單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

微機(jī)原理及應(yīng)用 第 4章 MCS-51單片機(jī) 的中斷系統(tǒng) 4.1 中斷的概念 中斷是指在 CPU正在處理某項(xiàng)事務(wù)的時(shí)候， 如果外界或內(nèi)部發(fā)生了緊急事件，要求 CPU暫 停正在運(yùn)行的工作轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件， 待處理完后再回到原來(lái)被中斷的地方，繼續(xù)原 來(lái)被打斷了的工作的過(guò)程。中斷是計(jì)算機(jī)中一 個(gè)很重要的概念，中斷技術(shù)的引入使計(jì)算機(jī)的 發(fā)展和應(yīng)用都大大地推進(jìn)了一步。可以說(shuō)：沒(méi) 有中斷技術(shù)，就沒(méi)有目前計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用。 中 斷 服 務(wù) 程 序 主 程 序 繼 續(xù) 主 程 序 低 級(jí) 中 斷 主 程 序 繼 續(xù) 主 程 序 高 級(jí) 中 斷 4.2 8051中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及中斷控制 MCS-51系列單片機(jī)有 5個(gè)中斷源和 其相應(yīng)的控制寄存器。 1. 中斷源 產(chǎn)生中斷的請(qǐng)求源叫中斷源 。 MCS-51系列單片機(jī)的 5個(gè)中斷源 ， 包括 2 個(gè)外部中斷源 和 3個(gè)內(nèi)部中斷源 。 MCS-51系列單片機(jī)能提供 兩個(gè)中斷優(yōu)先 級(jí) ， 實(shí)現(xiàn) 兩級(jí)中斷嵌套 。 振蕩器和時(shí)序 OSC 程序存儲(chǔ)器 4KB ROM 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 4KB RAM 64KB總線 擴(kuò)展控制器 可編程 I/O 可編程全雙工 串行口 8051 CPU 2 16位 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 外時(shí)鐘源 內(nèi)中斷 外中斷 控制 并行口 串行通信 外部事件計(jì)數(shù) 1 MCS-51單片機(jī)總體構(gòu)框圖 2個(gè)外部中斷源 是 外部中斷 0和外部中斷 1，相應(yīng)的中斷請(qǐng)求信 號(hào)輸入端是 INT0和 INT1。 3個(gè)內(nèi)部中斷源 是 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0溢出中 斷， 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1溢 出中斷，串行口的發(fā) 送和接收中斷 (TI和 RI)。 外部中斷請(qǐng)求有兩種觸發(fā)方式： 電 平觸發(fā) 和 邊沿觸發(fā) 。 電平觸發(fā) 邊沿觸發(fā) 高 低 2. TCON寄存器 TCON是定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0和 1（ T0、 T1） 的控制寄存器 ， 同時(shí)也用來(lái) 鎖存 T0、 T1的 溢出中斷申請(qǐng)標(biāo)志 和 外部中斷請(qǐng)求 標(biāo)志 。 TCON (88H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TF0 IE1 IT1 IE0 IT0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 溢出中斷請(qǐng)求標(biāo) 志 ,由硬件置位。 INT1、 INT0 請(qǐng)求標(biāo)志， 由硬件置位。 INT1、 INT0觸發(fā)方式控制位， 由軟件置位或復(fù)位。 IT1=0時(shí)， INT1為電平觸發(fā)， IT1=1為邊 沿觸發(fā)； IT0同理 (對(duì)應(yīng) INT0)。 3. SCON寄存器 SCON為串行口控制寄存器 ， 其中的 低 2位用作 串行口中斷請(qǐng)求 標(biāo)志 。 4 . 在 MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)中，中斷的 允 許 或 禁止 是由片內(nèi)的中斷允許寄存器 IE控制 的。 IE (A8H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 CPU中斷允許標(biāo)志位。 EA=0時(shí)，關(guān)中斷； EA=1時(shí)，開(kāi)中斷。 串口 中斷允許標(biāo)志位。 EA=0時(shí)，關(guān)串口中斷； EA=1時(shí)，開(kāi)串口中斷。 T1、 T0溢出中斷 允許標(biāo)志位。 ET1=0時(shí)，關(guān) T1中斷； ET1=1時(shí)，開(kāi) T1中斷。 ET0同理 (對(duì)應(yīng) T0)。 外部 中斷允許標(biāo)志位。 EX1=0時(shí)，關(guān) INT1中斷； EX1=1時(shí)，開(kāi) INT1中斷。 EX0同理 (對(duì)應(yīng) INT0)。 例：假設(shè)允許片內(nèi)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器中斷，禁 止其他中斷，設(shè)置相應(yīng)的 IE值。 MOV IE, #8AH 或 SETB ET0 SETB ET1 SETB EA 5 . MCS-51系列單片機(jī)的 中斷優(yōu)先級(jí)控制 是由 中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP控制的。 IP (B8H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 PS PT1 PX1 PT0 PX0 串口中斷 T1中斷 外部中斷 1 T0中斷 外部中斷 0 優(yōu)先級(jí)可以用軟件進(jìn)行設(shè)置，單片機(jī)復(fù)位 后， IP中的各位均被清 0。 例：設(shè) 8031的片外中斷為高優(yōu)先級(jí)，片內(nèi) 中斷為低優(yōu)先級(jí)，設(shè)置 IP相應(yīng)的值。 MOV IP, #05H 或 SETB PX0 SETB PX1 CLR PS CLR PT0 CLR PT1 MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)應(yīng)遵循的原則： 1、低優(yōu)先級(jí)中斷可被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷，反之 則不能。 2、同級(jí)的中斷請(qǐng)求不能打斷已經(jīng)執(zhí)行的同級(jí)中斷。 中斷源 自然優(yōu)先級(jí) 外部中斷 0 最高 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0 外部中斷 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1 串行口 最低 中斷響應(yīng)條件： 必須要有中斷請(qǐng)求 中斷源的中斷允許位為 1（即 IE中的總允許位 EA 1，且 IE相應(yīng)的中斷允許位為 1） 無(wú)同級(jí)或高級(jí)中斷正在服務(wù) 現(xiàn)行指令執(zhí)行完最后一個(gè)機(jī)器周期。 4.3 中斷響應(yīng)過(guò)程 CPU在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2時(shí)刻采樣 各中斷源的中斷請(qǐng)求信號(hào) ， 并將它鎖存 在 TCON或 SCON中的相應(yīng)位 。 在下一個(gè) 機(jī)器周期對(duì)采樣到的中斷請(qǐng)求標(biāo)志進(jìn)行 查詢 。 如果查詢到中斷請(qǐng)求標(biāo)志 ， 則按 優(yōu)先級(jí)高低進(jìn)行中斷處理 ， 中斷系統(tǒng)將 通過(guò)硬件自動(dòng)將相應(yīng)的中斷矢量地址裝 入 PC， 以便進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序 。 4.4 中斷響應(yīng)時(shí)間 在不同的情況下 CPU響應(yīng)中斷的時(shí)間是不同 的 。 以外部中斷為例 ， INT0和 INT1引腳的電平在 每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2時(shí)刻經(jīng)反相鎖存到 TCON 的 IE0和 IE1標(biāo)志位 ， CPU在下一個(gè)機(jī)器周期才 會(huì)查詢到新置入的 IE0和 IE1， 如果滿足響應(yīng)條 件 ， CPU響應(yīng)中斷時(shí)要用兩個(gè)機(jī)器周期執(zhí)行一 條硬件長(zhǎng)調(diào)用指令 “ LCALL”， 由硬件完成將中 斷矢量地址裝入程序指針 PC中 ， 使程序轉(zhuǎn)入中 斷矢量入口 。 因此 ， 從產(chǎn)生外部中斷到開(kāi)始執(zhí) 行中斷程序至少需要三個(gè)完整的機(jī)器周期 。 4.5 中斷響應(yīng)后中斷請(qǐng)求的撤除 中斷源提出中斷申請(qǐng) ， 在 CPU響應(yīng)此中斷請(qǐng) 求后 ， 該中斷源之中斷請(qǐng)求在中斷返回之前應(yīng) 當(dāng)撤除 ， 以免引起重復(fù)中斷 ， 被再次響應(yīng) 。 對(duì)于 邊沿觸發(fā)的外部中斷 ， CPU在響應(yīng)中斷 后由 硬件自動(dòng)清除 相應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志 IE0和 IE1。 對(duì)于 電平觸發(fā)的外部中斷 ， 必須 外加硬件 來(lái) 撤銷(xiāo)中斷請(qǐng)求 。 對(duì)于 定時(shí)器溢出中斷 ， CPU在響應(yīng)中斷后就 由 硬件消除 了相應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志 TF0、 TF1。 對(duì)于 串行口中斷 ， CPU在響應(yīng)中斷后并不自 動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志 RI或 TI， 因此必須在 中斷 服務(wù)程序中 用 軟件 來(lái) 清除 。 中斷系統(tǒng)應(yīng)用舉例： 外部中斷源的擴(kuò)展 INT0 裝置 1 裝置 2 裝置 3 裝置 4 8051 P1.4 P1.5 P1.6 P1.7 ORG 0003H LJMP INT0 INT0: PUSH PSW PUSH ACC JB P1.7, DV1 JB P1.6, DV2 JB P1.5, DV3 JB P1.4, DV4 GB: POP ACC POP PSW RETI DV1: AJMP GB DV2: AJMP GB DV3: AJMP GB DV4: AJMP GB 設(shè)計(jì)一個(gè)程序，能夠?qū)崟r(shí)顯示 INT0引腳上出現(xiàn)的負(fù)跳變信 號(hào)的累計(jì)數(shù)。 主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP IP0 ORG 0030H MAIN: MOV SP, #60H SETB IT0 SETB EA SETB EX0 MOV R7, #00H LP: ACALL DISP AJMP LP 中斷服務(wù)子程序： IP0: INC R7 RETI 中斷程序舉例： 例： X1、 X2、 X3為 3個(gè) 故障輸入，當(dāng)系統(tǒng) 無(wú) 故障 時(shí)，它們?nèi)珵?低 電平， 3個(gè)燈不亮；當(dāng) 某部分出現(xiàn) 故障 時(shí)， 其對(duì)應(yīng)的輸入端由低 電平變?yōu)?高 電平，從 而引起單片機(jī)中斷， 并點(diǎn)亮對(duì)應(yīng)的發(fā)光二 極管。 主程序： ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP SERVE MAIN: ORL P1, #0FFH ； P1口設(shè)初值，燈全滅 SETB IT0 ；選擇邊沿觸發(fā)方式 SETB EX0 ；允許 INT0中斷 SETB EA ；開(kāi) CPU中斷 SJMP $ ；等待中斷 中斷服務(wù)子程序： SERVE: JNB P1.0, L1 ；若 X1無(wú)故障 (P1.0=0)，跳到 L1 CLR P1.3 ；點(diǎn)亮 LED1 L1: JNB P1.1, L2 ；若 X2無(wú)故障，跳到 L2 CLR P1.4 ；點(diǎn)亮 LED2 L2: JNB P1.2, L3 ；若 X3無(wú)故障，跳到 L3 CLR P1.5 ；點(diǎn)亮 LED3 L3: RETI