單片機(jī)技術(shù)與項(xiàng)目訓(xùn)練 課件 第4章 單片機(jī)中斷系統(tǒng)

單片機(jī)中斷系統(tǒng)第4章

中斷系統(tǒng)是為了使單片機(jī)對(duì)外部或內(nèi)部隨機(jī)發(fā)生的事件能及時(shí)處理而設(shè)置的。中斷功能的存在在很大程度上增強(qiáng)了單片機(jī)處理突發(fā)事件的能力。本章從中斷的概念、中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、中斷允許與中斷優(yōu)先級(jí)的控制、響應(yīng)中斷請(qǐng)求的條件、外部中斷的響應(yīng)時(shí)間、外部中斷的觸發(fā)方式選擇、中斷服務(wù)子程序的設(shè)計(jì)和多外部中斷源擴(kuò)展設(shè)計(jì)等方面對(duì)中斷進(jìn)行介紹。引言目錄中斷概述1外部中斷應(yīng)用2本章小結(jié)3本章習(xí)題4行業(yè)PPT模板/hangye/4.1

中斷概述4.1.1中斷的概念

CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）；

CPU暫時(shí)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。

（a）中斷流程

（b）中斷嵌套流程4.1.28051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)及與中斷有關(guān)的SFR1、8051系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

8051系列單片機(jī)共有5個(gè)中斷源：兩個(gè)外部中斷和、兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0和T1，以及一個(gè)串口（分為兩個(gè)優(yōu)先級(jí)）。4.1.28051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)及與中斷有關(guān)的SFRIT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。當(dāng)IT0=0時(shí)，為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=1時(shí)，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請(qǐng)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(qǐng)求標(biāo)志位。TF0（TCON.5），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位TF1（TCON.7），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。TCOND7D6D5D4D3D2D1D0位定義TF1—TF0—IE1IT1IE0IT02、與中斷系統(tǒng)有關(guān)的SFR（1）TCON（TimerControl）——中斷控制寄存器TCON中含有與定時(shí)器和外部中斷有關(guān)的標(biāo)志位。TCON的字節(jié)地址是88H，可以進(jìn)行位尋址和位操作。（2）IE（InterruptEnable）——中斷允許控制寄存器

CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)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(shí)/計(jì)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(shí)/計(jì)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。4.1.28051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)及與中斷有關(guān)的SFRIED7D6D5D4D3D2D1D0位定義EA——ESET1EX1ET0EX0（3）IP（InterruptPriority）——中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器8051單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都是由中斷優(yōu)先級(jí)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(jí)設(shè)定位；PT0（IP.1），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT1（IP.3），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PS（IP.4），串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位；PT2(IP.5)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。4.1.28051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)及與中斷有關(guān)的SFRIPD7D6D5D4D3D2D1D0位定義———PSPT1PX1PT0PX0

中斷源有請(qǐng)求時(shí)會(huì)產(chǎn)生請(qǐng)求標(biāo)志，如果中斷是被允許的，那么CPU會(huì)響應(yīng)該中斷，響應(yīng)中斷時(shí)，PC轉(zhuǎn)移到該中斷向量地址（也稱入口地址）處運(yùn)行程序。8051單片機(jī)中斷源的入口地址固定在程序存儲(chǔ)器開頭的一段范圍內(nèi)（0003H～002BH），具體地址如下表所示。中斷源入口地址中斷編號(hào)0003H0T0000BH10013H2T1001BH3串口0023H43．中斷源向量地址4.1.28051系列單片機(jī)中斷系統(tǒng)及與中斷有關(guān)的SFR4.1.3中斷處理過程

中斷是一個(gè)過程，整個(gè)過程可以分為以下幾步：中斷請(qǐng)求、中斷響應(yīng)、中斷服務(wù)和中斷返回。1、中斷請(qǐng)求

中斷源只有在有中斷請(qǐng)求時(shí)，CPU才可能響應(yīng)它，不同的中斷源產(chǎn)生中斷請(qǐng)求的方式是不同的。中斷源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志由內(nèi)部硬件電路自動(dòng)置為“1”，CPU在執(zhí)行指令的每個(gè)機(jī)器周期里都會(huì)查詢這些中斷請(qǐng)求標(biāo)志，如果查詢到某個(gè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志為“1”，那么CPU就可能響應(yīng)該中斷源的中斷請(qǐng)求。2、中斷響應(yīng)

有了中斷請(qǐng)求，CPU要響應(yīng)它還必須滿足以下幾個(gè)條件。

第一，該中斷源的中斷請(qǐng)求已經(jīng)被允許，即對(duì)應(yīng)的中斷允許標(biāo)志和總的中斷允許標(biāo)志EA都被設(shè)置為“1”。

第二，CPU此時(shí)沒有響應(yīng)同級(jí)或高級(jí)中斷。如果已經(jīng)有中斷服務(wù)程序在運(yùn)行，CPU不會(huì)響應(yīng)新的同級(jí)中斷請(qǐng)求，但可以響應(yīng)高級(jí)中斷。如果正在執(zhí)行高級(jí)中斷服務(wù)程序，那么單片機(jī)也不會(huì)響應(yīng)任何中斷。

第三，CPU正處于執(zhí)行某一條指令的最后一個(gè)機(jī)器周期。如果不是，就只有等到該條指令執(zhí)行完才能響應(yīng)。

第四，如果正在執(zhí)行的指令是對(duì)IE、IP進(jìn)行訪問的指令或中斷返回指令RETI，則只有等該指令執(zhí)行完再執(zhí)行一條其他指令才會(huì)響應(yīng)中斷請(qǐng)求。CPU在響應(yīng)某個(gè)中斷時(shí)，先做了如下操作：

（1）保護(hù)斷點(diǎn)地址；

（2）撤除該中斷源的請(qǐng)求標(biāo)志；

（3）關(guān)閉同級(jí)中斷；

（4）將該中斷源的入口地址送給PC，程序?qū)⑥D(zhuǎn)到該程序的入口地址處運(yùn)行。

3.中斷服務(wù)

中斷服務(wù)就是中斷源請(qǐng)求CPU做的任務(wù)，需要編程者用指令來實(shí)現(xiàn)。中斷服務(wù)程序的內(nèi)容包括3部分：保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)、服務(wù)程序主體、恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，流程如圖所示。4.中斷返回

中斷返回與子程序的返回類似，在匯編語(yǔ)言程序中，需要執(zhí)行一條返回指令RETI。RETI指令的功能如下：

RETI; //①（SP）→PC15～8，SP-1→SP //②（SP）→PC7～0，SP-1→SP

中斷服務(wù)程序中最后執(zhí)行的指令必須是RETI，程序才能正確返回。執(zhí)行RETI指令時(shí)，CPU自動(dòng)完成下面的操作：（1）恢復(fù)斷點(diǎn)地址；

（2）開放同級(jí)中斷，允許同級(jí)的其他中斷源響應(yīng)。注意：匯編語(yǔ)言在中斷服務(wù)程序中使用RETI指令返回，但在C語(yǔ)言的中斷服務(wù)程序中不使用返回語(yǔ)句，也不能返回任何數(shù)值。

4.1.3中斷處理過程4.1.4中斷響應(yīng)時(shí)間

中斷的設(shè)置是為了單片機(jī)能及時(shí)地處理隨機(jī)發(fā)生的事件，但從中斷請(qǐng)求到中斷被響應(yīng)需要一定的時(shí)間，只有在響應(yīng)的條件滿足時(shí)才能響應(yīng)。

如果在中斷請(qǐng)求階段已經(jīng)有高級(jí)中斷或同級(jí)中斷在運(yùn)行，則等待的時(shí)間主要決定于正在運(yùn)行的中斷程序的大小。需要考慮其他中斷程序?qū)Ρ局袛囗憫?yīng)速度的影響，對(duì)響應(yīng)速度要求高的中斷源可以設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)，其他中斷源設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)，高優(yōu)先級(jí)中斷源一般只設(shè)置1個(gè)。

如果沒有高級(jí)中斷或同級(jí)中斷正在運(yùn)行，則等待的時(shí)間取決于中斷請(qǐng)求時(shí)執(zhí)行的指令，如果執(zhí)行的是RETI或訪問IE、IP的指令，則需要先等這類指令執(zhí)行完畢，再執(zhí)行一條指令，只有這樣，才能響應(yīng)中斷（如果緊接的指令是乘除法指令，則等待的時(shí)間長(zhǎng)一些）。響應(yīng)中斷的時(shí)間為3～8個(gè)機(jī)器周期，一般情況下為3～4個(gè)機(jī)器周期。4.1.5C語(yǔ)言中斷程序結(jié)構(gòu)使用C語(yǔ)言編寫中斷服務(wù)程序十分簡(jiǎn)單，只需按照規(guī)定格式來編寫即可。具體格式如下：void中斷函數(shù)名（void）interrupt中斷編號(hào)[using寄存器組]{

中斷處理語(yǔ)句；

．．．．．．

}

以上中斷服務(wù)程序不能有返回值，而且參數(shù)為空。其中，中斷編號(hào)根據(jù)所使用的中斷源來確定；寄存器組可以選0～3，也可以不選，由編譯器自動(dòng)分配。中斷程序處理完畢后自動(dòng)返回原斷點(diǎn)處。4.2

外部中斷的應(yīng)用4.2.1外部中斷應(yīng)用步驟1.硬件

硬件上的中斷比較簡(jiǎn)單，只需將低電平或下降沿信號(hào)加到相應(yīng)的中斷引腳上即可。用戶要做的就是通過一定的電路把按鍵、系統(tǒng)掉電、A/D轉(zhuǎn)換結(jié)束、傳感器、開關(guān)動(dòng)作等狀態(tài)轉(zhuǎn)變成有效的中斷請(qǐng)求信號(hào)，并加到對(duì)應(yīng)的外部中斷的引腳上。2.軟件

外部中斷在軟件上的設(shè)計(jì)步驟可以分為3步：初始化、入口地址和服務(wù)程序。（1）初始化。外部中斷初始化內(nèi)容包括中斷觸發(fā)方式選擇、開放“中斷”和中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置。外部中斷有低電平觸發(fā)和下降沿觸發(fā)兩種方式，一般選用下降沿觸發(fā)方式。中斷優(yōu)先級(jí)設(shè)置是指根據(jù)實(shí)際情況，結(jié)合其他中斷源的統(tǒng)一設(shè)置。一般可以不設(shè)置，只有當(dāng)它用來處理系統(tǒng)優(yōu)先任務(wù)時(shí)，才把它設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)。（2）入口地址。CPU響應(yīng)中斷時(shí)會(huì)自動(dòng)轉(zhuǎn)移到中斷源的入口地址處運(yùn)行程序，因此在使用匯編語(yǔ)言來編寫中斷服務(wù)程序時(shí)，就需要把程序放在入口地址處。采用C語(yǔ)言編程不需要入口地址，只需設(shè)置中斷編號(hào)。（3）服務(wù)程序。服務(wù)程序是具體的程序內(nèi)容，根據(jù)中斷源中斷要做的事情，編制相應(yīng)的程序。它與子程序有類似的地方，其名稱作為上面轉(zhuǎn)移指令的目的地址，在程序的最后要有RETI指令，服務(wù)程序完成后可以返回?cái)帱c(diǎn)處。4.2.2外部中斷應(yīng)用舉例【例4-1】

在LED流水燈電路的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)中斷接口電路，將按鍵信號(hào)轉(zhuǎn)變成外部中斷的請(qǐng)求信號(hào)，如圖4-5所示。要求：按鍵每按一下，LED循環(huán)移一位。

實(shí)現(xiàn)原理分析：當(dāng)按鍵沒有被按下時(shí)，P3.2引腳被上拉為高電平。在按鍵被按下的過程中，P3.2引腳有下降沿信號(hào)，變?yōu)榈碗娖?。無論是低電平還是下降沿，都可以作為中斷的請(qǐng)求信號(hào)。voidsetup(void)//初始化設(shè)置子程序{LED=0xfe;

//亮燈初始信息IT0=1;

//外部中斷下降沿觸發(fā)EX0=1;

//允許外部中斷EA=1;

//允許全局中斷}voidINTEX0(void)interrupt0using1

//中斷服務(wù)程序{P1=LED;LED=LED<<1|0x01;//亮燈信息左移一位}4.2.2外部中斷應(yīng)用舉例名稱：INT1的中斷函數(shù)程序功能：實(shí)現(xiàn)9～0的遞減顯示voidINTEX1(void)interrupt2{charj;//設(shè)置有符號(hào)的變量for(j=9;j>=0;j--)//for循環(huán)，共循環(huán)9次

{

display(j);//調(diào)用顯示函數(shù)

delayms(500);//延時(shí)0.5s

}}程序功能：實(shí)現(xiàn)數(shù)碼管的顯示入口參數(shù)：待顯示的數(shù)字voiddisplay(unsignedcharnumber)

//顯示函數(shù){ P0=SEG[number];}【例4-2】

如圖4-6所示，系統(tǒng)上電時(shí)，數(shù)碼管從0到9遞增循環(huán)顯示。當(dāng)按鍵被按下時(shí)，用中斷方式控制數(shù)碼管從9到0遞減顯示一次。實(shí)現(xiàn)原理分析：在第3章的案例中已經(jīng)介紹過單個(gè)數(shù)碼管的循環(huán)遞增顯示原理，與之前不同的是，本例中的數(shù)碼管的顯示被按鍵中斷，顯示的數(shù)據(jù)有變化。這些變化的顯示可以放在中斷服務(wù)程序中實(shí)現(xiàn)。4.2.3外部中斷源的擴(kuò)展

8051單片機(jī)的外部中斷只有兩個(gè)，有時(shí)會(huì)不夠用。當(dāng)有多個(gè)外部信號(hào)需要使用中斷方式工作時(shí)，可以采用擴(kuò)展的方法。如圖所示。在中斷服務(wù)程序中，首先要判斷是哪個(gè)信號(hào)產(chǎn)生了中斷請(qǐng)求，可通過讀與之相連的I/O口來判斷。如果某個(gè)引腳電平為低，就是該引腳信號(hào)引起的中