第五章中斷系統(tǒng)

1、2022-2-231單片機原理及應用2022-2-2325-1-1 5-1-1 中斷技術中斷技術5-1-2 5-1-2 中斷系統(tǒng)控制中斷系統(tǒng)控制5-1-3 5-1-3 中斷響應過程中斷響應過程5-1-4 5-1-4 中斷請求的撤消中斷請求的撤消2022-2-2335-1 單片機中斷系統(tǒng)n微機的輸入/輸出方式n單片機的運行同其他微機系統(tǒng)一樣,CPU不斷地與外部輸入/輸出設備交換信息,常采用以下方式:n1.程序控制傳送方式,又分為無條件傳送方式和查詢傳送方式n2.中斷傳送方式n3.直接存儲器存取(DMA)方式2022-2-234中斷系統(tǒng)是計算機的重要指標之一。中斷系統(tǒng)是計算機的重要指標之一。日常事

2、務程序日常事務程序中斷服務程序中斷服務程序一、中斷概念：一、中斷概念：某人看書某人看書 執(zhí)行主程序執(zhí)行主程序 中斷過程中斷過程電話鈴響電話鈴響 中斷信號中斷信號INTx=0INTx=0 中斷請求中斷請求暫停看書暫?？磿?暫停執(zhí)行主程序暫停執(zhí)行主程序 中斷響應中斷響應書中作記號書中作記號 當前當前PC值值入棧入棧 保護斷點保護斷點電話談話電話談話 執(zhí)行執(zhí)行中斷中斷程序程序 中斷服務中斷服務繼續(xù)看書繼續(xù)看書 返回主程序返回主程序 中斷返回中斷返回2022-2-235二、兩種中斷：二、兩種中斷：1 1可屏蔽中斷：可屏蔽中斷： 可程控可程控“開中斷開中斷/ /關中斷關中斷”。軟件設置。軟件設置 允許允

3、許/ /禁止禁止CPUCPU響應中斷。響應中斷。2 2非屏蔽中斷：非屏蔽中斷： 不可程控不可程控“關中斷關中斷”。有中斷請求信號，。有中斷請求信號， CPUCPU必須響應。必須響應。三、中斷源：三、中斷源： 能發(fā)出中斷請求信號的各種事件。能發(fā)出中斷請求信號的各種事件。 如如I/O設備、定時時鐘、系統(tǒng)故障、軟件設定等。設備、定時時鐘、系統(tǒng)故障、軟件設定等。 有有3 3類共類共5 5個中斷：個中斷： 1 1、外中斷、外中斷2 2個：個：INTINT0 0、INTINT1 1 由引腳由引腳INTINT0 0（P P3.23.2）和）和INTINT1 1（P P3.33.3）引入。）引入。 2 2、定

4、時中斷、定時中斷2 2個：個：T T0 0、T T1 1 無引入端，請求在芯片內部發(fā)生。以記數(shù)溢出信號作為中斷無引入端，請求在芯片內部發(fā)生。以記數(shù)溢出信號作為中斷 請求，去置位一個溢出標志位。請求，去置位一個溢出標志位。 3 3、串行中斷、串行中斷1 1個：個：RI/TIRI/TI 無引入端，請求在芯片內部發(fā)生。接收或發(fā)送完一幀串行數(shù)無引入端，請求在芯片內部發(fā)生。接收或發(fā)送完一幀串行數(shù) 據(jù)時，就產生一個中斷請求。據(jù)時，就產生一個中斷請求。INTRINTR(Interrupt Request)(Interrupt Request)：可屏蔽中斷請求：可屏蔽中斷請求NMINMI（Non-Maskab

5、le Interrupt)Non-Maskable Interrupt)：非屏蔽中斷：非屏蔽中斷 INTX NMI微型機微型機2022-2-236四、中斷優(yōu)先級控制原則和控制邏輯：四、中斷優(yōu)先級控制原則和控制邏輯： 中斷優(yōu)先級是為中斷嵌套服務的。中斷優(yōu)先級是為中斷嵌套服務的。 如圖，如圖，MCSMCS5151具有具有2 2級優(yōu)先級。級優(yōu)先級。 1 1、優(yōu)先級控制原則：、優(yōu)先級控制原則：（1 1）低優(yōu)先級中斷不能打斷高優(yōu)先級的中斷服務；）低優(yōu)先級中斷不能打斷高優(yōu)先級的中斷服務； 但高優(yōu)先級中斷請求信號可以打斷低優(yōu)先級但高優(yōu)先級中斷請求信號可以打斷低優(yōu)先級 的中斷服務，從而實現(xiàn)中斷嵌套。的中斷服務

6、，從而實現(xiàn)中斷嵌套。（2 2）如果一個中斷請求已被響應，則同級的其它）如果一個中斷請求已被響應，則同級的其它 中斷服務將被禁止。即同級中斷不能嵌套。中斷服務將被禁止。即同級中斷不能嵌套。（3 3）如同級的多個中斷請求同時出現(xiàn)，則按）如同級的多個中斷請求同時出現(xiàn)，則按CPUCPU 查詢次序確定哪個中斷請求被響應。查詢次序確定哪個中斷請求被響應。 查詢次序為：查詢次序為：INTINT0 0T T0 0INTINT1 1T T1 1RI/TIRI/TI。 2 2、控制邏輯：、控制邏輯： 利用中斷優(yōu)先級控制寄存器；利用中斷優(yōu)先級控制寄存器；日常事務日常事務程序程序中斷服中斷服務程序務程序1中斷服務中斷

7、服務程序程序22022-2-2375-1-2 5-1-2 中斷系統(tǒng)控制中斷系統(tǒng)控制一、一、MCS-51MCS-51中斷系統(tǒng)內部結構中斷系統(tǒng)內部結構2 2、中斷允許控制：、中斷允許控制：總允許開關：總允許開關：EAEA；源允許開關：源允許開關：ESES、ET1ET1、EX1EX1、ET0ET0、EX0EX0。3 3、2 2級中斷優(yōu)先級控制：級中斷優(yōu)先級控制：優(yōu)先級選擇開關：優(yōu)先級選擇開關：PSPS、PT1PT1、PX1PX1、PT0PT0、PX0PX0。1 1、中斷源信號：、中斷源信號：2 2個外部中斷源信號：個外部中斷源信號：INT0INT0、INT1INT1；2 2個定時器個定時器T0T0、

8、T1T1溢出中斷請求：溢出中斷請求：TF0TF0、TF1TF1；1 1個串行口數(shù)據(jù)發(fā)送、接收結束中斷請求：個串行口數(shù)據(jù)發(fā)送、接收結束中斷請求：TITI、RIRI。高高低低2022-2-238IE2022-2-2392. 外部中斷觸發(fā)方式選擇位：外部中斷觸發(fā)方式選擇位：IT0、IT1 =1 =1：負邊沿觸發(fā)中斷請求；：負邊沿觸發(fā)中斷請求；=0=0：低電平觸發(fā)中斷請求。：低電平觸發(fā)中斷請求。1. 中斷標志位中斷標志位： TF1、TF0、IE1、IE0、RI 、TI 登記各中斷源請求信號：登記各中斷源請求信號：=1=1，有中斷請求；，有中斷請求；=0=0，無中斷請求。，無中斷請求。 CPUCPU響應

9、中斷后，該中斷標志自動清零。響應中斷后，該中斷標志自動清零。TITI、RIRI標志必須軟件清零。標志必須軟件清零。2022-2-23103. .中斷允許控制位：中斷允許控制位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0 =1 =1開中斷；開中斷；=0=0關中斷。關中斷。 例：例：允許允許CPUCPU響應響應INTINT0 0的中斷請求。的中斷請求。SETB EX0 SETB EX0 SETB EASETB EA4 4中斷優(yōu)先級控制位：中斷優(yōu)先級控制位：PSPS、PT1PT1、PX1PX1、PT0PT0、PX0PX0 2 2級優(yōu)先級：級優(yōu)先級：=1=1為高優(yōu)先級；為高優(yōu)先級；=0=0為低優(yōu)先級。

10、為低優(yōu)先級。 同一優(yōu)先級別按內部查詢順序排列優(yōu)先級：同一優(yōu)先級別按內部查詢順序排列優(yōu)先級： 高高 INTINT0 0、T T0 0、INTINT1 1、T T1 1、TI/RI TI/RI 低。低。2022-2-2311一、中斷響應條件：一、中斷響應條件：1有中斷請求信號；有中斷請求信號；2. . 系統(tǒng)處于開中斷狀態(tài)。系統(tǒng)處于開中斷狀態(tài)。二、中斷服務流程：二、中斷服務流程：1關中斷：屏蔽其它中斷請求信號。關中斷：屏蔽其它中斷請求信號。2保護斷點：將斷點地址壓入堆棧保存，即當前保護斷點：將斷點地址壓入堆棧保存，即當前PCPC值入棧。值入棧。3尋找中斷源：中斷程序入口地址尋找中斷源：中斷程序入口地

11、址PCPC，轉入中斷服務。，轉入中斷服務。4保護現(xiàn)場：將中斷服務程序使用的所有寄存器內容入棧。保護現(xiàn)場：將中斷服務程序使用的所有寄存器內容入棧。5中斷處理：執(zhí)行中斷源所要求的程序段。鏈接中斷處理中斷處理：執(zhí)行中斷源所要求的程序段。鏈接中斷處理6恢復現(xiàn)場：恢復被使用寄存器的原有內容?；謴同F(xiàn)場：恢復被使用寄存器的原有內容。7開中斷：允許接受其它中斷請求信號。開中斷：允許接受其它中斷請求信號。8中斷返回：執(zhí)行中斷返回：執(zhí)行RETI指令，堆棧斷點地址指令，堆棧斷點地址PC， 程序跳轉回斷點處執(zhí)行。程序跳轉回斷點處執(zhí)行。 RETI= RET指令指令+ +通知通知CPU中斷服務已結束（復位觸發(fā)器）中斷服務

12、已結束（復位觸發(fā)器）5-1-3 5-1-3 中斷響應過程中斷響應過程2022-2-2312中斷響應過程：中斷響應過程：1、中斷采樣、中斷采樣僅僅對外中斷對外中斷（INT0、INT1）請求信號；）請求信號；2、中斷查詢：、中斷查詢：單片機在每一個機器周期的最后一個狀態(tài)單片機在每一個機器周期的最后一個狀態(tài)S6， 按優(yōu)先級順序對中斷請求標志位進行查詢，即按優(yōu)先級順序對中斷請求標志位進行查詢，即先查詢高級中斷后再查先查詢高級中斷后再查詢低級中斷，同級中斷按詢低級中斷，同級中斷按“INTINT0 0T T0 0INTINT1 1T T1 1RI/TIRI/TI”的順序查詢的順序查詢。如果查詢到有標志位為

13、如果查詢到有標志位為“1 1”，則表明有中斷請求發(fā)生，接著就從相鄰的，則表明有中斷請求發(fā)生，接著就從相鄰的下一個機器周期的下一個機器周期的S1狀態(tài)開始進行中斷響應。狀態(tài)開始進行中斷響應。 由于中斷請求是隨機發(fā)生的，由于中斷請求是隨機發(fā)生的，CPUCPU無法預先得知，因此在程序執(zhí)行無法預先得知，因此在程序執(zhí)行過程中，中斷查詢要在指令執(zhí)行的每個機器周期中不停地重復進行。過程中，中斷查詢要在指令執(zhí)行的每個機器周期中不停地重復進行。3、中斷響應：中斷響應：當查詢到有效的中斷請求時，就進行中斷響應。其主要內當查詢到有效的中斷請求時，就進行中斷響應。其主要內容是由硬件自動生成一條長調用指令容是由硬件自動生

14、成一條長調用指令LCALLLCALL。其格式為：。其格式為：LCALL addr16LCALL addr16，addr16addr16即是由系統(tǒng)設定的即是由系統(tǒng)設定的5 5個中斷程序的入口地址。個中斷程序的入口地址。各中斷源中斷服務各中斷源中斷服務程序的程序的入口地址入口地址。 如右表：如右表：2022-2-2313四、中斷響應周期時序：四、中斷響應周期時序： 89C5189C51的的CPUCPU在每個機器周期的在每個機器周期的S5P2S5P2期間順序采樣每個中斷源期間順序采樣每個中斷源,CPU,CPU在下一個機器周期在下一個機器周期的最后一個狀態(tài)的最后一個狀態(tài)(S6)(S6)期間按優(yōu)先級順序

15、查詢中斷標志期間按優(yōu)先級順序查詢中斷標志位，若有中斷請求，將在下一個機器周期的第一個狀態(tài)位，若有中斷請求，將在下一個機器周期的第一個狀態(tài)(S1)(S1)按優(yōu)先級順序按優(yōu)先級順序進行中斷處理進行中斷處理. . 中斷響應時間：中斷響應時間： 正常中斷響應時間為正常中斷響應時間為3 38 8個機器周期個機器周期，如果有同級或高級中斷服務，如果有同級或高級中斷服務，將延長中斷響應時間。將延長中斷響應時間。三、三、中斷響應阻斷：中斷響應阻斷： 1 . CPU正處在為一個同級或高級的中斷服務中。即正處在為一個同級或高級的中斷服務中。即當有同級或當有同級或 高級中斷服務。高級中斷服務。 2查詢中斷請求的機器

16、周期不是當前指令的最后一個機器周期。查詢中斷請求的機器周期不是當前指令的最后一個機器周期。 即即當當CPUCPU未執(zhí)行完一條指令。未執(zhí)行完一條指令。 3當前當前執(zhí)行返回指令執(zhí)行返回指令RET/RETIRET/RETI或訪問或訪問IEIE、IPIP的指令后，不能立即的指令后，不能立即 響應中斷，還應再執(zhí)行一條指令，然后才能響應中斷。響應中斷，還應再執(zhí)行一條指令，然后才能響應中斷。 程序程序單步執(zhí)行單步執(zhí)行就是利用此原理，借助單片機的外部中斷功就是利用此原理，借助單片機的外部中斷功 能來實現(xiàn)的。能來實現(xiàn)的。3T3T： 中斷請求標志查詢：中斷請求標志查詢：1T1T 產生、執(zhí)行產生、執(zhí)行LCALLLC

17、ALL： 2T2T8T8T： 執(zhí)行執(zhí)行RET/RETIRET/RETI（訪問（訪問IP/IEIP/IE）：）：2T2T 主程序中主程序中MUL/DIVMUL/DIV指令：指令： 4T4T 執(zhí)行執(zhí)行LCALLLCALL指令：指令： 2T2T2022-2-2314以外中斷為例,說明中斷響應的最短時間:n在每個機器周期的S5P2期間,外中斷0和外中斷1引腳的電平被鎖存到TCON的IE0和IE1標志位,CPU在下一個機器周期才會查詢這些值.如滿足中斷響應條件,下一條要執(zhí)行的指令將是一條長調用指令LCALL,使程序轉至中斷源對應的矢量地址入口.長調用指令本身要花費2個機器周期.這樣,從外部中斷請求有效到

18、開始執(zhí)行中斷服務程序的第一條指令,中間要隔3個機器周期,這是最短的響應時間,如遇到中斷受阻的情況,則中斷響應時間更長一些.n如果正在執(zhí)行的一條指令還沒有進行到最后一個機器周期,則附加的等待時間為13機器周期.因為一條指令的最長執(zhí)行時間為4個機器周期(MUL和DIV指令).如正在執(zhí)行的是RETI或讀/寫IE或IP的指令,則附加的時間在5個機器周期之內(為完成正在執(zhí)行的指令,還需要一個機器周期,加上為完成下一條指令所需的最長時間為4個機器周期,故最長為5個機器周期).n故系統(tǒng)中只有一個中斷源,則響應時間為38個機器周期.2022-2-2315單步工作方式：單步工作方式： 按一次鍵執(zhí)行按一次鍵執(zhí)行一

19、條主程序的指令。一條主程序的指令。1、建立單步執(zhí)行的、建立單步執(zhí)行的 外部控制電路。外部控制電路。 如圖：如圖： ORG0000H SJMPSTART ORG0003H ；中斷程序；中斷程序 JNBP3.2，$；=0則則“原地踏步原地踏步” JBP3.2，$ ；=1則則“原地踏步原地踏步” RETISTART：MOVIE，#81H ；主程序；主程序 MOVTCON，#00HLOOP： INCA ;1T MOVP1，A ;1T SJMPLOOP ;2T END2、編寫外部中斷的中斷服務程序：、編寫外部中斷的中斷服務程序：2022-2-2316P/126 例5-3:ZHONGDUAN0.ASMn

20、2022-2-2317 中斷響應后，中斷響應后，TCON或或SCON中的中斷請求標中的中斷請求標志應及時清除。否則就意味著中斷請求仍然存在。志應及時清除。否則就意味著中斷請求仍然存在。n1、定時中斷、定時中斷硬件自動撤除硬件自動撤除定時：定時：中斷響應后，硬件自動把標志位中斷響應后，硬件自動把標志位(TF0/TF1)清清0，因此，因此定時中斷的中斷請求是定時中斷的中斷請求是硬件硬件自動撤除自動撤除的。不需要用戶干預。的。不需要用戶干預。n2、脈沖方式外部中斷請求的撤消：、脈沖方式外部中斷請求的撤消：硬件自動撤除硬件自動撤除 外部中斷的撤消包括兩項內容：外部中斷的撤消包括兩項內容：（1）中斷標志

21、位的置）中斷標志位的置“0”：中斷響應后由硬件電路自動完成；：中斷響應后由硬件電路自動完成；（2）外中斷請求信號的撤消：隨脈沖信號過后消失隨即自動）外中斷請求信號的撤消：隨脈沖信號過后消失隨即自動 撤消。撤消。5-1-4 5-1-4 中斷請求的撤消中斷請求的撤消2022-2-2318n3、電平方式外部中斷請求的撤消：、電平方式外部中斷請求的撤消：自動與強制撤除自動與強制撤除 通過通過硬件硬件自動地使標志位自動地使標志位(IE0或或IE1)清清0 0。電平請求方式。電平請求方式光靠清除中斷標志，并不能徹底解決中斷請求的撤除問題。需光靠清除中斷標志，并不能徹底解決中斷請求的撤除問題。需在中斷響應后

22、把中斷請求在中斷響應后把中斷請求輸入端從低電平強制改為高電平輸入端從低電平強制改為高電平。n D觸發(fā)器的直接置位端觸發(fā)器的直接置位端SD（得到負脈沖）：（得到負脈沖）：ORL P1 ，#01H ； P1輸出高電平輸出高電平ANL P1 ，#0FEH ； P1 輸出低電平輸出低電平直接置位端直接置位端2022-2-2319n4、串行中斷請求的撤除：、串行中斷請求的撤除：由軟件方法完成由軟件方法完成 串行中斷的標志位是串行中斷的標志位是TI和和RI，但對這兩個，但對這兩個中斷標志中斷標志不進行自動清不進行自動清0。因為在中斷響應后。因為在中斷響應后還需測試這兩個標志位的狀態(tài)，以還需測試這兩個標志位

23、的狀態(tài)，以判定是接收判定是接收操作還是發(fā)送操作操作還是發(fā)送操作，然后才能清除。所以串行，然后才能清除。所以串行中斷請求的撤除也應使用中斷請求的撤除也應使用軟件方法軟件方法，在中斷服，在中斷服務程序中進行。需由用戶完成。務程序中進行。需由用戶完成。2022-2-2320一、多中斷源系統(tǒng)：一、多中斷源系統(tǒng)： 當外部中斷源多于中斷輸入引腳時，當外部中斷源多于中斷輸入引腳時，可采取以下措施：可采取以下措施： 1 1、用定時器計數(shù)輸入信號端、用定時器計數(shù)輸入信號端T T0 0、T T1 1作作外部中斷入口引腳；外部中斷入口引腳； 2 2、用串行口接收端、用串行口接收端RXDRXD作外部中斷入作外部中斷入

24、口引腳?？谝_。2022-2-23213 3、用一個中斷入口接受多個外部中斷源，并加入中斷、用一個中斷入口接受多個外部中斷源，并加入中斷 查詢電路。查詢電路。應把應把INTxINTx設置為設置為電平電平觸發(fā)方式；觸發(fā)方式；在中斷服務程序中進行擴展中斷源的查詢；在中斷服務程序中進行擴展中斷源的查詢；查詢順序就是擴展中斷源的優(yōu)先級順序。查詢順序就是擴展中斷源的優(yōu)先級順序。80C5180C512022-2-2322二、處理外部中斷舉例：二、處理外部中斷舉例：要求每次按動按鍵，使外接發(fā)光二極管要求每次按動按鍵，使外接發(fā)光二極管LEDLED改變一次亮滅狀態(tài)。改變一次亮滅狀態(tài)。解：解：INT0INT0輸入按鍵信號，輸入按鍵信號，P P1.01.0輸出改變輸出改變LEDLE