模块5单片机的中断系统

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1、单片机原理与接口技术主编 任元吉“十二五”高职高专“教与做1+1”体验互 动式创新规划教材1模块5 单片机的中断系统中断技术是计算机中的重要技术之一，它既 和硬件有关，也和软件有关。正因为有了中 断，才使得计算机的工作更灵活，效率更高 。本节将介绍中断的概念，并以80C51系 列单片机的中断系统为例介绍中断的处理过 程及应用。2项目5.1 中断系统项目5.2电子计数器应用项目5.3 无线电遥控车的应用 技能训练:无线电遥控车的设计 基础训练 3知识目标：广州城建职业学院 电子系 谢元成制作 手机：186 8843 9181 QQ：79652257 Email：x_ 1、了解单片机的中断系统的结

2、构 2、掌握单片机的中断处理过程 3、掌握应用中断方式进行程序设计方法4 技能目标： 1 能够熟悉单片机的中断系统 2、能够掌握输入/输出的控制方式 3、能在程序设计中应用中断方式 【课时建议】6课时 教学重点：单片机的中断系统 教学难点：应用中断方式进行程序设计5核心职业技术基础课项目51 中断系统广州城建职业学院 电子系 谢元成制作 手机：186 8843 9181 QQ：79652257 Email：x_ 中断技术是计算机中的重要技术之一，它既 和硬件有关，也和软件有关。正因为有了中断 ，才使得计算机的工作更灵活，效率更高。本 节将介绍中断的概念，并以80C51系列单片 机的中断系统为例

3、介绍中断的处理过程及应用 。v5.1.1 中断系统的基本概念v1. 中断的概念v中断是通过硬件来改变CPU运行方向的一种技术，它既和 硬件有关，也和软件有关。计算机在执行程序的过程中， 由于单片机内部或外部的某种原因，有必要尽快终止当前 程序的执行，而去执行相应的处理程序，待处理结束后， 再回来继续执行被终止了的源程序。这种程序在执行过程 中由于外界的原因而被中间打断的情况称为“中断”。v中断之后所执行的处理程序，通常称为“中断服务”或“中断 处理子程序”，原来运行的程序称为“主程序”。主程序被断 开的位置（地址）称为“断点”。引起中断的原因或能发出 中断申请的来源，称为“中断源”。中断源要求

4、服务的请求 称为“中断请求（或申请）”。v调用中断服务程序的过程类似于程序设计中的调用子程序 ，其主要区别在于调用子程序指令在程序中是事先安排好 的；而何时调用中断服务程序事先却无法确知。因为中断 的发生是由外部因素决定的，程序中无法事先安排调用指 令，因而调用中断服务程序的过程是由硬件自动完成的。v2. 引进中断技术的优点v计算机引进中断技术之后，主要具有如下优点：v（1）分时操作v在计算机与外部设备交换信息时，存在着高速CPU和低速 外设（如打印机等）之间的矛盾。若采用软件查询方式， 则不但占用了CPU操作时间，而且相应速度慢。中断功能 解决了高速CPU与低速外设之间的矛盾。此时，CPU在

5、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 在执行的程序，转去执行中断服务程序（一般是处理输入/ 输出数据）。中断处理完成后，CPU恢复执行主程序，外 设仍然继续工作。这样，CPU可以命令多个外设（如键盘 、打印机等）同时工作，从而大大提高了CPU的工作效率 。v（2）实时处理v在实施控制中，现场的各个参数、信息时随时间和现场情 况不断变化的。有了中断功能，外界的这些变化量可根据 要求随时向CPU发出中断请求，要求CPU及时处理，CPU 就可以马上响应（若中断响应条件满足）并加以处理。这 样的及时处理在查询方式下是做不到的，从而

6、大大缩短了 CPU的等待时间。v（3）故障处理v 计算机在运行过程中，难免会出现一些无法预料的故障， 如存储出错、运算溢出和电源突跳等。有了中断功能，计 算机就能自行处理，而不必停机。v3. 中断源v发出中断请求的来源一般统称为“中断源”。中断源有多种 ，最常见的有以下4种。v（1）外部设备中断源v计算机的输入/输出设备，如键盘、磁盘驱动器、打印机等 ，可通过接口电路向CPU申请中断。v（2）故障源v故障源是产生故障信息的来源。它作为中断源，使得CPU 能够以中断方式对已发生的故障及时进行处理。v计算机故障源有内部和外部之分。内部中断源一般是指执 行指令时产生的错误情况，如除法中除数为零等，通

7、常把 这种中断源称为“内部软件中断”（注意：目前多数80C51 系列单片机没有内部软件中断功能）；外部故障源主要有 电源掉电等情况，在电源掉电时可以介入备用的电池供电 电路，以保存存储器中的信息。当电压因掉电而降到一定 值时，即发出中断申请，由计算机的中断系统自动响应， 并进行相应处理。v（3）控制对象中断源v计算机作实时控制时，被控对象常常用作中断源。例如电 压、电流、温度等超过其上限或下限时，以及继电器、开 关闭合断开时都可以作为中断源向CPU申请中断。v（4）定时/技术脉冲中断源v 定时/计数脉冲中断源也有内部和外部之分。内部定时中 断是由单片机内部的定时/计数器溢出而自动产生的；外部

8、计数中断是由外部脉冲通过CPU的中断请求输入线或定时/ 计数器的输入线而产生的。v要求每个中断源所发出的中断请求信号符合CPU响应中断 的条件，例如电平高/低、持续时间、脉冲幅度等。v5.1.2中断系统的结构v中断过程是在硬件基础上再配以响应的软件而实现的。不 同计算机的硬件结构和软件指令是不完全相同的，因而中 断系统结构一般是不相同的。但同一系列的单片机即使型 号不同，中断系统的基本结构也是类似的，只是中断源个 数不完全一样。v1. 中断系统的结构v51单片机中断系统主要由几个与中断有关的特殊功能寄存 器、中断入口、顺序查询逻辑电路等组成。中断系统框图 如图5.1所示。51单片机有5个中断源

9、，可提供2个中断优 先级，即可实现二级中断嵌套。与中断有关的特殊功能寄 存器有4个，分别为中断源寄存器（即专用寄存器TCON、 SCON的相关位）、中断允许控制寄存器IE和中断优先级 控制寄存器IP。5个中断源的排列顺序由中断优先级控制 寄存器IP和顺序查询逻辑电路共同决定。5个中断源对应5 个固定的中断入口地址。图5.1 51单片机的中断系统结构图v 2. 中断源及入口v （1）中断源v51的中断源可以分为3类：即外部中断、定时中断和串行 口中断。从图5.1所示的系统结构可知，51单片机有5个中 断请求元，分别为：2个外部输入中断源INT0（P3.2）和 INT1（P3.3），2个片内定时器

10、T0和T1的溢出中断源TF0 （TCON.5）和TF1（TCON.7）。下面分类介绍。v外部中断类v外部中断是由外部原因引起的，包括外部中断0和外部中断1。这2个中断请求信号分别通过2个固定引脚即INT0（P3.2）脚和外部中断1INT1（P3.3）脚输入。v外部中断请求信号有2种信号输入方式，即电平方式和脉冲方式。在电平方式下为低电平有效，即在INT0（P3.2）脚或外部中断1 INT1（P3.3）脚出现有效低电平时，外部中断标志效下降沿时，外部中断标志INT0或INT1就置为1。注意：在脉冲方式下，中断请求信号的高、低电平状态都应该至少维持1个机器周期。v中断请求信号是低电平有效还是下降沿

11、有效，须通过TCON寄存器中的IT0（TCON.0）或IT1(TCON.2)位来决定。一旦输入信号有效，则向申请中断，并使相应的中断标志位IE0或IE1置1。v 定时中断类v定时中断是为满足定时或计数溢出处理的需要而设置的。v定时方式的中断请求是由单片机内部发生的，输入脉冲是内部产生的 周期固定的脉冲信号（1个机器周期），无需在芯片外部设置输入端 。v计数方式的中断请求是由单片机内部发生的，脉冲信号由T0(P3.4)或 T1（P3.5）引脚输入，脉冲下降沿为计数有效信号。这种脉冲周期是 不固定的。v当定时/计数器中的计数值发生溢出时，表明定时时间或计数值已到。 这时以计数溢出信号作为中断请求使

12、溢出标志位置1，即T0中断请求 标志TF0=1，或T1中断请求标志TF1=1。如果允许中断，则请求中断 处理。v 串行口中断类v串行口中断是为满足串行数据的传送需要而设置的。每当串行口由 TXD（P3.1）端发送串行口中断请求标志RI或TI置1，并请求中断。v由图5.1可以看出，当这些中断源的中断标志为1时，并不一定能引起 中断，而是还需要经过IE寄存器的控制，才能进入中断请求。v（2）中断入口v当CPU响应某中断源的中断申请之后，CPU将此中断源的入口地址装 入PC，中断服务程序即从此地址开始执行，因而将此地称为“中断入 口”，亦称为“中断矢量”。在AT89C51单片机中，各中断源以及与之对

13、 应的入口地址（由单片机硬件电路决定）分配如表5.1所列。v所有的80C51系列单片机都有上述5 个中断源。89系列单片机也下例 外，有些型号与其完全相同，如Philips公司的P89C51；有些则增加 了新的中断源，如AT89S52增加了定时器T2中断源，入口地址为 002BH；还有一些型号的中断源多达9个，其入口地址按8字节1个中 断源顺序往下排，可以表达为：入口地址=8n+3,n为中断自然优先级 。表5.1 各中断源及入口地址的对应关系 中断源入口地址外部中断00003H定时器T0中断000BH外部中断10013H定时器T1中断001BH串行口中断0023Hv5.1.3 中断控制v中断功

14、能虽然是硬件和软件结合的产物，但用户不必了解中断硬件电 路和发生过程。对于用户来说，重点是怎样通过软件管理和应用中断 功能。为此，首先应该掌握与中断控制和管理有关的几个寄存器。下 面分别对其进行介绍。v（1）中断允许控制奇存器IE专用奇存器IE是8051单片机中的中断允许寄存器，由它控制对中断 的开发或关闭。通过向IE写人中断控制字，可以实现对中断的二级控 制。这里所说的“二级”是指控制字中有一个中断总允许位EA。当EA为 0时，CPU将屏蔽所有的中断申请；而当EA为l时，虽然CPU已经开放 中断，但还须设置相应中断源的控制位，才可确定允许哪个中断源中 断。vIE各位的格式如下：v其各位名称及

15、作用如下：vEA(IE.7) 中断允许总控制位。v当EA=1时，CPU开放中断，每个中断源是被允许还是被禁止，分别 由其各自的允许位决定。v当EA=0时，CPU屏蔽所有的中断申请，称为“关中断”。v(IE.6) 未使用，默认为0。vET2(IE.5) T2中断允许位(仅AT89S52/C52或类似型号单片机有) 。v当ET2=1时，允许T2中断；v当ET2=0时，禁止T2中断。vES(IE.4) 串行口中断控制位。v当ES=1时，允许串行口中断；v当ES=0时，禁止串行口中断。vET1(IE.3) T1中断控制位。v当ET2=1时，允许T1中断；v当ET2=0时，禁止T1中断。vEX1(IE.

16、2) 外部中断1控制位。v当EX1=1时，允许外部中断1中断；v当EX1=0时，禁止外部中断1中断。vEX1(IE.1) T0中断控制位。v当ET0=1时，允许T0中断；v当ET0=0时，禁止T0中断。vEX1(IE.0) 外部中断0控制位。v当EX0=1时，允许外部中断0中断；v当EX0=0时，禁止外部中断0中断。v51单片机复位后，IE中各中断允许位均被清0，即 禁止所有中断。v例如，假定要开放外中断1和T1的溢出中断，屏蔽 其它中断，则对应的中断允许控制寄存器内容应 为10001100B，即中断允许控制字为8CH。v 使用字节操作，可用一条指令MOV IE，#8CH 完成。v 使用位操作指令，则需三条指令SETB EX1；v SETB ET1；