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1、项目6 中断及定时系统,6.1 中断系统,6.1.1 中断的几个概念概念 1.中断的定义 对于CPU来说，CPU在处理某一事件A时，发生了另一事件B请求CPU迅速去处理（中断发生）；CPU暂时中断当前的工作，转去处理事件B（中断响应和中断服务）；待CPU将事件B处理完毕后，再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A（中断返回），这一过程称为中断。 所以我们把可以引起中断的请求源称之为中断源。单片机中也有一些可以引起中断的事件，8051中一共有5个中断源：两个外部中断，两个定时/计数器中断，一个串行口中断。 2.中断的嵌套与优先级 8051单片机5个中断源有两个优先级,项目6 中断及定时系统,3
2、.中断的响应过程 五个中断源，每个中断产生后都到一个固定的地方去找处理这个中断的程序，在去之前首先要保存下面将执行的指令的地址，以便处理完中断后回到原来的地方继续往下执行程序。中断响应过程可以分为以下几个步骤： 1）保护断点，即保存下一将要执行的指令的地址，就是把这个地址送入堆栈； 2）寻找中断入口，根据5个不同的中断源所产生的中断，查找5个不同的中断服务程序入口地址。在这5个入口地址处存放有中断处理程序； 3）执行中断处理程序； 4）中断返回：执行完中断处理程序后，就从中断处返回到主程序，继续执行主程序。 中断系统是计算机的重要组成部分。中断系统可以提高CPU的工作效率，还可以提高实时数据的
3、处理时效，所以实时控制、故障自动处理往往采用中断系统，计算机与外围设备间传送数据及实现人机联系也常采用中断方式。,项目6 中断及定时系统,6.1.2中断系统的结构,项目6 中断及定时系统,6.1.3 中断源和中断标志 1.中断源 MCS-51的5个中断源为两个外部中断、两个定时器中断和一个串行口中断。 1）外部中断请求源：即外中断0和1，经由外部引脚引入的，在单片机上有两个引脚，名称为 、 ，也就是P3.2、P3.3这两个引脚。 2）内部中断请求源：两个定时器中断和串行口中断。8051内部有两个16位的定时/计数器，对内部定时脉冲或者T0/T1引脚上输入的外部计数脉冲计数，当定时时间到或计数脉
4、冲满时，自动向CPU提出中断请求。串行口中断分为串行口发送中断和串行口接收中断两种，在串行口进行发送/接收数据时，每当串行口发送/接收完一组数据，单片机自动使串行口控制寄存器SCON的RI或TI中断标志置位，并且自动向CPU提出串行口中断请求。,项目6 中断及定时系统,80C51单片机的中断系统提供了5个中断源，具有2个中断优先级，可实现两级中断嵌套。 80C51单片机的5个中断源分别是：2个外部中断（由 、 引脚输入中断请求信号）、2个片内定时器/计数器溢出中断（T0、T1）和1个片内串行口中断。TCON、SCON是用来存放各中断源的中断申请标志的寄存器；IE是用来设置是否允许中断源中断的寄
5、存器；IP是用来设置中断源优先级别的寄存器；硬件查询是相同优先级的中断源再进行排队的硬件电路。,项目6 中断及定时系统,（1）定时器控制寄存器TCON （Timer Control Register）,IE0:外部中断0请求标志位。当CPU检测到 引脚上出现下降沿信号或低电平信号时，由内部硬件置位IE0（IE0=1），向CPU请求中断。 IE1：外部中断1请求标志位。当CPU检测到 引脚上出现下降沿信号或低电平信号时，由内部硬件置位IE1（IE1=1），向CPU申请中断。 TF0：定时器/计数器T0的溢出中断请求标志位。当T0计数溢出时，由内部硬件置位TF0（TF0=1），向CPU申请中断。
6、TF1：定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位。当T1计数溢出时，由内部硬件置位TF1（TF1=1），向CPU申请中断。 IT0：外部中断0触发方式控制位。当IT0=0时，电平触发，低电平有效；当IT0=1时，边沿触发，下降沿有效。 IT1：外部中断1触发方式控制位。当IT1=0时，电平触发，低电平有效；当IT1=1时，边沿触发，下降沿有效。,项目6 中断及定时系统,（2）串行口控制寄存器SCON（Serial Control Register） TI：串行口发送中断请求标志位。当串行口发送完一个数据帧时，将TI置位（TI=1），向CPU申请中断。 RI：串行口接收中断请求标志位。当串行口接收
7、完一个数据帧时，将RI置位（RI=1），向CPU申请中断。,项目6 中断及定时系统,6.1.4 对中断请求的控制 1.对中断允许的控制 计算机中断系统有两种不同类型的中断：一类称为非屏蔽中断，另一类称为可屏蔽中断。对非屏蔽中断，用户不能用软件的方法加以禁止，一旦有中断申请，CPU必须予以响应。对可屏蔽中断，用户则可以通过软件方法来控制是否允许某中断源的中断，允许中断称中断开放，不允许中断称中断屏蔽。MCS-51系列单片机的5个中断源都是可屏蔽中断,项目6 中断及定时系统,EA：中断允许总控制位。EA0，中断总禁止，禁止所有中断；EA1，中断总允许，置1后，各中断源的中断允许由各个控制位进行设置
8、。 EX0、EX1：外部中断允许控制位。EX0（EX1）0，表示禁止外中断INT0（INT1）的中断申请；EX0（EX1）1，表示允许外中断INT0（INT1）的中断申请。 ET0、ET1：定时/计数中断允许控制位。ET0（ET1）0，表示禁止定时/计数器0（1）的中断申请；ET0（ET1）1，表示允许定时/计数器0（1）的中断申请； ES：串行口中断允许控制位。ES0，禁止串口中断；ES1，允许串口中断。 MCS-51单片机各个中断源均为可屏蔽中断。 中断允许寄存器IE的单元地址是A8H，各控制位可以位寻址，也可以字节寻址。例如可以采用位指令开放外部中断的溢出中断： SETB EA SETB
9、 EX0 若改为字节传送指令，则仅需采用一条指令：MOV IE,#81H,项目6 中断及定时系统,例：设允许定时器/计数器T1的溢出中断的中断请求，禁止其它中断源的中断请求，写出设置IE的指令。 分析：根据设定条件，则IE寄存器的EA=1，ET1=1，其它位为0，IE的值应为10001000B，即88H。 用字节传送指令可写为：MOV IE，#88H 或 MOV 0A8H，#88H 若改用位操作指令，则需两条指令： SETB ET1 ;允许T1溢出中断 SETB EA ;CPU允许所有中断源中断,项目6 中断及定时系统,（4）中断优先级寄存器IP（Interrupt Priority Regi
10、ster） 80C51单片机的5个中断源，均可由程序设置为高优先级中断或低优先级中断，谁的优先级别高，就先响应谁。每个中断源的中断优先级都通过中断优先级寄存器IP统一设置。,项目6 中断及定时系统,PX0和PX1：PX0是外部中断0的中断优先级控制位； PX1是外部中断1的中断优先级控制位。 PT0和PT1：PT0为定时器/计数器T0的溢出中断优先级控制位； PT1为定时器/计数器T1的溢出中断优先级控制位。 PS：串行口中断优先级控制位。 注意：当某个中断源的优先级控制位为1时，设置为高优先级中 断；为0时，设置为低优先级中断。,项目6 中断及定时系统,8051单片机共有5个中断源，在单片机
11、工作过程中，若出现三个或者更多的中断请求源，那么同一优先级别中的中断源就不止一个，这个时候也有中断优先级排队的问题，8051单片机对此有统一规定，如表6-1所示。可对中断系统的规定概括为以下两条基本规则： 1)低优先级中断系统的规定被高级中断系统中断，反之不能； 2)当多个中断源同时发出申请时，级别高的优先级先服务（先按高低优先级区分，再按辅助优先级区分）。,高,低,表6-1 8051各个中断源中断优先级顺序,项目6 中断及定时系统,例： 设80C51单片机的外部中断为高优先级，内部中断为低优先级，写出设置IP的指令。 分析：由给定的条件可知：IP寄存器中，PX1=1，PX0=1，其余位为0，
12、即IP=00000101B=05H。 用字节传送指令设置： MOV IP，#05H 或 MOV 0B8H，#05H 用位操作指令设置： SETB PX0 SETB PX1 CLR PT0 CLR PT1 CLR PS,项目6 中断及定时系统,6.1.5 中断处理过程 中断处理过程可分为中断响应、中断处理和中断返回三个阶段。 1.中断响应 中断响应是CPU对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址（通常称矢量地址）。CPU并非任何时刻都响应中断请求，而是在中断响应条件满足之后才会响应。 1）中断响应条件 (1)有中断源发出中断请求。 (2)中断总允许位EA = 1。
13、(3)申请中断的中断源允许。 满足以上基本条件，CPU一般会响应中断，但CPU正在响应同级或高优先级的中断、正在执行RETI中断返回指令以及访问专用寄存器IE和IP的指令时，CPU不响应中断请求而在下一机器周期继续查询，否则，CPU在下一机器周期响应中断。,项目6 中断及定时系统,2）中断响应过程 中断响应过程包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址。首先把中断点的地址（断点地址）压入堆栈保护，然后将对应的中断入口地址装入程序计数器PC（由硬件自动执行），使程序转向该中断入口地址，执行中断服务程序。MCS-51系列单片机各中断源的入口地址由硬件事先设定，分配如表6-2所示。 因为5个中断
14、源的入口地址之间，只相隔8个存储单元，一般的中断服务程序是容纳不下的，使用时通常在这些中断入口地址处存放一条绝对跳转指令，使程序跳转到存储器其他的任何空间，并且将中断服务程序安排在相应的空间中。 例如，若采用定时器T0中断，其中断入口地址为000BH，中断服务程序名为TIME00，因此，指令形式为： ORG 000BH ;T1中断入口 AJMPTIME00;转向中断服务程序,项目6 中断及定时系统,2.中断处理 中断处理就是执行中断服务程序。中断服务程序从中断入口地址开始执行，到返回指令“RETI”为止，一般包括两部分内容，一是保护现场，二是完成中断源请求的服务。 通常，主程序和中断服务程序都
15、会用到累加器A、状态寄存器PSW及其它一些寄存器，当CPU进入中断服务程序用到上述寄存器时，会破坏原来存储在寄存器中的内容，一旦中断返回，将会导致主程序的混乱，因此，在进入中断服务程序后，一般要先保护现场，然后，执行中断处理程序，在中断返回之前再恢复现场。 例如：TIME00: ;中断服务程序 CLR EA ;关中断 PUSH PSW ;保护现场 PUSH ACC PUSH B ;中断处理 PUSH B ;恢复现场 PUSH ACC PUSH PSW SETB EA ;开中断 RETI ;中断返回,项目6 中断及定时系统,编写中断服务程序时还需注意以下几点： 1）各中断源的中断入口地址之间只相
16、隔8个字节，容纳不下普通的中断服务程序，因此，在中断入口地址单元通常存放一条无条件转移指令，可将中断服务程序转至存储器的其它任何空间。 2）若要在执行当前中断程序时禁止其它更高优先级中断，需先用软件关闭CPU中断，或用软件禁止相应高优先级的中断，在中断返回前再开放中断。 3）在保护和恢复现场时，为了不使现场数据遭到破坏或造成混乱，一般规定此时CPU不再响应新的中断请求。因此，在编写中断服务程序时，要注意在保护现场前关中断，在保护现场后若允许高优先级中断，则应开中断。同样，在恢复现场前也应先关中断，恢复之后再开中断。,项目6 中断及定时系统,3.中断返回 中断返回是指中断服务完后，计算机返回原来断开的位置（即断点），继续执行原来的程序。中断返回由中断返回指令RETI来实现。该指令的功能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器PC，此外，还通知中断系统已完成中断处理，并同时清除优先级状态触发器。,项目6 中断及定时系统,4.中断请求的撤除 CPU响应中断请求后即进入中断服务程序，在中断返回前，应撤除该中断请求，否则，会重复引起中断而导致错误。MCS-51各中断源中断请求撤消的方法各不相同
