计算机课件 第6章 中断系统

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1、第6章 中断系统中断技术是计算机中一项很重要的技术 。中断系统的功能主要是为了解决快速CPU 与慢速的外设间的矛盾，它由硬件和软件组 成。有了中断系统能使计算机的功能更强、 效率更高、使用更加方便灵活。本节将介绍 单片机的中断系统、处理过程及其应用。 6.1 中断系统概述1. 中断中断是指计算机在执行某一程序的过程中, 由于计 算机系统内、 外的某种原因, 而必须中止原程序的 执行, 转去执行相应的处理程序, 待处理结束之后, 再回来继续执行被中止的原程序的过程。 采用中断技术后的计算机, 可以解决CPU与外设之 间速度匹配的问题, 使计算机可以及时处理系统中 许多随机的参数和信息, 同时,

2、它也提高了计算机处 理故障与应变的能力。2. 中断源中断源是指在计算机系统中向CPU发出中断 请求的来源, 中断可以人为设定, 也可以是为 响应突发性随机事件而设置。通常有I/O设备 、实时控制系统中的随机参数和信息故障源 等。 通常，计算机的中断源有如下几种：(1) 一般的输入/输出设备。如键盘、打印机等，它们 通过接口电路向CPU发出中断请求。(2) 实时时钟及外界计数信号。如定时时间或计数次 数一到，在中断允许时，由硬件则向CPU发出中断 请求。(3) 故障源。当采样或运算结果溢出或系统掉电时， 可通过报警、掉电等信号向CPU发出中断请求。 (4) 为调试程序而设置的中断源。调试程序时，

3、为检查 中间结果或寻找问题所在，往往要求设置断点或进 行单步工作（一次执行一条指令），这些人为设置 的中断源的申请与响应均由中断系统来实现。 3. 中断优先级中断优先级越高, 则响应优先权就越高。当 CPU正在执行中断服务程序时, 又有中断优先 级更高的中断申请产生, 这时CPU就会暂停当 前的中断服务转而处理高级中断申请, 待高级 中断处理程序完毕再返回原中断程序断点处 继续执行, 这一过程称为中断嵌套。 4. 中断响应的过程(1) 在每条指令结束后, 系统都自动检测中断请求 信号, 如果有中断请求，且CPU处于开中断状态下, 则响应中断。 (2) 保护现场, 在保护现场前, 一般要关中断,

4、 以防 止现场被破坏。保护现场一般是用堆栈指令将原程 序中用到的寄存器推入堆栈。(3) 中断服务, 即为相应的中断源服务。 (4) 恢复现场, 用堆栈指令将保护在堆栈中的数据 弹出来, 在恢复现场前要关中断, 以防止现场被破坏 。在恢复现场后应及时开中断。 (5) 返回, 此时 CPU将推入到堆栈的断点地址弹 回到程序计数器, 从而使CPU继续执行刚才被中断 的程序。 5.中断的特点(1) 分时操作中断可以解决快速的CPU与慢速的外设之间的矛盾 ，使CPU和外设同时工作。CPU在启动外设工作后继 续执行主程序，同时外设也在工作。每当外设做完一 件事就发出中断申请，请求CPU中断它正在执行的程

5、序，转去执行中断服务程序（一般情况是处理输入/输 出数据），中断处理完之后，CPU恢复执行 主程序，外设也继续工作。这样，CPU可启动多个外设 同时工作，大大地提高了CPU的效率。 (2) 实时处理在实时控制中，现场的各种参数、信息均随 时间和现场而变化。这些外界变量可根据要 求随时向CPU发出中断申请，请求CPU及时 处理中断请求。如中断条件满足，CPU马上 就会响应，进行相应的处理，从而实现实时 处理。(3) 故障处理针对难以预料的情况或故障，如掉电、存储 出错、运算溢出等，可通过中断系统由故障 源向CPU发出中断请求，再由CPU转到相应 的故障处理程序进行处理。6.2 MCS-51单片机

6、的中断系统MCS-5l系列单片机有5个中断源，52子系列单片机有6 个中断源。中断源分为2个中断优先级，即高优先级 和低优先级，每个中断源的优先级都可以由软件来设 定。图6-1 MCS-51中断系统内部结构示意图 MCS-51的中断系统组成见图6-l所示。它由4个与中断有 关的特殊功能寄存器TCON、SCON(TCON、SCON 的相关位作中断源的标志位)、中断允许控制寄存器IE 、中断优先级管理（IP寄存器）和中断顺序查询逻辑 电路等组成。（1）中断源：MCS-51单片机有五个中断源。其中、为外部中 断源，其中断请求信号分别由P3.2、P3.3引脚输入，可选择 低电平有效或下降沿有效（分别由

7、和设置）。内部中断源有 T0、T1溢出中断。串行口发送/接收共用一个中断源。 （2）中断请求标志：有五个中断请求标志。标志位分别为IE0 、IE1、TF0、TF1、TI/RI。 其中： IE0、IE1分别为和的中断标志。当外部中断输入信号有效， 并将TCON中的IE0或IE1标志位置1，可向CPU申请中断。 TF0和TF1为定时器/计数器T0和T1的溢出中断标志。当T0或 T1计数器加1计数产生溢出时，则将TCON中的TF0或TF1置 位，向CPU申请中断。 RI和TI串行口的接收和发送中断标志。当串行口接收或发送完 一帧数据时，将TCON中的RI或TI置位“1”，向CPU申请中断 。（3）中

8、断允许：两级串联式中断允许。 EA=1，开CPU中断；开某个中断源中断时 ，还需将对应中断源的中断允许位(EX0、 ET0、EX1、ET1、ES)置位。中断允许控 制位存放在特殊功能寄存器IE中。 （4）中断优先级：MCS-51单片机中断分二 级，即高级和低级。对于每个中断源均可 通过中断优先级控制寄存器中的相应位控 制，当某中断源的优先控制位置为“1”时， 该中断源设置为高级，否则为低级。对于 同级中断源，由内部硬件查询逻辑来确定 响应次序。（5）中断源的入口地址。不同中断源均有不同的中断矢量，当 某中断源的中断请求被CPU响应之后，CPU将通过硬件自动地 把相应中断源的中断入口地址(又称中

9、断矢量地址)装入PC中， 即从此地址开始执行中断服务程序。因此，使用时一般在此地 址单元中存放一条跳转指令，当CPU响应中断时，使单片机自 动执行相应入口地址的跳转指令，然后再通过该跳转指令跳至 到用户安排的中断服务程序的入口处。MCS-51单片机各中断 源的矢量地址是固定的。中断源的入口地址分别为： 外部中断0中断： 0003H 最高级 T0定时器0中断： 000BH 外部中断1中断： 0013H T1定时器l中断： 001BH 串行口输入/输出中断： 0023H 最低级 定时器2中断： 002BH 最低级(52系列单片机中) 6.3 MCS-5l单片机中断控制MCS-5l单片机中断控制部分

10、由4个专用寄存器 组成。它们的功能分述如下。 6.3.1中断请求标志寄存器5个中断源的中断请求标志位以及定时器/计 数器的控制位，均设置在定时控制寄存器 TCON和串行口控制寄存器SCON中。其中TCON用于控制定时器/计数器的启、停和 外部中断源的触发方式以及存放定时器的溢 出中断标志和外部中断源的中断请求标志。 其地址为88H，各位的定义为：D7D6D5D4D3D2D1D0TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TFl和TF0：分别为定时器1和定时器0的溢出标 志。当定时器计满产生溢出时，由硬件自动 置“l”，并可申请中断。进入中断服务程序后 ，由硬件自动清0。这两位也可作为程序查

11、询 的标志位，在查询方式下应由软件来清0。 TRl和TR0：为定时器l和定时器0的启停控制位 。当由软件将TRi清0后，可停止定时器的工 作。将该位置“l”后，可启动定时器工作。 IEl和IE0：为外部中断、的中断请求标志位。当 外部中断源有请求时，对应的中断标志位置 “1”。当CPU响应该中断后由硬件自动将其复 位（清0）。 ITl和IT0：为外部中断1和外部中断0的触发方式 选择位。ITi设置为0时，相应的外部中断为低 电平触发方式；设置为“l”时，相应的外部中断 为边沿触发方式。若ITi=0，外部中断设置为低电平触发方式时， CPU在每个机器周期的S5P2期间对引脚采样 。若测得为低电平

12、，则认为有中断申请，随即 将IEi标志位置位；若测得为高电平，认为无中 断申请或中断申请已撤除，随即清除IEi标志位 。使用时应注意，施加在相应引脚上的低电平 在中断返回前必须撤消，否则将再次申请中断 造成出错。即施加在引脚上的低电平持续时间 应大于一个机器周期，且小于中断服务程序的 执行时间。 若ITi=l，外部中断设置为边沿触发方式时，CPU 在每个机器周期的S5P2期间采样引脚，若在连 续两个机器周期采样到先高后低的电平变化， 则将IEi标志位置“1”，此标志一直保持到CPU 响应中断时，才由硬件自动清除。在边沿触发 方式中，为了保证CPU在两个机器周期内能够 检测到由高至低跳变的电平，

13、输入的高电平和 低电平的持续时间均要保持12个振荡周期（即 一个机器周期的时间）。串行口的中断请求标志由串行口控制寄存器 SCON的D0和Dl位来设置与查寻。 RI(SCON.0)：接收中断标志位； TI(SCON.1)：发送中断标志位。 单片机在发送数据过程中，当CPU将一个数据 写入发送缓冲器SBUF时，会自动启动发送。 每发送完一帧数据后，由硬件自动将TI位置 位。但CPU响应中断时，并不能自动清除TI 位，所以必须由软件清除（使用时应注意） 。在串行口允许接收时，当一帧数据接收完毕， 由硬件自动将RI位置位。同样CPU响应中断 时不能自动清除RI位，必须由软件清除。 TCON和SCON

14、均可逐位进行操作。MCS-51单 片机系统复位后，TCON和SCON中各位均 清0，应用时要注意各位的初始状态。6.3.2中断开放和屏蔽MCS-51单片机中，设有一个专用寄存器IE（ 称为中断允许寄存器）。其作用是用来对各 中断源进行开放或屏蔽的控制。其各位的定 义如下：D7D6D5D4D3D2D1D0EA-ET2ESET1EX1ET0EX0EA(IE.7)为CPU中断总允许位。EA=l，CPU开放中断；EA=0， CPU禁止一切中断。当EA=l时，仅使CPU对所有的中断开放 ，但每个中断源被允许还是被屏蔽是由各自的允许位确定。 ES(IE.6)为串行口中断允许位。ES=1，允许串行口接收和发

15、送中 断；ES=0禁止串行口中断。 ET1(IE.3)为定时器1中断允许位。ET1=1，允许T1中断，否则禁 止中断。 EX1(IE.2)为外部中断l的中断允许位。EX1=1允许外部中断l中断 ，否则禁止中断。 ET0(IE.1)为定时器0的中断允许位。ET0=1允许T0中断，否则禁 止中断。EX0(IE.0)为外部中断0的中断允许位。EX0=1允许外部中断0中 断，否则禁止中断。 ET2(IE.5)为定时器2中断允许位，仅用于52子系列单片机。 ET2=1允许定时器2中断，否则禁止中断。系统复位后，IE各位均为0，即禁止所有中断。 IE寄存器可以进行字节寻址也可以进行位寻 址。6.3.3.中

16、断优先级设定MCS-51单片机的中断分为2个优先级，每个中 断源的优先级都可以通过中断优先级寄存器 IP中的相应位来设定。IP各位的定义如下：D7D6D5D4D3D2D1D0-PT2PSPT1PX1PT0PX0IP.7和IP.6保留位。 PT2(IP.5)为定时器2优先级设定位，仅适用于52子系列 单片机。PT2=l时，设定为高优先级，否则为低优先 级。 PS(IP.4)为串行口优先级设定位。PS=1时，串行口为高 优先级，否则为低优先级。 PTl(IP.3)为定时器1优先级设定位。PTl=1时，T1为高优 先级，否则为低先级。 PXl(IP.2)为外部中断1优先级设定位。PXl=1时，外部中 断1为高优先级，否则为低优先级。 PT0(IP.1)为定时器0优先级设定位。PT0=1时，T0为高 优先级，否则为低优先级。 PX0(IP.0)为外部中断0优先级设定位。PX0=1时，外部 中断0为高优先级，否