第5章 中斷系統(tǒng)

中斷的基本概念MCS-51的中斷系統(tǒng)中斷源和中斷標(biāo)志中斷的允許和優(yōu)先權(quán)中斷的處理過程中斷的實(shí)例第

章

中斷系統(tǒng)本章內(nèi)容SingleChipMicrocomputer中斷系統(tǒng)5.1中斷的基本概念日常生活中斷的例子單片機(jī)中的中斷概念中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)日常中斷的例子返回你正在專心看書，突然電話鈴響，于是你記下正在看的書的頁(yè)數(shù)，去接電話，接完電話后再回來(lái)接著看書。計(jì)算機(jī)中的中斷概念返回中斷是指由于某種隨機(jī)事件的發(fā)生，計(jì)算機(jī)暫?，F(xiàn)行程序的運(yùn)行，轉(zhuǎn)去執(zhí)行另一程序，以處理發(fā)生的事件，處理完畢后又自動(dòng)返回原來(lái)的程序繼續(xù)運(yùn)行。將能引起中斷的事件稱為中斷源。CPU現(xiàn)行運(yùn)行的程序稱為主程序。處理隨機(jī)事件的程序稱為中斷服務(wù)子程序。

中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)分時(shí)操作

——CPU可以同多個(gè)外設(shè)“同時(shí)”工作實(shí)時(shí)處理

——CPU及時(shí)處理隨機(jī)事件故障處理

——電源掉電、存儲(chǔ)出錯(cuò)、運(yùn)算溢出

分時(shí)操作:計(jì)算機(jī)的中斷系統(tǒng)可以使CPU與外設(shè)同時(shí)工作。CPU在啟動(dòng)外設(shè)后，便繼續(xù)執(zhí)行主程序；而外設(shè)被啟動(dòng)后，開始進(jìn)行準(zhǔn)備工作。當(dāng)外設(shè)準(zhǔn)備就緒時(shí)，就向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)該中斷請(qǐng)求并為其服務(wù)完畢后，返回原來(lái)的斷點(diǎn)處繼續(xù)運(yùn)行主程序。外設(shè)在得到服務(wù)后，也繼續(xù)進(jìn)行自己的工作。因此，CPU可以使多個(gè)外設(shè)同時(shí)工作，并分時(shí)為各外設(shè)提供服務(wù)，從而提高了CPU的利用率和輸入輸出的速度。實(shí)時(shí)處理:當(dāng)計(jì)算機(jī)用于實(shí)時(shí)控制時(shí)，請(qǐng)求CPU提供服務(wù)時(shí)隨機(jī)發(fā)生的。有了中斷系統(tǒng)，CPU就可以立即響應(yīng)并加以處理。故障處理:計(jì)算機(jī)在運(yùn)行時(shí)往往會(huì)出現(xiàn)一些故障，如斷電、存儲(chǔ)器奇偶校驗(yàn)出錯(cuò)、運(yùn)算溢出等。有了中斷系統(tǒng)，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，CPU可及時(shí)轉(zhuǎn)去執(zhí)行故障處理程序，自行處理故障而不必停機(jī)。5.2MCS-51中斷系統(tǒng)中斷源中斷標(biāo)志中斷允許中斷優(yōu)先級(jí)MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中斷寄存器

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷源8051單片機(jī)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源：?jiǎn)纹瑱C(jī)INT0或外部輸入中斷源INT0(P3.2)INT1或外部輸入中斷源INT1(P3.3)T0片內(nèi)定時(shí)器T0的溢出T1片內(nèi)定時(shí)器T1的溢出串行口片內(nèi)串行口發(fā)送或接收中斷源中斷源：I/O設(shè)備鍵盤、打印機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換器、D/A轉(zhuǎn)換器完成自身的操作后向CPU申請(qǐng)中斷，請(qǐng)求服務(wù)硬件故障電源斷電時(shí)，需要將寄存器、累加器、標(biāo)志位保存，以便重新供電后繼續(xù)運(yùn)行RAM存儲(chǔ)器斷電時(shí)將內(nèi)容保存在如硬盤、FLASHROM中，以便供電恢復(fù)后繼續(xù)工作實(shí)時(shí)時(shí)鐘系統(tǒng)中的時(shí)鐘可以采用獨(dú)立時(shí)鐘系統(tǒng)，通過中斷向CPU提供時(shí)鐘源，節(jié)省CPU的處理時(shí)間調(diào)試程序時(shí)設(shè)置的中斷程序調(diào)試時(shí)，通過設(shè)置斷點(diǎn)觀察運(yùn)行中的寄存器、累加器、標(biāo)志位狀態(tài)；觀察中間運(yùn)算結(jié)果

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷標(biāo)志CPU主程序INT0INT1T0T1串口IE0TF0IE1TF1TIRI中斷源中斷標(biāo)志位每一個(gè)中斷源都有相應(yīng)的中斷標(biāo)志位；某一個(gè)中斷源申請(qǐng)中斷，相應(yīng)中斷標(biāo)志位置1。

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷允許CPU主程序INT0INT1T0T1串口IE0TF0IE1TF1TIRI中斷源中斷標(biāo)志位

EA——總中斷允許位，EA=1開放所有中斷，EA=0，禁止所有中斷；某一個(gè)中斷源還有相應(yīng)的中斷允許位，1允許相應(yīng)中斷源的中斷，0禁止相應(yīng)中斷源的中斷。中斷允許ESET0EX0EX1ET1EA

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷優(yōu)先級(jí)CPU主程序INT0INT1T0T1串口IE0TF0IE1TF1TISI中斷源中斷標(biāo)志位

單片機(jī)中有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即高優(yōu)先級(jí)中斷和低優(yōu)先級(jí)中斷，前者優(yōu)先權(quán)高于后者（在程序中設(shè)置，相應(yīng)位=1，為高優(yōu)先級(jí)）；同一優(yōu)先級(jí)別的中斷源按照自然優(yōu)先級(jí)順序確定優(yōu)先級(jí)別（硬件形成，無(wú)法改變）。中斷允許ESET0EX0EX1ET1EA自然優(yōu)先級(jí)高低優(yōu)先控制PSPT0PX0PX1PT1上頁(yè)下頁(yè)源允許中斷系統(tǒng)總體邏輯結(jié)構(gòu)總允許優(yōu)先級(jí)自然優(yōu)先級(jí)中斷源自然優(yōu)先級(jí)中斷源查詢硬件查詢硬件低級(jí)中斷請(qǐng)求送CPU矢量地址送PCIPIETCON

SCONEX0ET0EX1ET1ESEAINT0INT1T0T1RXTXRITIIE0IE1TF0TF1

IT1

011010101010矢量地址送PC高級(jí)中斷請(qǐng)求送CPUIT0

01中斷標(biāo)志中斷標(biāo)志INT01IE0自然優(yōu)先級(jí)矢量地址送PC“+1”TF10自然優(yōu)先級(jí)矢量地址送PCEA“+1”“+1”EX0ET11P3.2P3.3P3.4P3.5MCS51中斷系統(tǒng)有以下四個(gè)特殊功能寄存器：①定時(shí)器控制寄存器TCON（用六位）②串行口控制寄存器SCON（用二位）③中斷允許寄存器IE④中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP1、中斷請(qǐng)求標(biāo)志中斷系統(tǒng)

MCS-51的中斷系統(tǒng)——中斷控制1)、定時(shí)/計(jì)數(shù)器控制寄存器TCON

TCON(88H)TF1

TF0

IE1

IT1

IE0IT0

INT1

INT0觸發(fā)方式控制位0

低電平觸發(fā)1

邊沿↓觸發(fā)

INT1

INT0外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志1有效觸發(fā)時(shí)0

當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)T1T0溢出標(biāo)志1

計(jì)數(shù)器“+1”有溢出時(shí)，并向CPU請(qǐng)求中斷0

當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時(shí)，也可由指令清除TR1TR0由硬件自動(dòng)由硬件自動(dòng)上頁(yè)下頁(yè)中斷請(qǐng)求標(biāo)志可編程控制位TR1TR0由硬件自動(dòng)由硬件自動(dòng)引腳00記錄有無(wú)中斷記錄有無(wú)中斷中斷系統(tǒng)2)、串行口控制寄存器SCONTI：串行口發(fā)送中斷標(biāo)志在方式0，串行發(fā)送到第8位結(jié)束時(shí)，由硬件置“1”；或在其他方式中，串行發(fā)送到停止位的開始時(shí)，由硬件置“1”，RI：串行口接收中斷標(biāo)志上頁(yè)下頁(yè)在方式0，串行接收到第8位結(jié)束時(shí)，由硬件置“1”；或在其他方式中，串行接收到停止位的開始時(shí)，由硬件置“1”，“1”發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后“1”接收完一幀數(shù)據(jù)后必須由軟件清“0”必須由軟件清“0”

SCON(98H)

TIRI中斷系統(tǒng)2、中斷允許控制在中斷源與CPU之間有二級(jí)中斷允許控制邏輯電路，類似開關(guān)，其中第一級(jí)為一個(gè)總開關(guān)，第二級(jí)為五個(gè)分開關(guān)，由IE控制。應(yīng)當(dāng)指出：在89C51復(fù)位時(shí)，IE各位被復(fù)位成“0”狀態(tài)，CPU因此而處于關(guān)閉所有中斷狀態(tài)。所以，在89C51復(fù)位以后，用戶必須通過主程序中的指令來(lái)開放所需中斷，以便相應(yīng)中斷請(qǐng)求來(lái)到時(shí)被CPU所響應(yīng)。

中斷系統(tǒng)中斷允許寄存器IE

EA/

/

ES

ET1

EX1

ET0

EX0INT0INT1T1T0UARTCPU0

禁止1

允許0

禁止1

允許總中斷總中斷中斷中斷IE(A8)中斷的開放和禁止是可控,可編程的CPUIE的相應(yīng)位被置“0”

或“1”

該相應(yīng)中斷即被“禁止”或“開放”上頁(yè)下頁(yè)中斷系統(tǒng)3、中斷優(yōu)先級(jí)控制CPU同一時(shí)間只能響應(yīng)一個(gè)中斷請(qǐng)求。若同時(shí)來(lái)了兩個(gè)或兩個(gè)以上中斷請(qǐng)求，就必須有先有后。?。?！為此將5個(gè)中斷源分成高級(jí)、低級(jí)兩個(gè)級(jí)別，高級(jí)優(yōu)先，由IP控制。中斷系統(tǒng)1）、中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP

//

/

PS

PT1

PX1

PT0

PX0IP(B8)INT0INT1T1T0UART0

低級(jí)1高級(jí)中斷中斷中斷優(yōu)先級(jí)是可控,可編程的上頁(yè)下頁(yè)2）、優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)中斷優(yōu)先級(jí)控制遵循的兩個(gè)基本原則：⑴一個(gè)正在執(zhí)行的低級(jí)中斷服務(wù)程序，能被高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷，但不能被同優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求所中斷。⑵一個(gè)正在執(zhí)行的高級(jí)中斷服務(wù)程序，不能被任何中斷請(qǐng)求所中斷，直到返回。中斷系統(tǒng)

在同級(jí)的幾個(gè)中斷源中同時(shí)發(fā)生請(qǐng)求時(shí)，內(nèi)部對(duì)同級(jí)的各中斷源的優(yōu)先級(jí)別有一個(gè)規(guī)定的查詢順序：外部中斷請(qǐng)求

INT0定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1串行口UART定時(shí)/計(jì)數(shù)器T2外部中斷請(qǐng)求

INT1最高最低上頁(yè)下頁(yè)自然優(yōu)先級(jí)自然優(yōu)先級(jí)出廠前已由廠家固化順序——事先約定中斷優(yōu)先原則：（概括為四句話）1、低級(jí)不打斷高級(jí)2、高級(jí)不睬低級(jí)3、同級(jí)不能打斷4、同級(jí)、同時(shí)中斷，事先約定。CPU在執(zhí)行主程序低級(jí)中斷請(qǐng)求響應(yīng)低級(jí)中斷請(qǐng)求CPU執(zhí)行低級(jí)中斷服務(wù)程序高級(jí)中斷請(qǐng)求響應(yīng)高級(jí)中斷請(qǐng)求CPU執(zhí)行高級(jí)中斷服務(wù)程序返回低級(jí)中斷程序返回主程序二級(jí)中斷嵌套的中斷運(yùn)行過程例：設(shè)89C51的片外中斷為高優(yōu)先級(jí)，片內(nèi)中斷為低優(yōu)先級(jí)。試設(shè)置IP相應(yīng)值。（a）用字節(jié)操作指令

MOVIP，#05H或MOV0B8H，#05H（b）用位操作指令

SETBPX0SETBPX1CLRPSCLRPT0CLRPT1IP中斷處理過程

中斷處理過程分為三個(gè)階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。中斷響應(yīng)中斷處理(又稱中斷服務(wù))中斷返回

中斷請(qǐng)求的撤除

中斷響應(yīng)中斷返回中斷響應(yīng)(以外部中斷0為例)中斷響應(yīng)：在滿足CPU的中斷響應(yīng)條件之后，CPU對(duì)中斷源中斷請(qǐng)求予以處理。中斷響應(yīng)過程：保護(hù)斷點(diǎn)地址；中斷響應(yīng)把程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序的入口地址(通常稱矢量地址)。特別注意：這些工作是硬件自動(dòng)完成的！

斷點(diǎn)地址中斷服務(wù)子程序的入口地址外部中斷0入口地址0003ZD0AJMPORG0003HAJMPZD0ZD0中斷響應(yīng)中斷服務(wù)子程序入口地址又稱為中斷矢量或中斷向量。中斷響應(yīng)單片機(jī)中5個(gè)中斷源的矢量地址是固定的，不能改動(dòng)。斷點(diǎn)地址中斷服務(wù)子程序的入口地址程序存儲(chǔ)器ROM0000H：復(fù)位后，程序的入口地址(PC=0000H)0023H：串行口中斷入口0003H：外部中斷0入口000BH：定時(shí)器0溢出中斷入口0013H：外部中斷1入口001BH：定時(shí)器1溢出中斷入口002AH使用時(shí)，通常在這些入口地址處存放一條跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷服務(wù)程序起始地址上去！程序存儲(chǔ)器ROM0000H：復(fù)位后，程序的入口地址(PC=0000H)0023H：串行口中斷入口0003H：外部中斷0入口000BH：定時(shí)器0溢出中斷入口0013H：外部中斷1入口001BH：定時(shí)器1溢出中斷入口002AH包含T0中斷服務(wù)子程序的程序結(jié)構(gòu)：

ORG0000H AJMPMAIN

ORG000BH AJMPINTT0

ORG0100HMAIN:...INTT0:...RETIENDAJMPMAINAJMPINTT0中斷處理中斷服務(wù)程序從中斷子程序入口地址開始執(zhí)行，直到返回指令RETI為止，這個(gè)過程稱為中斷處理(或中斷服務(wù))。中斷服務(wù)子程序一般包括兩部分內(nèi)容，一是保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)，二是處理中斷源的請(qǐng)求。中斷響應(yīng)入口地址RETI中斷處理INTT0:PUSHACC PUSHDPHPUSHDPLPUSHPSW

中斷源服務(wù)

POPPSW

POPDPLPOPDPHPOPACCRETI保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)中斷返回中斷返回是指中斷服務(wù)完后，計(jì)算機(jī)返回到原來(lái)暫停的位置(即斷點(diǎn))，繼續(xù)執(zhí)行原來(lái)的程序。中斷返回由專門的中斷返回指令RETI來(lái)實(shí)現(xiàn)。中斷響應(yīng)中斷返回中斷返回RETI指令功能：把斷點(diǎn)地址取出，送回到程序計(jì)數(shù)器PC中去。另外，它還通知中斷系統(tǒng)已完成中斷處理，將清除優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器。特別注意：不能用RET指令代替RETI指令！中斷響應(yīng)中斷返回中斷處理過程示意圖中斷源發(fā)中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)條件是否滿足？中斷是否受阻？

把PC斷點(diǎn)地址壓入堆棧

相應(yīng)中斷源的中斷入口地址送入PC，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序NYYN

由硬件自動(dòng)完成

關(guān)中斷保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)中斷服務(wù)

開中斷

關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

開中斷中斷返回?cái)帱c(diǎn)地址由堆棧彈入PC保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)的過程中不允許中斷，以免現(xiàn)場(chǎng)遭到破壞。保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)之后的開中斷是為了允許有更高級(jí)中斷打斷此中斷服務(wù)程序。中斷服務(wù)程序硬件自動(dòng)完成中斷請(qǐng)求的撤除

CPU響應(yīng)某中斷請(qǐng)求后，在中斷返回前，應(yīng)該撤除該中斷請(qǐng)求，否則會(huì)引起另一次中斷。

定時(shí)器0或1溢出：CPU在響應(yīng)中斷后，硬件清除了有關(guān)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志TFO或TF1，即中斷請(qǐng)求是自動(dòng)撤除的。

邊沿激活的外部中斷：CPU在響應(yīng)中斷后，也是用硬件自動(dòng)清除有關(guān)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志IE0或IE1。

串行口中斷：CPU響應(yīng)中斷后，沒有用硬件清除T1、R1，故這些中斷不能自動(dòng)撤除，而要靠軟件來(lái)清除相應(yīng)的標(biāo)志。電平觸發(fā)外部中斷撤除方法較復(fù)雜。因?yàn)樵陔娖接|發(fā)方式中，CPU響應(yīng)中斷時(shí)不會(huì)自動(dòng)清除IE1或IE0標(biāo)志，所以在響應(yīng)中斷后應(yīng)立即撤除INT0或INT1引腳上的低電平。在硬件上，CPU對(duì)INT0和INT1引腳的信號(hào)不能控制，所以這個(gè)問題要通過硬件，再配合軟件來(lái)解決。電平激活的外部中斷源中斷標(biāo)志的撤除一、主程序1.主程序的起始地址89C51系列單片機(jī)復(fù)位后，(PC)=0000H0003H～002BH分別為各中斷源的入口地址編程時(shí)應(yīng)在0000H處寫一條跳轉(zhuǎn)指令(一般為長(zhǎng)跳轉(zhuǎn)指令)，主程序是以跳轉(zhuǎn)的目標(biāo)地址作為起始地址開始編寫，一般從0030H開始，如圖所示0000HLJMP00300030H主程序§5.4中斷程序舉例矢量地址2、主程序的初始化內(nèi)容初始化將用到的內(nèi)部部件或擴(kuò)展芯片進(jìn)行初始工作狀態(tài)設(shè)定。特殊功能寄存器初始化設(shè)置單片機(jī)復(fù)位后，特殊功能寄存器IE、IP內(nèi)容均為00H，所以應(yīng)對(duì)IE、IP進(jìn)行初始化編程，以開放中斷，允許某些中斷源中斷和設(shè)置中斷優(yōu)先級(jí)等。中斷系統(tǒng)二、中斷服務(wù)程序1.中斷服務(wù)程序的起始地址中斷系統(tǒng)對(duì)五個(gè)中斷源分別規(guī)定了各自的入口地址，但這些入口地址相距很近(8個(gè)字節(jié))如中斷服務(wù)程序的指令代碼少于8個(gè)字節(jié)，則可從規(guī)定的中斷服務(wù)程序入口地址開始，直接編寫中斷服務(wù)程序如中斷服務(wù)程序的指令代碼大于8個(gè)字節(jié)，則應(yīng)采用與主程序相同的方法，在相應(yīng)的入口處寫一條跳轉(zhuǎn)指令，并以跳轉(zhuǎn)指令的目標(biāo)地址作為中斷服務(wù)程序的起始地址進(jìn)行編程矢量地址2、中斷服務(wù)程序編制中的注意事項(xiàng)（1）視需要確定是否保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)；（2）及時(shí)清除那些不能被硬件自動(dòng)清除的中斷請(qǐng)求標(biāo)志，以免產(chǎn)生錯(cuò)誤的中斷；（3）中斷服務(wù)程序中的壓棧（PUSH）與出棧（POP）指令必須成對(duì)使用，以確保中斷服務(wù)程序的正確返回；（4）主程序和中斷服務(wù)程序之間的參數(shù)傳遞與主程序和子程序的參數(shù)傳遞方式相同。例：如圖所示，將P1口的P1.4～P1.7作為輸入位，P1.0～P1.3作為輸出位。要求利用89C51將開關(guān)所設(shè)的數(shù)據(jù)讀入單片機(jī)內(nèi)，并依次通過P1.0～P1.3輸出，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管，以檢查P1.4～P1.7輸入的電平情況（若輸入為高電平則相應(yīng)的LED亮）。現(xiàn)要求采用中斷邊沿觸發(fā)方式，每中斷一次，完成一次讀/寫操作。源程序：

ORG0000HAJMPMAINORG0003HAJMPINSERORG0030HMAIN：SETBEX0SETBIT0SETBEAHERE：SJMPHERE

中斷服務(wù)子程序：

ORG0200HINSER：MOVA，#0F0HANLP1，AMOVA，P1SWAPAMOVP1，ARETI