第4章 單片機(jī)的中斷系統(tǒng).ppt

第4章單片機(jī)的中斷系統(tǒng),單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用,MCS-51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)中斷的基本概念中斷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中斷的響應(yīng)過程中斷的的應(yīng)用編程小結(jié),內(nèi)容提要,4.1.1中斷技術(shù)的概念在CPU和外設(shè)交換信息時，存在著快速CPU和慢速外設(shè)間的矛盾，機(jī)器內(nèi)部有時也可能出現(xiàn)突發(fā)事件，為此，計算機(jī)中通常采用中斷技術(shù)。中斷CPU和外設(shè)并行工作，當(dāng)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(或有某種突發(fā)事件發(fā)生)時向CPU提出請求，CPU暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而為該外設(shè)服務(wù)(或處理緊急事件)，處理完畢再回到原斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序。中斷源引起中斷的原因,中斷申請的來源，中斷源可以是I/O設(shè)備、故障、時鐘、調(diào)試中人為設(shè)置。,4.1中斷概述,中斷優(yōu)先級當(dāng)有多個中斷源同時向CPU申請中斷時，CPU優(yōu)先響應(yīng)最需緊急處理的中斷請求，處理完畢再響應(yīng)優(yōu)先級別較低的，這種預(yù)先安排的響應(yīng)次序。中斷的嵌套在中斷系統(tǒng)中，高優(yōu)先級的中斷請求能中斷正在進(jìn)行的較低級的中斷源處理，本章將討論MCS-51系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)。,8XX51有5個中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存貯器中有固定的中斷入口地址，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時，硬件自動形成這些地址，由此進(jìn)入中斷服務(wù)程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可形式中斷嵌套.,4.2MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),4.2.1中斷源8XX51有5個中斷源，其符號、名稱、產(chǎn)生條件及中斷服務(wù)程序的入口地址如下表。,說明：IT0和IT1為外中斷INT0和INT1中斷觸發(fā)方式選擇，若選下降沿觸發(fā)則相應(yīng)位置1；若選低電平觸發(fā)，IT相應(yīng)位置0。某中斷源有中斷請求，該中斷標(biāo)志置1，無中斷請求，該中斷標(biāo)志置0TR0和TR1為定時器T0和T1工作啟動和停止控制。,4.2.2中斷標(biāo)志寄存器1.定時器控制寄存器TCON,2.串行口的空制寄存器SCON8XX51串行通信的方式選擇,接受和發(fā)送控制及串行口的標(biāo)志均由專用寄存器SCON控制和指示,其格式如下:,TI:發(fā)送中斷標(biāo)志位。發(fā)送前必須用軟件清零，發(fā)送過程中TI保持零電平,發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件置“1”，如果再發(fā)送,必須用軟件再清零。RI:接收中斷標(biāo)志位。接收前,必須用軟件清零,接收過程中RI保持零電平，接收完一幀數(shù)據(jù)后由片內(nèi)硬件自動置“1”。如果再接收必須用軟件清零。,4.2.3中斷控制寄存器,(1)中斷的允許和禁止中斷控制寄存器IEIE寄存器的各位對應(yīng)相應(yīng)的中斷源，如果允許該中斷源中斷則該位置1，禁止中斷則該位置0。IE可以位尋址,EA：中斷總控開關(guān)，是CPU是否響應(yīng)中斷的前提。EA=1，CPU開中斷;EA=0，CPU關(guān)中斷。ES：串行口中斷允許位，ES=1，允許串行口發(fā)送/接收中斷；ES=0，禁止串行口中斷。ET1：定時器T1中斷允許位，ET1=1，允許T1計數(shù)溢出中斷；ET1=0，禁止T1中斷。,ET0：定時器T0中斷允許位,ET0=1，允許T1計數(shù)溢出中斷；ET0=0，禁止T0中斷。EX1：外部中斷INT1允許位，EX1=1，允許INT1中斷；EX1=0，禁止INT1中斷。EX0：外部中斷INT0允許位，EX0=1，允許INT0中斷；EX0=0，禁止INT0中斷。,(2)中斷優(yōu)先級管理寄存器IP,T0,INT0,INT1,T1,串行口,當(dāng)某幾個中斷源在IP寄存器相應(yīng)位同為1或同為零時，由內(nèi)部查詢確定優(yōu)先級，查詢的順序是：,CPU優(yōu)先響應(yīng)先查詢的中斷請求,五個中斷源的優(yōu)先級別由IP寄存器管理，相應(yīng)位置1，則該中斷源優(yōu)先級別高，置0的優(yōu)先級別低。,4.3中斷響應(yīng)過程,4.3.1中斷處理過程中斷處理過程分為四個階段：中斷請求，中斷響應(yīng)，中斷處理、中斷返回。MCS51系列單片機(jī)的中斷過程流程如圖所示。,N,N,Y,Y,Y,N,執(zhí)行指令,中斷標(biāo)志1?(中斷請求?),指令最后一個T周期?,EA=1?允許位=1?,CPU判別優(yōu)先權(quán),響應(yīng)優(yōu)先權(quán)高的中斷,斷點的PC進(jìn)棧,中斷服務(wù)入口地址送PC,撤除中斷標(biāo)志,中斷服務(wù),中斷返回,斷點出棧送PC,中斷請求.,中斷響應(yīng),中斷服務(wù),中斷返回,中斷請求、中斷響應(yīng)過程由硬件自動完成。中斷服務(wù)程序應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行編寫。程序中要注意保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。中斷返回是通過執(zhí)行一條RETI中斷返回指令，使堆棧中被壓入的斷點地址送PC，從而返回主程序的斷點繼續(xù)執(zhí)行主程序。另外RETI還有恢復(fù)優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器的作用，因此不能以RET指令代替“RETI”指令。,若某個中斷源通過編程設(shè)置，處于被打開的狀態(tài)，并滿足中斷響應(yīng)的條件，然而下面三種情況單片機(jī)不響應(yīng)此中斷：當(dāng)前正在執(zhí)行的那條指令沒執(zhí)行完；當(dāng)前響應(yīng)了同級或高級中斷；正在操作IE、IP中斷控制寄存器或執(zhí)行RETI指令。在正常的情況下，從中斷請求信號有效開始，到中斷得到響應(yīng)，通常需要3個機(jī)器周期到8個機(jī)器周期。,4.3.2中斷請求的撤除CPU響應(yīng)中斷后，應(yīng)撤除該中斷請求標(biāo)志，否則會再次中斷。,對電平觸發(fā)的外部中斷，CPU在響應(yīng)中斷時也不會自動清除中斷標(biāo)志，因此，在CPU響應(yīng)中斷后應(yīng)立即撤除INT1或INT0的低電平信號。,對定時計數(shù)器T0、T1的溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后，硬件自動清除中斷請求標(biāo)志TF0和TF1。,對邊沿觸發(fā)的外部中斷INT1和INT0，CPU響應(yīng)中斷后硬件自動清除中斷請求標(biāo)志IE0和IE1。,對于串行口中斷，CPU響應(yīng)中斷后，沒有用硬件清除中斷請求標(biāo)志TI、RI，即這些中斷標(biāo)志不會自動清除，必須用軟件清除，這是在編串行通信中斷服務(wù)中應(yīng)該注意的。,4.4中斷的程序設(shè)計,用戶對中斷的控制和管理，實際是對4個與中斷有關(guān)的寄存器IE、TCON、IP、SCON進(jìn)行控制或管理。這幾個寄存器在單片機(jī)復(fù)位時是清零的，因此必須根據(jù)需要對這幾個寄存器的有關(guān)位進(jìn)行預(yù)置。在中斷程序的編制中應(yīng)注意：,開中斷總控開關(guān)EA，置位中斷源的中斷允許位。,對外部中斷INT0、INT1應(yīng)選擇中斷觸發(fā)方式。,編寫中斷服務(wù)程序，并注意用保護(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場，以免中斷返回時，丟失原寄存器、累加器中的信息。,多個中斷源中斷，應(yīng)設(shè)定中斷優(yōu)先級，預(yù)置IP。,若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，可以采用軟件關(guān)CPU中斷或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前再開放中斷。,匯編語言的中斷服務(wù)程序按規(guī)定的中斷矢量地址存入，由于五個中斷矢量地址0003H、000BH、0013H、001BH、0023H之間相距很近，往往裝不下一個中斷服務(wù)程序，通常將中斷服務(wù)程序安排在程序存貯器的其他地址空間，而在矢量地址的單元中安排一條轉(zhuǎn)移指令。,4.4.1匯編語言中斷程序的設(shè)計,例1.在圖6.3中P1.4P1.7接有四個發(fā)光二極管，P1.0P1.3接有四個開關(guān)，消抖電路用于產(chǎn)生中斷請求信號，當(dāng)消抖電路的開關(guān)來回拔動一次將產(chǎn)生一個下降沿信號，通過INT0向CPU申請中斷，要求：初時發(fā)光二極管全黑，每中斷一次，P1.0P1.3所接的開關(guān)狀態(tài)反映到發(fā)光二極管上，且要求開關(guān)斷開的對應(yīng)發(fā)光二極管亮，編程如下：,ORG0000HAJMPMAINORG0003H；INT0中斷入口AJMPWBI；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序ORG0030H；主程序MAIN:MOVP1，#0FH；全燈滅，低四位輸入SETBIT0；邊沿觸發(fā)中斷SETBEX0；允許外中斷0中斷SETBEA；開中斷開關(guān)SJMP$WBI：MOVP1，#0FH；P1先寫入“1”且燈滅MOVA，P1；輸入開關(guān)狀態(tài)SWAPAMOVP1，A；輸出到P1高4位RETIEND,此例的執(zhí)行現(xiàn)象是，每重置一次四個開關(guān)的開、合狀態(tài)，四個發(fā)光二極管維持原來的亮、滅狀態(tài)，僅當(dāng)來回拔動消抖電路開關(guān)后，產(chǎn)生了中斷，發(fā)光二極管才反映新置的開關(guān)狀態(tài)。,例2.89C51的P1口接一個共陰極的數(shù)碼管，利用消抖開關(guān)產(chǎn)生中斷請求信號，每來回拔動一次開關(guān)，產(chǎn)生一次中斷，用數(shù)碼管顯示中斷的次數(shù)(最多不超過15次)。,ORG0000HAJMPMAINORG0013H；INT1中斷入口AJMPINT1；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序ORG0030H；主程序MAIN：SETBIT1；邊沿觸發(fā)中斷SETBEX1；允許INT1中斷SETBEA；開中斷開關(guān)MOVR0，#0；計數(shù)初值為0MOVA，#3FH；“0”的字形碼送AAL1：MOVP1，A；顯示數(shù)碼AL2：CJNER0，#0FH，AL1；沒滿15次循環(huán)顯示MOVR7，#0FFH；滿15次，顯F，延時,DJNZR7，MOVP1，#0；關(guān)顯示CLREA；關(guān)中斷SJMP；結(jié)束INT1：INCR0；中斷次數(shù)加1MOVA，R0MOVDPTR，TAB；DPTR指向字形碼表首址MOVCA，A+DPTR；查表POPDPHPOPDPL；彈出斷點MOVDPTR，#AL1PUSHDPLPUSHDPH；修改中斷返回點，AL1壓入堆棧RETI；從堆棧AL1地址PC，返主程序AL處,TAB：DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DHDB7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CHDB39H，5EH，79H，71H；段碼表(字形碼)END上面程序每中斷一次，執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序INT1。在中斷服務(wù)程序中，累計中斷次數(shù)并查字形表，返回到主程序AL1地址執(zhí)行顯示。,以上中斷在AL1或AL2兩指令處發(fā)生，究竟是哪一指令處中斷是隨機(jī)的，為保證返回到AL1顯示F，這里采用修改中斷返回點的辦法，即先從棧中彈出中斷響應(yīng)時壓入的斷點彈到DPTR中，修改DPTR為用戶需要的返回點，并將其壓入堆棧，再通過執(zhí)行RETI指令彈出棧中內(nèi)容到PC、彈出的即為修改后的地址，從而返回到主程序中用所希望的地址執(zhí)行。上例中中斷次數(shù)在主程序判斷，目的是使讀者了解修改中斷返回點的方法，如果改在中斷服務(wù)程序中判斷，編程簡潔些，下面僅介紹和上例中的不同部分的程序。,MOVR0，#0；計數(shù)初值為0MOVP1，#3FH；顯示0MOVDPTR，#TAB；指向字形碼表AGA：SJMP；等待中斷INT1：INCR0；中斷次數(shù)加1MOVA，R0MOVCA，A+DPTR；查字形碼表MOVP1，A；顯示CJNER0，#0FH，RE；15次中斷未到轉(zhuǎn)RECLREA；15次到關(guān)中斷RE：RETI；返回主程序的AGA處TAB：DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH,07HDB7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H,每個中斷源有固定的中斷服務(wù)程序的入口地址(稱矢量地址或向量地址)。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷以后單片機(jī)內(nèi)部硬件保證它能自動的跳轉(zhuǎn)到該地址。因此，此地址是應(yīng)該熟記的，在匯編程序中，中斷服務(wù)程序應(yīng)存放在正確的向量地址內(nèi)。(或存放一條轉(zhuǎn)移指令)；而在C語言中是靠Interruptn的關(guān)鍵字n自動設(shè)置的。,4.3小結(jié),（1）中斷技術(shù)是實時控制中的常用技術(shù)，51系列單片機(jī)有三個內(nèi)部中斷，二個外部中斷。所謂外部中斷就是在外部引腳上有產(chǎn)生中斷所需要的信號。,（2）單片機(jī)的中斷是靠內(nèi)部的寄存器管理的，這就是中斷允許寄存器IE，中斷優(yōu)先權(quán)寄存器IP，必須在CPU開中斷即開全局中斷開關(guān)EA，開各中斷源的中斷開關(guān)，CPU才能響應(yīng)該中斷源的中斷請求，其中缺一不可。（3）從程序表面看來，主程序和中斷服務(wù)程序好象是沒有關(guān)連的，只有掌握中斷響應(yīng)的過程，才能理解中斷的發(fā)生和返回，看得懂中斷程序，并能編寫高質(zhì)量中斷程序。（4）本章重點應(yīng)掌握中斷的基本概念，并能熟練編制中斷程序。,第5章單片機(jī)的定時/計數(shù)器與串行接口,單片機(jī)原理、接口及應(yīng)用,4.5定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)及工作原理定時計數(shù)器結(jié)構(gòu)和工作原理定時計數(shù)器的控制寄存器定時器的四種工作方式定時計數(shù)器的應(yīng)用編程,51系列單片機(jī)片內(nèi)有二個十六位定時/計數(shù)器：定時器0(T0)和定時器1(T1)。兩個定時器都有定時或事件計數(shù)的功能，可用于定時控制、延時、對外部事件計數(shù)和檢測等場合定時/計數(shù)器實際上是16位加1計數(shù)器。T0由2個8位持殊功能寄存器TH0和TL0構(gòu)成，T1由2個8位持殊功能寄存TH1和TL1構(gòu)成。每個定時器都可由軟件設(shè)置為定時工作方式或計數(shù)工作方式。T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。,4.5.1定時/計數(shù)器結(jié)構(gòu),1.定時工作方式,設(shè)置為定時工作方式時，定時器計數(shù)的脈沖是由51單片機(jī)片內(nèi)振蕩器經(jīng)12分頻后產(chǎn)生的。每經(jīng)過一個機(jī)器周期定時器(T0或T1)的數(shù)值加1直至計數(shù)滿產(chǎn)生溢出。如：當(dāng)8051采用12MHz晶體時，每個機(jī)器周期為1s，計5個機(jī)器周期即為5s，即定時5s。,4.5.2定時/計數(shù)器的工作原理,2.計數(shù)工作方式,設(shè)置為計數(shù)工作方式時，通過引腳T0(P34)和T1(P35)對外部脈沖信號計數(shù)。當(dāng)輸入脈沖信號產(chǎn)生由1至0的下降沿時，定時器的值加1,在每個機(jī)器周期CPU采樣T0和T1的輸入電平。若前一個機(jī)器周期采樣值為高，下一個機(jī)器周期采樣值為低，則計數(shù)器加1。由于檢測一個1至0的跳變需要二個機(jī)器周期，故最高計數(shù)頻率為振蕩頻率的二十四分之一。雖然對輸入信號的占空比無特殊要求，但為了確保某個電平在變化之前至少被采樣一次，要求電平保持時間至少是一個完整的機(jī)器周期。,4.6定時/計數(shù)器工作方式4.6.1定時/計數(shù)器的控制寄存器定時器共有兩個控制寄存器：定時器控制TCON（88H)定時器工作模式寄存器TMOD(89H),1.工作模式寄存器TMOD(89H),TMOD用于控制T0和T1的操作模式。其各位的定義如下：,定時器T0,定時器T1,GATE：門控信號GATE=0，TRx=1時即可啟動定時器工作；GATE=1，INTx=1才可啟動定時器工作。C/T：定時器/計數(shù)器選擇位C/T=1，為計數(shù)器方式；C/T=0，為定時器方式。M1M0工作模式選擇位M1M0=00工作方式0（13位方式）。M1M0=01工作方式1（16位方式）。M1M0=10工作方式2（8位自動再裝入方式）。M1M0=11工作方式3（T0為2個8位方式）。,2.控制寄存器TCON(88H),TCON寄存器中定時器控制僅用了其中高四位，其意義如下：TF1：T1溢出中斷請求標(biāo)志。TF1=1，T1有溢出中斷請求。TF1=0，T1無溢出中斷請求。TR1：T1運行控制位。TR1=1，啟動T1工作。TR1=0，停止T1工作。,TF0：T0溢出中斷請求標(biāo)志。TF0=1，T0有溢出中斷請求。TF0=0，T0無溢出中斷請求。TR0：T0運行控制位。TR0=1，啟動T0工作。TR0=0，停止T0工作。,C/T,C/T,4.6.2定時器的工作方式,對TMOD寄存器的M1、M0位的設(shè)置，可選擇四種工作方式，即方式0、方式1、方式2和方式3。下面用THX、TLX（X=1或0）表示TH1TL1TH0TL0。1.方式0定時器(T0或T1)工作于13位定時、計數(shù)方式。用于計數(shù)方式時最大計數(shù)值為2138192個脈沖用于定時工作時，定時時間為：t(213一T0初值)時鐘周期12在這種模式下，16寄存器(THX和TLX)只用13位，其中THX占高8位。其中TLX占低5位，TLX的高3位末用。當(dāng)TLX的低5位溢出時向THX進(jìn)位,而THX溢出時硬件置位TF0，并申請中斷。,定時、計數(shù)溢出否可查詢TF0是否置位，如果開中斷則產(chǎn)生溢出中斷。,2.方式1當(dāng)TMOD中M1M0=01時，定時計數(shù)器工作在方式1。該模式是一個16位定時計數(shù)方式。寄存器TH0和TL0是以全16位參與操作，計數(shù)方式時最大計數(shù)21665536(個外部脈沖)用于定時工作方式時，定時時間為：t(216一T0初值)時鐘周期1216寄存器(THX和TLX)中THX提供高8位、TLX提供低8位計數(shù)初值,3.方式2當(dāng)TMOD中M1M0=10時，定時器工作在方式2。方式2是8位的可自動重裝載的定時計數(shù)方式。16位的計數(shù)器被拆成兩個8位，其中TL0用作8位計數(shù)器，TH0用以保持計數(shù)初值。當(dāng)TL0計數(shù)溢出，置位TF0，TH0中的初值自動裝入TL0，繼續(xù)計數(shù)，循環(huán)重復(fù)計數(shù)。用于計數(shù)工作方式時，最大計數(shù)值為：28256(個外部脈沖)。用于定時工作方式時，其定時時間為；t(28TH0初值)振蕩周期12這種工作方式可省去用戶重裝常數(shù)的程序，并可產(chǎn)生精確的定時時間，特別適用作串行口波待率發(fā)生器。,4.方式3當(dāng)TMOD中M1M0=11時，定時器工作在方式3。若將T0設(shè)置為模式3，TL0和TH0被分成為兩個互相獨立的8位計數(shù)器TH0和TL0。TL0可工作為定時方式或計數(shù)方式。占用原T0的各控制位、引腳和中斷源。即CT、GATE、TR0、TF0和T0(P3.4)引腳、INT0(P3.2)引腳。TH0只可用作定時功能，占用定時器T1的控制位TR1和T1的中斷標(biāo)志位TF1，其啟動和關(guān)閉僅受TRl的控制。定時器T1無模式3,可工作于方式0、1、2，但不能使用中斷方式。只有將T1用做串行口的波特率發(fā)生器時，T0才工作在方式3，以便增加一個定時器。,5