1、第5章 MCS-51的中斷系統(tǒng),實時測控，單片機能及時地響應(yīng)和處理單片機外 部事件或內(nèi)部事件所提出的中斷請求。,5.1 中斷的概念,CPU正在執(zhí)行程序時，單片機外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件，請求CPU迅速去處理。,CPU暫時中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理所發(fā)生的事件。,處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作，這稱為中斷。 CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過程。,圖5-1所示。對事件的整個處理過程，稱為中斷處 理（或中斷服務(wù)）。,能夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為中斷系統(tǒng)；產(chǎn)生中斷的請求源稱為中斷請求源。 中斷源向CPU提出的處理請求，稱為中斷請求(或中斷申請)。 進(jìn)

2、入中斷保護(hù)現(xiàn)場中斷處理恢復(fù)現(xiàn)場 中斷返回 中斷方式優(yōu)點：大大地提高了CPU的工作效率。 5.2 MCS-51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 有5個中斷請求源，兩個中斷優(yōu)先級，可兩級嵌套。 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。,5.3 中斷請求源 五個中斷請求源 ： （1）INT0*外部中斷請求0，由引腳INT0*輸入，中斷請求標(biāo)志為IE0。 （2）INT1*外部中斷請求1，由引腳INT1*輸入，中斷請求標(biāo)志為IE1。 （3）定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為TF0。 （4）定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為TF1。 （5）串行口中斷請求，中斷請求標(biāo)志為TI或RI。 由特殊功能寄存器TCON和

3、SCON的相應(yīng)位鎖存。,TCON為定時器/計數(shù)器的控制寄存器，字節(jié)地址為88H。 包含： （1）T0和T1的溢出中斷請求標(biāo)志位TF1和TF0 （2）外部中斷請求標(biāo)志位IE1與IE0。格式如下所示： 各標(biāo)志位的功能： （1）IT0選擇外部中斷請求0為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式： IT0=0，為電平觸發(fā)方式。,IT0=1，為跳沿觸發(fā)方式。 可由軟件置“1”或清“0”。 （2）IE0外部中斷請求0的中斷請求標(biāo)志位。 IE0=0，無中斷請求。 IE0=1，外部中斷0有中斷請求。當(dāng)CPU響應(yīng)該中斷，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時，由硬件清“0”IE0。 （3）IT1外部中斷請求1為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式，意

4、義與IT0類似。 （4）IE1外部中斷請求1的中斷請求標(biāo)志位，意義與IE0類似。,（5）TF0T0溢出中斷請求標(biāo)志位。 T0計數(shù)后，溢出時，由硬件置“1”TF0，向CPU申請中斷，CPU響應(yīng)TF0中斷時，硬件自動清“0”TF0，TF0也可由軟件清0。 （6）TF1T1的溢出中斷請求標(biāo)志位，功能和TF0類似。 TR1、TR0 2個位與中斷無關(guān)。 當(dāng)MCS-51復(fù)位后，TCON被清0，則CPU關(guān)中斷，所有中斷請求被禁止。,SCON為串行口控制寄存器，字節(jié)地址為98H。串行口的發(fā)送中斷和接收中斷的中斷請求標(biāo)志TI和RI，格式如下： 各標(biāo)志位的功能： （1）TI發(fā)送中斷請求標(biāo)志位。串口每發(fā)送完一幀串行

5、數(shù)據(jù)后，硬件自動置“1”TI。必須在中斷服務(wù)程序中用軟件對TI標(biāo)志清“0”。,（2）RI接收中斷請求標(biāo)志位。串口接收完一個數(shù)據(jù)幀，硬件自動置“1”RI標(biāo)志。必須在中斷服務(wù)程序中用軟件對RI標(biāo)志清“0”。 5.4 中斷控制 5.4.1 中斷允許寄存器IE CPU對中斷源的開放或屏蔽，由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制。字節(jié)地址為A8H，可位尋址。格式如下：,IE對中斷的開放和關(guān)閉為兩級控制 總的開關(guān)中斷控制位EA（IE.7位）: EA=0，所有中斷請求被屏蔽。 EA=1，CPU開放中斷，但五個中斷源的中斷請求是否允許，還要由IE中的5個中斷請求允許控制位決定。 IE中各位的功能如下： （1）EA：中

6、斷允許總控制位 0：CPU屏蔽所有的中斷請求(CPU關(guān)中斷)； 1：CPU開放所有中斷(CPU開中斷)。 （2）ES：串行口中斷允許位 0：禁止串行口中斷； 1：允許串行口中斷。,（3）ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位 0：禁止T1溢出中斷； 1：允許T1溢出中斷。 （4）EX1：外部中斷1中斷允許位 0：禁止外部中斷1中斷； 1：允許外部中斷1中斷。 （5）ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位 0：禁止T0溢出中斷； 1：允許T0溢出中斷。 （6）EX0：外部中斷0中斷允許位。 0：禁止外部中斷0中斷； 1：允許外部中斷0中斷。,MCS-51復(fù)位后，IE清0，所有中斷請求被禁

7、止。 若使某一個中斷源被允許中斷，除了IE相應(yīng)的位的被置“1” ，還必須使EA位=1。 改變IE的內(nèi)容，可由位操作指令來實現(xiàn)，即： SETB bit； CLR bit。 例5-1 若允許片內(nèi)2個定時器/計數(shù)器中斷，禁止其它中斷源的中斷請求。編寫設(shè)置IE的相應(yīng)程序段 （1）用位操作指令來編寫如下程序段： CLR ES ；禁止串行口中斷 CLR EX1 ；禁止外部中斷1中斷 CLR EX0；禁止外部中斷0中斷,SETB ET0 ；允許定時器/計數(shù)器T0中斷 SETB ET1 ；允許定時器/計數(shù)器T1中斷 SETB EA ；CPU開中斷 （2）用字節(jié)操作指令來編寫： MOV IE，#8AH 或者用：

8、 MOV 0A8H，#8AH ；A8H為IE寄存器字節(jié)地址 5.4.2 中斷優(yōu)先級寄存器IP 兩個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷嵌套。如圖5-6示。,可歸納為下面兩條基本規(guī)則： （1）低優(yōu)先級可被高優(yōu)先級中斷，反之則不能。 （2）同級中斷不會被它的同級中斷源所中斷。,若CPU正在執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷，則不能被任何中斷源所中斷。 中斷優(yōu)先級寄存器IP，其字節(jié)地址為B8H。 IP各個位的含義： （1）PS串行口中斷優(yōu)先級控制位 1：高優(yōu)先級中斷； 0：低優(yōu)先級中斷。,（2）PT1定時器T1中斷優(yōu)先級控制位 1：高優(yōu)先級中斷； 0：低優(yōu)先級中斷。 （3）PX1外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位 1：高優(yōu)先級中斷；

9、 0：低優(yōu)先級中斷。 （4）PT0定時器T0中斷優(yōu)先級控制位 1：高優(yōu)先級中斷； 0：低優(yōu)先級中斷。 （5）PX0外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位 1：高優(yōu)先級中斷； 0：低優(yōu)先級中斷。,由軟件可改變各中斷源的中斷優(yōu)先級。 MCS-51的中斷系統(tǒng)有兩個不可尋址的“優(yōu)先級激活觸發(fā)器”: 一個用來指示某高優(yōu)先級的中斷正在執(zhí)行，所有后來的中斷均被阻止。 另一個用來指示某低優(yōu)先級的中斷正在執(zhí)行，所有同級中斷都被阻止，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷請求。 在同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷請求時，優(yōu)先響應(yīng)哪一個中斷，取決于內(nèi)部的查詢順序。查詢順序如下：,中斷源 中斷級別 外部中斷0最高 T0溢出中斷 外部中斷1 T1溢出

10、中斷 串行口中斷最低 例5-2 設(shè)置IP寄存器的初始值，使2個外中斷請求為高優(yōu)先級，其它中斷請求為低優(yōu)先級。 （1）用位操作指令 SETB PX0 ；2個外中斷為高優(yōu)先級 SETB PX1 CLR PS ；串口為低優(yōu)先級中斷,CLR PT0 ；2個定時器/計數(shù)器低優(yōu)先級中斷 CLR PT1 （2）用字節(jié)操作指令 MOV IP，#05H 或： MOV 0B8H，#05H ；B8H為IP寄存器的字節(jié)地址 5.5 響應(yīng)中斷請求的條件 一個中斷請求被響應(yīng)，需滿足以下必要條件： （1）IE寄存器中的中斷總允許位EA=1。 （2）該中斷源發(fā)出中斷請求，即該中斷源對應(yīng)的中 斷請求標(biāo)志為“1”。,（3）該中斷

11、源的中斷允許位=1，即該中斷沒有被屏 蔽。 （4）無同級或更高級中斷正在被服務(wù)。 中斷響應(yīng)的主要過程： 首先由硬件自動生成一條長調(diào)用指令: LCALL addr16 接著就由CPU執(zhí)行該指令,將PC的內(nèi)容壓入堆棧以保護(hù)斷點，再將中斷入口地址裝入PC。各中斷源服務(wù)程序的入口地址是固定的，如下所示：,中斷源 入口地址 外部中斷0 0003H 定時器/計數(shù)器T0 000BH 外部中斷1 0013H 定時器/計數(shù)器T1001BH 串行口中斷0023H 中斷響應(yīng)是有條件的，遇到下列三種情況之一時，中斷響應(yīng)被封鎖： （1）CPU正在處理同級的或更高優(yōu)先級的中斷。 （2）所查詢的機器周期不是所當(dāng)前正在執(zhí)行指

12、令的最后一個機器周期。只有在當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，才能進(jìn)行中斷響應(yīng)。,（3）正在執(zhí)行的指令是RETI或是訪問IE或IP的指令。需要再去執(zhí)行完一條指令，才能響應(yīng)新的中斷請求。 如果存在上述三種情況之一，CPU將丟棄中斷查詢結(jié)果，不能對中斷進(jìn)行響應(yīng)。,5.6 外部中斷的響應(yīng)時間 外部中斷的最短的響應(yīng)時間為3個機器周期: （1）中斷請求標(biāo)志位查詢占1個機器周期。 （2）子程序調(diào)用指令LCALL轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口，需2個機器周期。 外部中斷響應(yīng)的最長的響應(yīng)時間為8個機器周期： （1）發(fā)生在CPU進(jìn)行中斷標(biāo)志查詢時，剛好是開始執(zhí)行RETI或是訪問IE或IP的指令，則需把當(dāng)前指令執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行一條

13、指令后，才能響應(yīng)中斷，最長需2個機器周期。 （2）接著再執(zhí)行一條指令，按最長指令（乘法指令,MUL和除法指令DIV）來算，也只有4個機器周期。 （3）加上硬件子程序調(diào)用指令LCALL的執(zhí)行，需要2個機器周期。 所以，外部中斷響應(yīng)最長時間為8個機器周期。 如果已在處理同級或更高級中斷，響應(yīng)時間無法計算。 在一個單一中斷的系統(tǒng)里，MCS-51單片機對外部中斷請求的響應(yīng)的時間總是在38個機器周期之間。,5.7 外部中斷的觸發(fā)方式選擇 兩種觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式和跳沿觸發(fā)方式。 5.7.1 電平觸發(fā)方式 CPU在每個機器周期采樣到的外部中斷輸入線的電平。在中斷服務(wù)程序返回之前，外部中斷請求輸入必須無效

14、（即變?yōu)楦唠娖剑?，否則CPU返回主程序后會再次響應(yīng)中斷。 適于外中斷以低電平輸入且中斷服務(wù)程序能清除外部中斷請求（即外部中斷輸入電平又變?yōu)楦唠娖剑┑那闆r。,5.7.2 跳沿觸發(fā)方式 連續(xù)兩次采樣，一個機器周期采樣到外部中斷輸入為高，下一個機器周期采樣為低，則置“1”中斷請求標(biāo)志，直到CPU響應(yīng)此中斷時，該標(biāo)志才清0。這樣不會丟失中斷，但輸入的負(fù)脈沖寬度至少保持1個機器周期。 5.8 中斷請求的撤消 1定時器/計數(shù)器中斷請求的撤消 中斷請求被響應(yīng)后。硬件會自動清TF0或TF1。 2外部中斷請求的撤消,（1）跳沿方式外部中斷請求的撤消是自動撤消的。 （2）電平方式外部中斷請求的撤消: 除了標(biāo)志位清

15、“0”之外，還需在中斷響應(yīng)后把中斷請求信號引腳從低電平強制改變?yōu)楦唠娖?，如圖5-8所示。,只要P1.0端輸出一個負(fù)脈沖就可以使D觸發(fā)器置“1”，從而撤消了低電平的中斷請求信號。所需的負(fù)脈沖可增加如下兩條指令得到： ORL P1，#01H ；P1.0為“1” ANL P1，#0FEH；P1.0為“0” 電平方式的外部中斷請求信號的完全撤消，是通過軟硬件相結(jié)合的方法來實現(xiàn)的。,3串行口中斷請求的撤消 響應(yīng)串行口的中斷后，CPU無法知道是接收中斷還是發(fā)送中斷，還需測試這兩個中斷標(biāo)志位的狀態(tài)，以判定是接收操作還是發(fā)送操作，然后才能清除。所以串行口中斷請求的撤消只能用軟件清除 CLR TI ；清TI標(biāo)志

16、位 CLR RI ；清RI標(biāo)志位 5.9 中斷服務(wù)程序的設(shè)計 一、中斷服務(wù)程序設(shè)計的任務(wù) 基本任務(wù)：,（1）設(shè)置中斷允許控制寄存器IE。 （2）設(shè)置中斷優(yōu)先級寄存器IP。 （3）對外中斷源，是采用電平觸發(fā)還是跳沿觸發(fā)。 （4）編寫中斷服務(wù)程序，處理中斷請求。 前2條一般放在主程序的初始化程序段中。 例5-3 假設(shè)允許外部中斷0中斷，并設(shè)定它為高級中斷，其它中斷源為低級中斷，采用跳沿觸發(fā)方式。在主程序中編寫如下程序段： SETB EA ；CPU開中斷 SETB ET0 ；允許外中斷0產(chǎn)生中斷 SETB PX0 ；外中斷0為高級中斷 SETB IT0 ；外中斷0為跳沿觸發(fā)方式,二、采用中斷時的主程

17、序結(jié)構(gòu) 常用的主程序結(jié)構(gòu)如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 中斷入口地址 LJMP INT ORG XXXXH MAIN：主 程 序 INT：中斷服務(wù)程序 三、中斷服務(wù)程序的流程,例5-4 根據(jù)圖5-9的中斷服務(wù)程序流程，編出中斷服務(wù)程序。假設(shè)，現(xiàn)場保護(hù)只需將PSW和A的內(nèi)容壓入堆棧中保護(hù)。 典型的中斷服務(wù)程序如下： INT：CLR EA；CPU關(guān)中斷 PUSH PSW；現(xiàn)場保護(hù) PUSH ACC； SETB EA；CPU開中斷 中斷處理程序段 CLR EA；CPU關(guān)中斷 POP ACC；現(xiàn)場恢復(fù) POP PSW,SETB EA；CPU開中斷 RETI；中斷返回，恢復(fù)斷點

18、幾點說明： （1）現(xiàn)場保護(hù)僅涉及到PSW和A的內(nèi)容，如還有其它需保護(hù)的內(nèi)容，只需要在相應(yīng)的位置再加幾條PUSH和POP指令即可。 （2） “中斷處理程序段”，應(yīng)根據(jù)任務(wù)的具體要求，來編寫。 （3）如果本中斷服務(wù)程序不允許被其它的中斷所中斷?？蓪ⅰ爸袛嗵幚沓绦蚨巍鼻昂蟮摹癝ETB EA”和“CLR EA”兩條指令去掉。 （4）中斷服務(wù)程序的最后一條指令必須是返回指令RETI。,5.10 多外部中斷源系統(tǒng)設(shè)計 兩個外部中斷請求源往往不夠用。 5.10.1 定時器/計數(shù)器作為外部中斷源的使用方法 定時器/計數(shù)器選為計數(shù)器工作模式，T0 （或T1）引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，T0（或T1）計數(shù)器加1，利用該特性，可以把T0（或T1）引腳作為外部中斷請求輸入引腳，計數(shù)器初值設(shè)為FFH，TF0（或TF1）作為外部中斷請求標(biāo)志。 ORG 0000H AJMP IINI ；跳到初始化程序 IINI:MOV TMOD，#06H；設(shè)置T0的工作方式