初始化程序。解：采用位操作指令：SETBEA

SETBEX1

；開外部中斷1SETBPX1

；令外部中斷1高優(yōu)先級(jí)CLRIT1；令外部中斷1為電平觸發(fā)采用字節(jié)操作指令：MOVIE,#84H

；開外部中斷1ORLIP,#04H

；令外部中斷1高優(yōu)先級(jí)ANLTCON,#0FBH

;令外部中斷1為電平觸發(fā)89C51的外部中斷源僅有兩個(gè)，需要時(shí)可以擴(kuò)展。擴(kuò)展方法：利用定時(shí)器擴(kuò)展中斷加軟件查詢5.5外部中斷擴(kuò)展方法1、利用定時(shí)器擴(kuò)展外部中斷源方法：（1）把89C51的T0/T1做計(jì)數(shù)器使用；（2）計(jì)數(shù)初值設(shè)為FFFFH；（3）外部中斷請(qǐng)求信號(hào)從P3.4或P3.5輸入。當(dāng)外部中斷請(qǐng)求信號(hào)有效時(shí)，使計(jì)數(shù)器加1而溢出，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求。設(shè)某用戶系統(tǒng)中已使用了兩個(gè)外部中斷源，并置定時(shí)器T1工作在模式2，作串行口波特率發(fā)生器用?，F(xiàn)要求再增加一個(gè)外部中斷源，并由P1.0輸出一個(gè)5KHz的方波。Fosc=12MHz。分析：目的：1)增加一個(gè)外部中斷；2)使P1.0輸出一個(gè)方波。條件：1）兩個(gè)外部中斷源已被使用2）定時(shí)器T1已用于串行口波特率發(fā)生器因此：可利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，使之工作在模式3，1）利用TL0擴(kuò)展外部中斷源2）利用TH0作定時(shí)器使用，輸出方波

設(shè)置初值：1)TL0=0FFH2)因?yàn)檩敵龇讲╢=5kHz，故方波周期為200us，用TH0產(chǎn)生100us的定時(shí)，故TH0的初值X=256–(定時(shí)時(shí)間/機(jī)器周期)=256-(100us*晶振頻率/12）=156設(shè)定T0工作方式，TMOD，TCON.程序：

MOVTMOD,#27H;T0:模式3，計(jì)數(shù)方式;T1:模式2，定時(shí)方式

MOVTL0,#0FFH;一旦加1，馬上溢出，申請(qǐng)中斷

MOVTH0,#156;TH0初值

MOVTH1,#data;根據(jù)波特率要求而定

MOVTL1,#data

MOVTCON,#55H;01010101MOVIE,#9FH;開放全部中斷TL0INT:MOVTL0,#0FFH;TL0重新賦值…..

RETITH0INT:MOVTH0,#156;TH0重新賦值

CPLP1.0RETI

2、中斷加查詢擴(kuò)展外部中斷源各個(gè)外中斷經(jīng)過“線或”接入到INT0或INT1上，高產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。

P1.0~P1.3用于查詢。例

如右圖所示的中斷電路可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的故障顯示。當(dāng)系統(tǒng)的各部分正常工作時(shí)，4個(gè)故障源的輸入均為低電平，顯示燈全不亮。當(dāng)有某個(gè)部分出故障時(shí)，則相應(yīng)的輸入線由低電平變?yōu)楦唠娖?，相?yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮。程序如下：

ORG0000HSJMPMAINORG0003HSJMPINTERORG0030HMAIN：ANLP1,#55HSETBEX0SETBI