《单片机应用技术 教学课件 ppt 作者 廖世海 吴政江 第4章 中断系统》由会员分享，可在线阅读，更多相关《单片机应用技术 教学课件 ppt 作者 廖世海 吴政江 第4章 中断系统（62页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、,第4章 中断系统,廖世海制作,第4章 中断系统,4.1 中断概述 4.2 MCS-51单片机中断系统的结构 4.3 中断响应 4.4 中断系统的应用 4.5 基本技能训练报警系统的设计与制作,第4章 中断系统,中断系统是单片机的重要组成部分，CPU通过中断功能可以分时启动多个外部设备同时工作、统一管理，并能迅速响应外部设备的中断请求，采集实时数据或故障信息，对系统进行相应处理，从而大大提高CPU的工作效率。在实际应用中，单片机的中断功能被广泛采用。,4.1 中断概述,1.生活中的中断 中断，顾名思义就是中途打断的意思。在我们人类的生活中有很多中断的例子。例如，你正在吃饭时电话铃突然响了。这时
2、，你得暂时放下吃了一半的饭，去接电话，等电话接完后再继续吃饭。这就是一个中断事件，即吃饭被电话中途打断了。 1)来电话是中断事件； 2)电话铃声是中断信号； 3)电话是引起你停止吃饭的原因，称为中断源； 4)去接电话前应将你吃的饭和餐具保存好以备接完电话后能继续吃，称为保护现场； 5)接完电话后应将保存好的饭和餐具恢复原样以备继续吃，称为恢复现场。,2.计算机的中断 计算机中一个CPU能处理特殊事件等多种任务,能解决高速的CPU与低速的外部设备之间的矛盾。有两种工作方式：一种是串行工作，即CPU传送一批数据给打印机后就等待，等到打印机打完后再传送下一批数据。显然这种工作方式CPU的利用率低，工
3、作速度慢。另一种是并行工作，即CPU传送一批数据给打印机后并不是等待而是去干其它事情，待打印机将数据打印完后再通知CPU传送下一批数据。显然这种工作方式CPU的利用率高，工作速度快。后一种方式就是采用暂时停下一个任务去处理另一个任务的中断方法。因此，中断技术实际上是单一CPU处理多任务的一种技术手段，实质上是一种资源共享技术。,计算机中断的有关概念如下。 1）中断。计算机在执行程序的过程中，由于CPU以外的某种原因，有必要尽快中止当前程序的执行，而去执行相应的处理程序，待处理程序执行结束后，再回来继续执行被中止了的原程序。这种程序的执行过程中由于外界的原因而被中途打断的情况称为中断。如下图所示
4、。,2）主程序。主程序就是CPU正在执行的程序。 3）中断服务程序。中断服务程序就是停止执行主程序后CPU所执行的处理程序，也叫中断处理子程序。 4）断点地址。断点地址就是主程序中被断开的位置（指令）的地址，简称为断点。 5）中断入口地址。中断入口地址就是中断服务程序存放的起始地址，也叫中断矢量。 6）中断系统。中断系统是指实现中断功能的硬件，也叫中断机构。 7）中断源。中断源就是能够产生中断请求的内部和外部事件。,8）中断请求信号。中断请求信号就是中断源向CPU发出的要求CPU为自己服务的申请信号。 9）保护现场。为了避免主程序的有关数据（如寄存器的内容）被中断服务程序所修改，在进入中断服务
5、程序时首先应将这些数据保存到一个安全的地方，这就是保护现场。 10）恢复现场。在结束中断服务程序返回主程序之前，应将保存好的主程序的有关数据恢复原样，以便继续执行主程序，称为恢复现场。 11）中断优先级。 一般处理的原则是，高级别的中断源可以中断低级别的中断源，而低级别的中断源不能中断高级别的中断源，同一级别的中断源按自然优先级别（也叫默认优先级别）处理。,12）中断的嵌套。当CPU响应某一中断的请求而进行中断处理时，若有优先级别更高的中断源发出中断申请，CPU则中断正在进行的较低级的中断服务程序，并保留这个程序的断点，然后响应高级中断，在高级中断处理完以后，再继续执行被中断的较低级的中断服务
6、程序，这个过程称为中断嵌套（类似于子程序嵌套）。没有中断嵌套功能的中断系统称为单级中断系统。二级中断嵌套过程如下图所示。,a） 中断处理大致流程图 b） 二级中断嵌套示意图 图4-1 中断及其二级嵌套示意图,1）调用的时间与形式不同。子程序调用是通过安排在主程序中的调用指令（如LCALL或ACALL）实现的，什么时间调用是确定的，固定的。而中断服务程序是否被调用取决于中断源是否发出中断申请，什么时间调用是随机的，偶然的。 2）返回指令不同。对MCS-51单片机来说，子程序的返回指令是RET，而中断服务程序的返回指令是RETI。二者的执行过程是有区别的。 3）入口地址不同。子程序的入口地址是可变
7、的，可由编程者任意设定。而中断服务程序的入口地址是固定不变的，是由中断源确定的。中断源一确定，其中断入口地址也就固定了。,3.中断与子程序的区别 由图4-1可以看出，中断与第3章介绍的子程序调用是非常相似的，但二者存在以下的区别。,4.引进中断技术的优点 计算机引进中断技术后可以带来以下几个方面的优点。 1）可以提高CPU的工作效率。有了中断功能就解决了快速的CPU与慢速的外设之间的矛盾，可以使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
8、断处理完之后，CPU恢复执行主程序，外设仍继续工作。这样，CPU就可以命令多个外设同时工作，从而大大提高了CPU的利用率。,2）可以提高实时数据的处理时效。在实时控制中，现场的各个参数、信息是随时间和现场情况不断变化的。有了中断功能，外界的这些变化量就可根据要求随时向CPU发出中断请求，要求CPU及时处理，CPU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。 3）可以及时自行处理各种故障。计算机在运行过程中，出现一些无法预料的故障是难免的，如电源突跳、存储出错、运算溢出等等。有了中断功能，计算机就能自行及时处理，而不必停机处理。,4.2 MCS-51单片机
9、中断系统的结构,图4-2 MCS-51单片机中断系统结构示意图,MCS-51单片机中断系统的结构如图4-2所示。,1.中断源 MCS-51单片机具有五个中断源，分为内部中断源和外部中断源等两种类型。外部中断源有两个（即和），通常指由外部设备发出中断请求信号，并从P3.2和P3.3引脚输入单片机，可用电平或边沿触发两种方式申请中断。内部中断源有三个，两个定时器/计数器（T0和T1）中断源和一个串行口中断源，T0和T1的中断申请是在它们计数从全“1”变为全“0”溢出时自动向中断系统提出的，串行口中断源的中断申请是在串行口每发送（即TX）或接收（即RX）完一个8位二进制数后自动向中断系统提出的。对8
10、032、8052及8752等52子系列单片机还增加了一个定时器/计数器T2中断源，即共有六个中断源。,4.2.1 中断源和中断系统构成,2.中断系统构成 由图4-2中可看出，MCS-51单片机中断系统主要由定时器/计数器控制寄存器（TCON）、串行口控制寄存器（SCON）、中断允许控制寄存器（IE）、中断优先级控制寄存器（IP）、硬件查询电路（对处在同一优先级的各中断源请求按自然优先级进行排队）和相应的逻辑电路组成。,4.2.2 中断标志和中断控制,1.中断标志 MCS-51单片机在每一个机器周期对所有中断源都顺序地检查一遍，找到所有已激活的中断请求后，先使相应的中断标志位置位，然后在下一个机
11、器周期检查这些中断标志位状态，只要不受阻断就开始响应其中最高优先级的中断请求。即中断标志用于表示相应的中断源是否向CPU发出中断请求，标志位为1表示中断源已发出中断请求（即有中断），标志位为0表示中断源没有发出中断请求（即无中断）。MCS-51单片机将中断标志位集中安排在定时器/计数器控制寄存器（TCON）和串行口控制寄存器（SCON）中。下面对这两个寄存器作详细介绍。,（1）定时器/计数器控制寄存器（TCON） 该寄存器用于存放两个外中断源的触发方式控制、中断请求标志以及定时器/计数器T0、T1的溢出中断请求标志等。进行字节操作时，寄存器地址为88H，按位操作时，各位的地址为88H8FH。T
12、CON寄存器的内容及位地址见表4-1。,1）IT1（IT0）：外中断1（外中断0）的触发方式控制。IT1（IT0）=1， （ ）选择边沿触发方式，下降沿有效；IT1（IT0）=0， （ ）选择电平触发方式，低电平有效。 2）IE1（IE0）：外中断1（外中断0）请求源中断请求标志。当CPU采样到（或）端出现有效中断请求时，IE1（IE0）位由硬件置“1”。当CPU中断响应完成转向中断服务程序时，由硬件将IE1（或IE0）自动清0。 3）TF1（TF0）：定时器/计数器T1（T0）的溢出中断请求标志。T1（T0）被允许计数后，从初值开始加1计数，当产生溢出时，置位TF1（TF0），向CPU提出中
13、断请求，一直保持到CPU响应该中断时，由硬件自动清0。若采用查询方式，则由指令清除TF1（TF0）。 4）TR1（TR0）：定时器/计数器T1（T0）的启停控制位。TR1（TR0）=1，启动T1（T0）计数；TR1（TR0）=0，停止T1（T0）计数。,（2）串行口控制寄存器（SCON） 该寄存器只有TI和RI两位用来表示串行口中断标志位，其余各位用于串行口其它控制（将在第8章中详细介绍）。进行字节操作时，寄存器地址为98H，按位操作时，各位的地址为98H9FH。SCON寄存器的内容及位地址见表4-2。,表4-2 串行口控制寄存器（SCON）,TI：为串行口发送中断标志位，位地址为99H。在串
14、行口发送完一组串行数据时，TI由硬件自动置位（TI=1），请求中断，当CPU响应中断进入中断服务程序后，TI状态不能被硬件自动清除，而必须在中断程序中由软件来清除。 2）RI：为串行口接收中断标志位，位地址为98H。在串行口接收完一组串行数据时，RI由硬件自动置位（RI=1），请求中断，当CPU响应中断进入中断服务程序后，也必须由软件来清除RI标志。 串行中断请求由TI和RI的逻辑或得到。也就是说，无论是发送标志还是接收标志，都会产生串行中断请求。,2.中断控制 各中断源的中断标志被置位后，CPU能否响应还要受到控制寄存器的控制，这种控制寄存器在MCS-51单片机中有两个，即中断允许控制寄存器
15、（IE）和中断优先级控制寄存器（IP）。下面分别详细介绍。 （1）中断允许控制寄存器（IE） 该寄存器用于控制各中断源中断的允许或禁止，而且实行两级控制，相当于有一个总开关、五个分开关（对8032、8052及8752等52子系列单片机还增加了一个定时器/计数器T2中断源，即共有六个分开关）。进行字节操作时，寄存器地址为0A8H，按位操作时，各位的地址为0A8H0AFH。IE寄存器的内容及位地址见表4-3。,1）EA：CPU中断允许总控制位。EA=0，中断总禁止，即禁止所有中断；EA=1，中断总允许。 2）EX1（EX0）：外部中断1（或0）中断允许控制位。EX1（EX0）=0，禁止外部中断1（
16、或0）中断；EX1（EX0）=1，允许外部中断1（或0）中断。 3）ET1（ET0）：定时器/计数器1（或0）中断允许控制位。ET1（ET0）=0，禁止定时器/计数器1（或0）中断；ET1（ET0）=1，允许定时器/计数器1（或0）中断。 4）ES：串行口中断允许控制位。ES=0，禁止串行口中断；ES=1，允许串行口中断。 5）ET2：定时器/计数器2溢出中断允许位（只有8032、8052及8752等52子系列单片机才有）。,IE寄存器中各位均是：为0时，禁止中断；为1时允许中断。系统复位后，IE寄存器各位均为0，即此时禁止所有的中断。各控制位的含义如下。,（2）中断优先级控制寄存器（IP） MCS-51单片机的中断优先级控制比较简单，因为系统只定义了高、低2个优先级。高优先级用“1”表示，低优先级用“0”表示。各中断源的优先级由中断优先级控制寄存器（IP）进行设置。IP寄存器的内容及位地址见表4-4。,表4-4 中断优先级控制寄存器（IP）,1）PX1（PX0）：外部中断1（或0）优先级控制位。PX1（PX0）=0，外部
