1、.,第8章中斷系統(tǒng),.,本章要點(diǎn),本章要點(diǎn),理解中斷概念，能正確描繪單片機(jī)中斷響應(yīng)過程 熟記80C51單片機(jī)的5個(gè)中斷源及其中斷入口地址 能按要求正確設(shè)置特殊功能寄存器IE、IP、 熟悉中斷優(yōu)先控制的方法 中斷響應(yīng)及中斷處理過程 中斷程序設(shè)計(jì),.,8.1 概述,8.1.1 中斷的概念,（1）現(xiàn)實(shí)生活中的中斷：,某人看書某人正在處理一件事A 電話鈴響出現(xiàn)另一件須立即解決的事件B 暫?？磿兄故录嗀 書中作記號(hào)記錄斷點(diǎn)，便于接續(xù) 電話談話處理事件B 繼續(xù)看書繼續(xù)事件A的工作,中斷請(qǐng)求,保護(hù)斷點(diǎn),中斷響應(yīng),中斷返回,.,（2）單片機(jī)中的中斷,CPU在處理某一事件A時(shí)，發(fā)生了另一事件B請(qǐng)求CPU迅速去

2、處理（中斷發(fā)生）； CPU暫時(shí)中斷當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）； 待CPU將事件B處理完畢后，再回到原來事件A被中斷的地方繼續(xù)處理事件A（中斷返回），這一過程稱為中斷 。,.,80C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),執(zhí)行主程序,主程序,繼續(xù)執(zhí)行主程序,斷點(diǎn),中斷請(qǐng)求,中斷響應(yīng),執(zhí)行中斷處理程序,中斷返回,.,引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出中斷請(qǐng)求。中斷之后所執(zhí)行的處理程序，稱為“中斷服務(wù)”或“中斷處理子程序”，原來運(yùn)行的程序?yàn)椤爸鞒绦颉薄Ｖ鞒绦虮粩嚅_的位置稱為“斷點(diǎn)”，中斷服務(wù)處理完后再回到原來被中斷的地方（即斷點(diǎn)），稱為中斷返回。實(shí)現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中

3、斷系統(tǒng)（中斷機(jī)構(gòu)）。,.,8.1.2 引進(jìn)中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術(shù)不僅解決了快速主機(jī)與慢速I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點(diǎn)：,分時(shí)操作。CPU可以分時(shí)為多個(gè)I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計(jì)算機(jī)的利用率；,實(shí)時(shí)響應(yīng)。CPU能夠及時(shí)處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機(jī)事件，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大增強(qiáng)；,可靠性高。CPU具有處理設(shè)備故障及掉電等突發(fā)性事件能力，從而使系統(tǒng)可靠性提高。,.,8.1.4 中斷系統(tǒng)的功能,（1）中斷及返回,保護(hù)斷點(diǎn)（把斷點(diǎn)處的PC值推入堆棧保留下來，硬件自動(dòng)執(zhí)行）,保護(hù)現(xiàn)場(chǎng),執(zhí)行中斷處理子程序,恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng),恢復(fù)斷點(diǎn)（RETI）,.,8-1 中斷流程圖,.,（2）優(yōu)先

4、權(quán)排隊(duì),系統(tǒng)中有多個(gè)中斷源，有時(shí)會(huì)出現(xiàn)2個(gè)或更多個(gè)中斷源同時(shí)提出中斷請(qǐng)求的情況。,事先給各中斷源規(guī)定其優(yōu)先級(jí)別，稱為“優(yōu)先權(quán)”。,計(jì)算機(jī)按中斷源級(jí)別高低逐次響應(yīng)的過程稱“優(yōu)先權(quán)排隊(duì)”。,.,（3）中斷嵌套,圖8.2 中斷嵌套流程圖,.,8.2 AT89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng),中斷過程是在硬件基礎(chǔ)上再配以相應(yīng)的軟件而實(shí)現(xiàn)的。,.,8.2.1 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),AT89S51單片機(jī)有5個(gè)中斷源，可提供2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套。,其中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖8.3所示，主要由幾個(gè)與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器和順序查詢邏輯電路等組成。,與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器有4個(gè)，分別為中斷源寄存器（即專用寄存

5、器TCON、SCON的相關(guān)位）、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP。,5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路共同決定。,.,圖8.3 AT89S51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu),.,8.2.2 中斷源及中斷入口,1. 中斷源,AT89S51的中斷源分為3類：即外部中斷、定時(shí)中斷和串行口中斷。,5個(gè)中斷源，分別為：2個(gè)外部輸入中斷源INT0（P3.2）和INT1（P3.3），2個(gè)片內(nèi)定時(shí)器T0和T1的溢出中斷源TF0（TCON.5）和TF1（TCON.7），1個(gè)片內(nèi)串行口發(fā)送和接收中斷源TI（SCON.1）和RI（SCON.0）。,.,2. 中斷入口,當(dāng)CPU響應(yīng)某中斷

6、源的中斷申請(qǐng)后，CPU將此中斷源的入口地址裝入PC，中斷服務(wù)程序即從此地址開始執(zhí)行，因而將此地址稱為“中斷入口”，也稱為“中斷矢量”。,.,8.2.3 與中斷有關(guān)的寄存器,中斷功能雖然是硬件和軟件結(jié)合的產(chǎn)物，但用戶不必了解中斷硬件電路和發(fā)生過程。對(duì)用戶來說，重點(diǎn)是怎樣通過軟件管理和應(yīng)用中斷功能。,.,1.中斷允許控制寄存器,CPU對(duì)中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。,EX0(IE.0)，外部中斷0允許位； ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位； EX1(IE.2)，外部中斷0允許位； ET1(IE.3)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1中斷允許位； ES（IE.

7、4)，串行口中斷允許位； EA (IE.7)， CPU中斷允許（總允許）位。,復(fù)位后，IE中各中斷允許位均被清0，即禁止所有中斷,.,2.中斷請(qǐng)求標(biāo)志寄存器,當(dāng)有中斷源發(fā)出請(qǐng)求時(shí)，由硬件將相應(yīng)的中斷標(biāo)志位置1。在中斷請(qǐng)求被響應(yīng)前，相應(yīng)中斷標(biāo)志位被鎖存在特殊功能寄存器TCON或SCON中。,（1）定時(shí)器控制寄存器TCON,.,IT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。 當(dāng)IT0=0時(shí)，為電平觸發(fā)方式。 當(dāng)IT0=1時(shí)，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。 IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。 IE1（TCON.3），外部中斷1中

8、斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TF0（TCON.5），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。 TF1（TCON.7），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。,.,(2) 串行口控制寄存器SCON,RI（SCON.0），串行口接收中斷標(biāo)志位。當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)，每接收完一個(gè)串行幀，由硬件置位RI。同樣，RI必須由軟件清除。,TI（SCON.1），串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位。當(dāng)CPU將一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí)，就啟動(dòng)了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個(gè)串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，不能自動(dòng)清除TI，TI必須由軟件清除。,.,3.中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP,80C51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷服務(wù)嵌套

9、。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都是由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的 。,PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT0（IP.1），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT1（IP.3），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PS （IP.4），串行口優(yōu)先級(jí)設(shè)定位； PT2 (IP.5) ，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級(jí)設(shè)定位。,復(fù)位后，IP全部清0，將所有中斷源設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)中斷。,.,同一優(yōu)先級(jí)中的中斷申請(qǐng)不止一個(gè)時(shí)，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)問題。同一優(yōu)先級(jí)的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級(jí)形成，其排列如所示：,.,8.3 中斷處理過程,中

10、斷處理過程分為3個(gè)階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。,.,8.3.1 中斷響應(yīng),中斷響應(yīng)是在滿足CPU的中斷響應(yīng)條件之后，CPU對(duì)中斷源中斷請(qǐng)求的回答。在這一階段，CPU要完成執(zhí)行中斷服務(wù)以前的所有準(zhǔn)備工作。準(zhǔn)備工作包括保護(hù)斷點(diǎn)和把程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的入口地址（通常稱為“矢量地址”）。,.,1.CPU的中斷響應(yīng)條件,CPU響應(yīng)中斷的條件：,(1)有中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)； (2)中斷總允許位EA1，即CPU允許所有中斷源申請(qǐng)中斷； (3)申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為1 。,以上是CPU響應(yīng)中斷的基本條件。若滿足，CPU一般會(huì)響應(yīng)中斷，但如果有下列任何一種情況存在，則中斷響應(yīng)會(huì)受到阻斷。,(1

11、)CPU正在執(zhí)行一個(gè)同級(jí)或高一級(jí)的中斷服務(wù)程序； (2)當(dāng)前的機(jī)器周期不是正在執(zhí)行指令的最后一個(gè)周期； (3)正在執(zhí)行的指令是返回（RETI）指令或者對(duì)專用寄存器IE、IP進(jìn)行讀寫的指令，此時(shí)，在執(zhí)行RETI或者讀寫IE或IP之后，不會(huì)馬上響應(yīng)中斷請(qǐng)求,.,2.中斷響應(yīng)過程,中斷響應(yīng)中的CPU自主操作：,(1)置位響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)寄存器，標(biāo)明所響應(yīng)中斷的優(yōu)先級(jí)別； (2)中斷源標(biāo)志清零（TI、RI 除外）； (3)中斷斷點(diǎn)地址壓入堆棧保護(hù)（不保護(hù)PSW)； (4)中斷入口地址送PC，程序轉(zhuǎn)到中斷入口地址處。,CPU執(zhí)行RETI指令時(shí)的自主操作：,(1)優(yōu)先級(jí)狀態(tài)寄存器清零； (2)斷點(diǎn)地址從堆

12、棧中彈出至PC，程序返回到斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。,.,8.3.2 中斷處理,在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)需注意的主要事項(xiàng)是：,（1）注意保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng) （2）在中斷入口地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令 （3）如果要禁止更高優(yōu)先級(jí)中斷源中斷，應(yīng)先關(guān)閉CPU中斷，或屏蔽更高級(jí)中斷源的中斷，在中斷返回前再開放中斷。 （4）在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，為了不使現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)受到破壞或者造成混亂，一般規(guī)定此時(shí)CPU不響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。,.,8.3.3 中斷返回,中斷返回由專門的中斷返回指令RETI實(shí)現(xiàn),.,8.3.4 中斷請(qǐng)求的撤除,（1）對(duì)定時(shí)器0或1溢出中斷標(biāo)志TF0或TF1，還有邊沿觸發(fā)的外部中斷標(biāo)志IE0或IE1

13、，在CPU響應(yīng)中斷后，是硬件自動(dòng)撤除的。 （2)對(duì)于串行口中斷標(biāo)志TI、RI ，CPU響應(yīng)中斷后，不能用硬件清除，而要靠軟件來清除相應(yīng)的標(biāo)志。 （3）只有對(duì)于電平激活的外部中斷，撤除方法較復(fù)雜。要通過硬件，再配合軟件來解決。,.,8.3.6 擴(kuò)充外部中斷源,1. 利用定時(shí)器擴(kuò)展外中斷源法,2. 中斷和查詢結(jié)合法,圖8-5 多外部中斷源連接方法,.,8.4 中斷程序的設(shè)計(jì)與應(yīng)用,與中斷有關(guān)的程序一般包含兩部分：主程序中的中斷初始化部分 以及中斷響應(yīng)后的中斷處理程序。,.,8.4.1 中斷程序的一般設(shè)計(jì)方法,從編程的角度看，中斷控制實(shí)質(zhì)上就是對(duì)4個(gè)與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器TCON、 SCON、I

14、E和IP進(jìn)行管理和控制，它包括：,CPU中斷的允許與禁止； 某中斷源中斷請(qǐng)求的允許與禁止（屏蔽）； 各中斷源優(yōu)先級(jí)別的設(shè)定（即中斷源優(yōu)先級(jí)排隊(duì)）； 外部中斷請(qǐng)求的觸發(fā)方式設(shè)置。,中斷管理與控制程序一般不獨(dú)立編寫，而是包含在主程序中，根據(jù)需要通過幾條指令來實(shí)現(xiàn)。,.,.,1主程序中的中斷初始化,（1）CPU開中斷與關(guān)中斷； （2）某中斷源中斷請(qǐng)求的允許和禁止（屏蔽）； （3）各中斷源優(yōu)先級(jí)別的設(shè)定； （4）外部中斷請(qǐng)求的觸發(fā)方式。,2中斷服務(wù)程序,.,8.4.2 中斷程序應(yīng)用舉例,例1、利用定時(shí)器T0定時(shí)，在P1.0端輸出一周期為20ms的方波。已知晶振頻率為12MHz。,分析：利用T0定時(shí)中斷功能，對(duì)P1.0端口定時(shí)求反操作，定時(shí)時(shí)間10ms。T0中斷服務(wù)程序入口地址為000BH,.,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 00