第5章MCS-51中斷系統(tǒng)g

第5章MCS-51單片機中斷系統(tǒng)5.1中斷概述5.2MCS－51中斷系統(tǒng)5.3響應中斷的條件和過程5.4關于外部中斷5.5應用舉例一、中斷概述1.1中斷的概念 中斷是單片機實時地處理內部或外部事件的一種內部機制。當某種內部或外部事件發(fā)生時，單片機的中斷系統(tǒng)將迫使CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉而去進行中斷事件的處理，中斷處理完畢后，又返回被中斷的程序處，繼續(xù)執(zhí)行下去。幾個例子生活中的例子打印機中斷網絡中斷軟中斷幾個名詞 CPU在處理某一事件A時，發(fā)生了另一事件B請求CPU迅速去處理（中斷發(fā)生）； CPU暫時中斷當前的工作，轉去處理事件B（中斷響應和中斷服務）； 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）。引起CPU中斷的根源，稱為中斷源。中斷源向CPU提出的中斷請求。CPU暫時中斷原來的事務A，轉去處理事件B。對事件B處理完畢后，再回到原來被中斷的地方（即斷點），稱為中斷返回。實現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機構）。

隨著計算機技術的應用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術不僅解決了快速主機與慢速I/O設備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點：

分時操作。CPU可以分時為多個I/O設備服務，提高了計算機的利用率；實時響應。CPU能夠及時處理應用系統(tǒng)的隨機事件，系統(tǒng)的實時性大大增強；可靠性高。CPU具有處理設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。中斷的特點和優(yōu)點二、80C51中斷系統(tǒng)的結構

80C51的中斷系統(tǒng)有5個中斷源（8052有6個）

，2個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷嵌套。

2.1簡介

中斷示意圖80C51的中斷源

中斷源詳解1、（P3.2）?？捎蒊T0(TCON.0)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.2引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。2、(P3.3）?？捎蒊T1(TCON.2)選擇其為低電平有效還是下降沿有效。當CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時，中斷標志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。

3、TF0（TCON.5），片內定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T0發(fā)生溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷。

4、TF1（TCON.7），片內定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志。當定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷。

5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中斷請求標志。當串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時置位RI或當串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時置位TI，向CPU申請中斷。

2.2、中斷相關寄存器TCON的中斷標志IT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。當IT0=0時，為電平觸發(fā)方式。當IT0=1時，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中斷0中斷請求標志位。IT1（TCON.2），外部中斷1觸發(fā)方式控制位。IE1（TCON.3），外部中斷1中斷請求標志位。TF0（TCON.5），定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志位。TF1（TCON.7），定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志位。

SCON的中斷標志RI（SCON.0），串行口接收中斷標志位。當允許串行口接收數(shù)據(jù)時，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。同樣，RI必須由軟件清除。TI（SCON.1），串行口發(fā)送中斷標志位。當CPU將一個發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。

中斷允許控制CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個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/計數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA(IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。中斷優(yōu)先級控制80C51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應位的狀態(tài)來規(guī)定的

。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT0（IP.1），定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設定位；PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT1（IP.3），定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設定位；PS（IP.4），串行口優(yōu)先級設定位；PT2(IP.5)，定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設定位。

同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優(yōu)先權排隊問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權排隊，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級形成，其排列如所示：同級優(yōu)先級序號中斷請求標志中斷源1IE0外部中斷02TF0定時器/計數(shù)器0溢出中斷3IE1外部中斷14TF1定時器/計數(shù)器1溢出中斷5RI+TI串口通訊中斷6TF2+EXF2定時器/計數(shù)器1溢出中斷

高低80C51單片機的中斷優(yōu)先級有三條原則：CPU同時接收到幾個中斷時，首先響應優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進行的中斷過程不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷。正在進行的低優(yōu)先級中斷服務，能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷。為了實現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內部設有兩個用戶不能尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個置1，表示正在響應高優(yōu)先級的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請求；另一個置1，表示正在響應低優(yōu)先級中斷，它將阻斷后來所有的低優(yōu)先級中斷請求。遇以下任一條件，硬件將受阻，不產生LCALL指令：CPU正在處理同級或高優(yōu)先級中斷；當前查詢的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機器周期。即在完成所執(zhí)行指令前，不會響應中斷，從而保證指令在執(zhí)行過程中不被打斷；正在執(zhí)行的指令為RET、RETI或任何訪問IE或IP寄存器的指令。即只有在這些指令后面至少再執(zhí)行一條指令時才能接受中斷請求。

若由于上述條件的阻礙中斷未能得到響應，當條件消失時該中斷標志卻已不再有效，那么該中斷將不被響應。就是說，中斷標志曾經有效，但未獲響應，查詢過程在下個機器周期將重新進行。三、響應中斷的條件和過程3.1中斷響應條件中斷源有中斷請求；此中斷源的中斷允許位為1；CPU開中斷（即EA=1）。同時滿足時，CPU才有可能響應中斷。中斷服務的進入：CPU執(zhí)行程序過程中，在每個機器周期的S5P2期間，中斷系統(tǒng)對各個中斷源進行采樣。這些采樣值在下一個機器周期內按優(yōu)先級和內部順序被依次查詢。如果某個中斷標志在上一個機器周期的S5P2時被置成了1，那么它將于現(xiàn)在的查詢周期中及時被發(fā)現(xiàn)。接著CPU便執(zhí)行一條由中斷系統(tǒng)提供的硬件LCALL指令，轉向被稱作中斷向量的特定地址單元，進入相應的中斷服務程序。

3.2中斷響應時間某中斷的響應時序如圖：若M1周期的S5P2前某中斷生效，在S5P2期間其中斷請求被鎖存到相應的標志位中去；M2恰逢指令的最后一個機器周期，且該指令不是RETI或訪問IE、IP的指令。于是，M3和M4便可以執(zhí)行硬件LCALL指令，M5周期將進入了中斷服務程序。80C51的中斷響應時間（從標志置1到進入相應的中斷服務），至少要3個完整的機器周期。

3.3中斷響應的過程將相應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器置1（以阻斷后來的同級或低級的中斷請求）。執(zhí)行一條硬件LCALL指令，即把程序計數(shù)器PC的內容壓入堆棧保存，再將相應的中斷服務程序的入口地址送入PC。執(zhí)行中斷服務程序。

中斷響應過程的前兩步是由中斷系統(tǒng)內部自動完成的，而中斷服務程序則要由用戶編寫程序來完成。

中斷返回RETI指令的具體功能是：將中斷響應時壓入堆棧保存的斷點地址從棧頂彈出送回PC，CPU從原來中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行程序；將相應中斷優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器清0，通知中斷系統(tǒng)，中斷服務程序已執(zhí)行完畢。

注意，不能用RET指令代替RETI指令。在中斷服務程序中PUSH指令與POP指令必須成對使用，否則不能正確返回斷點。四、外部中斷和由外部產生并輸入中斷請求信號，故稱為

外部中斷電平觸發(fā)方式若外部中斷定義為電平觸發(fā)方式，中斷標志位的狀態(tài)隨CPU在每個機器周期采樣到的外部中斷輸入引腳的電平變化而變化，這樣能提高CPU對外部中斷請求的響應速度。但外部中斷源若有請求，必須把有效的低電平保持到請求獲得響應時為止，不然就會漏掉；而在中斷服務程序結束之前，中斷源又必須撤消其有效的低電平，否則中斷返回之后將再次產生中斷。跳變觸發(fā)方式

若外部中斷定義為邊沿觸發(fā)方式，在相繼連續(xù)的兩次采樣中，一個周期采樣到外部中斷輸入為高電平，下一個周期采樣到為低電平，則在IE0或IE1中將鎖存一個邏輯1。即便是CPU暫時不能響應，中斷申請標志也不會丟失，直到CPU響應此中斷時才清零。這樣，為保證下降沿能被可靠地采樣到，外中斷引腳上的高低電平（負脈沖的寬度）均至少要保持一個機器周期（若晶振為12MHz時，為1微秒）。

五、中斷程序舉例

ORG0000HSTART：LJMPMAIN；跳轉到主程序ORG0003HLJMPINTO；轉向中斷服務程序ORG0030H；主程序MAIN：CLRIT0；設為電平觸發(fā)方式SETBEA；CPU開放中斷SETBEX0；允許中斷MOVDPTR，#1000H；設置數(shù)據(jù)區(qū)地址指針……ORG0200H；中斷服務程序INT0：PUSHPSW；保護現(xiàn)場PUSHACCCLRP3.0；由P3.0輸出0NOPNOPSETBP3.0；由P3.0輸出1，撤除MOVA，P1；輸入數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，A；存入數(shù)據(jù)存儲器INCDPTR；修改數(shù)據(jù)指針，指向下一個單元……POPACC；恢復現(xiàn)場POPPSWRETI；中斷返回

例多外部中斷源的系統(tǒng)示例。設有5個外部中斷源，中斷優(yōu)先級排隊順序為：XI0、XI1、XI2、XI3、XI4。試設計它們與80C51單片機的接口。ORG0003HLJMPINSE0；轉外部中斷0服務程序入口ORG0013HLJMPINSE1；轉外部中斷1服務程序入口…………INSE0：PUSHPSW；XI0中斷服務程序PUSHACC…………