第5章 89C51的中斷系統(tǒng)

本章分為四節(jié)，主要介紹：5.289C51的中斷系統(tǒng)5.389C51的中斷處理過程5.4

中斷應(yīng)用舉例5.1中斷概述12/26/202315.1中斷概述

一、中斷概念：某人看書 執(zhí)行主程序

電話鈴響 中斷信號INTx=0 中斷請求暫?？磿?/p>

暫停執(zhí)行主程序

中斷響應(yīng)書中作記號當(dāng)前PC值入棧

保護(hù)斷點(diǎn)電話談話 執(zhí)行中斷程序

中斷服務(wù)繼續(xù)看書 返回主程序

中斷返回12/26/2023212/26/20233中斷技術(shù)不僅解決了快速主機(jī)與慢速I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點(diǎn)：

分時(shí)操作。CPU可以分時(shí)為多個(gè)I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計(jì)算機(jī)的利用率；實(shí)時(shí)響應(yīng)。CPU能夠及時(shí)處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機(jī)事件，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大增強(qiáng)；可靠性高。CPU具有處理設(shè)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。二、中斷的意義：12/26/202345.280C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)中斷源TCONSCONIEIP12/26/20235

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(dāng)CPU檢測到P3.3引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時(shí)，中斷標(biāo)志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。

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(dāng)CPU檢測到P3.2引腳上出現(xiàn)有效的中斷信號時(shí)，中斷標(biāo)志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。5.2.180C51的中斷源

一、中斷源12/26/20236

3、TF0（TCON.5），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0發(fā)生溢出時(shí)，置位TF0，并向CPU申請中斷。

4、TF1（TCON.7），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1發(fā)生溢出時(shí)，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(biāo)志。當(dāng)串行口接收完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，向CPU申請中斷。

12/26/20237二、中斷請求標(biāo)志1、TCON的中斷標(biāo)志IT0（TCON.0），外部中斷0觸發(fā)方式控制位。 當(dāng)IT0=0時(shí)，為電平觸發(fā)方式。 當(dāng)IT0=1時(shí)，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(biāo)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(biāo)志位。TF0（TCON.5），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志位。TF1（TCON.7），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志位。

12/26/202382、SCON的中斷標(biāo)志RI（SCON.0），串行口接收中斷標(biāo)志位。當(dāng)允許串行口接收數(shù)據(jù)時(shí)，每接收完一個(gè)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(biāo)志位。當(dāng)CPU將一個(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí)，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個(gè)串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。12/26/20239一、中斷允許控制

CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。5.2.280C51中斷的控制

EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0中斷允許位；EX1(IE.2)，外部中斷1允許位；ET1(IE.3)，定時(shí)/計(jì)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。12/26/202310二、中斷優(yōu)先級控制

80C51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級，即可實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)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(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的

。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0（IP.1），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0優(yōu)先級設(shè)定位；PX1（IP.2），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT1（IP.3），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1優(yōu)先級設(shè)定位；PS

（IP.4），串行口優(yōu)先級設(shè)定位。12/26/202311

同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個(gè)時(shí)，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級形成。12/26/20231280C51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級有三條原則：CPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進(jìn)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(jìn)行的低優(yōu)先級中斷服務(wù)，能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷。為了實(shí)現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)用戶不能尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)高優(yōu)先級的中斷，它將阻斷后來所有的中斷請求；另一個(gè)置1，表示正在響應(yīng)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。12/26/2023135.380C51單片機(jī)中斷處理過程

一、中斷響應(yīng)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(shí)滿足時(shí)，CPU才有可能響應(yīng)中斷。5.3.1中斷響應(yīng)條件和時(shí)間

12/26/202314遇以下任一條件，硬件將受阻，不產(chǎn)生LCALL指令：CPU正在處理同級或高優(yōu)先級中斷；當(dāng)前查詢的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期。即在完成所執(zhí)行指令前，不會響應(yīng)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(shí)才能接受中斷請求。中斷標(biāo)志曾經(jīng)有效，但未獲響應(yīng)，查詢過程在下個(gè)機(jī)器周期將重新進(jìn)行。12/26/202315二、中斷響應(yīng)時(shí)間若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(yīng)的標(biāo)志位中去；M2恰逢指令的最后一個(gè)機(jī)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(jìn)入了中斷服務(wù)程序。80C51的中斷響應(yīng)時(shí)間（從標(biāo)志置1到進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)），至少要3個(gè)完整的機(jī)器周期。

12/26/202316將相應(yīng)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(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容壓入堆棧保存，再將相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址送入PC。執(zhí)行中斷服務(wù)程序。5.3.2中斷響應(yīng)過程

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

12/26/202317

5.3.3中斷返回RETI指令的具體功能是：將中斷響應(yīng)時(shí)壓入堆棧保存的斷點(diǎn)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(yīng)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(wù)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(wù)程序中PUSH指令與POP指令必須成對使用，否則不能正確返回?cái)帱c(diǎn)。12/26/202318若外部中斷定義為電平觸發(fā)方式，電平保持到請求獲得響應(yīng)時(shí)為止，不然就會漏掉；而在中斷服務(wù)程序結(jié)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(chǎn)生中斷。

電平觸發(fā)方式適合于外部中斷輸入以低電平輸入且中斷服務(wù)程序能清除外部中斷請求源的情況。12/26/202319

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(gè)周期采樣到外部中斷輸入為高電平，下一個(gè)周期采樣到為低電平，則在IE0或IE1中將鎖存一個(gè)邏輯1。即便是CPU暫時(shí)不能響應(yīng)，中斷申請標(biāo)志也不會丟失，直到CPU響應(yīng)此中斷時(shí)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(fù)脈沖的寬度）均至少要保持一個(gè)機(jī)器周期（若晶振為12MHz時(shí)，為1微秒）。

邊沿觸發(fā)方式適合于以負(fù)脈沖形式輸入的外部中斷請求，如ADC0809的轉(zhuǎn)換結(jié)束標(biāo)志信號EOC為正脈沖，經(jīng)反相后就可以作為80C51的中斷輸入。12/26/202320要求每次按動按鍵，使外接發(fā)光二極管LED改變一次亮滅狀態(tài)。

ORG 0000H；復(fù)位入口

AJMPMAIN

ORG 0003H；中斷入口 AJMP PINT0 ORG 0100H ；主程序MAIN：MOVSP，#40H；設(shè)棧底

SETB EA ；開總允許開關(guān)

SETB EX0 ；開INT0中斷

SETB IT0 ；負(fù)跳變觸發(fā)中斷

H：

SJMP H ；執(zhí)行其它任務(wù)

ORG 0200H；中斷服務(wù)程序PINT0:CPLP1.0 ；改變LED

RETI

；返回主程序單片機(jī)INT0P1.01+5V跳變觸發(fā)12/26/202321

例多外部中斷源的系統(tǒng)示例。設(shè)有5個(gè)外部中斷源，中斷優(yōu)先級排隊(duì)順序?yàn)椋篨I0、XI1、XI2、XI3、XI4。試設(shè)計(jì)它們與80C51單片機(jī)的接口。12/26/202322INSE1：PUSHPSWPUSHACC JBP1.0，DV1 BP1.1，DV2 JBP1.2，DV3 JBP1.3，DV4INRET：POPACC POPPSWRETIDV1：……AJMPINRETDV2：……AJMPINRETDV3：……AJMPINRETDV4：12/26/202323本章到此結(jié)束謝謝大家12/26/2023245.380C51的定時(shí)/計(jì)數(shù)器

實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，比較方便的辦法是利用單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí)/計(jì)數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時(shí)：軟件定時(shí)不占用硬件資源，但占用了CPU時(shí)間，降低了CPU的利用率。采用時(shí)基電路定時(shí)：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時(shí)電路。但在硬件連接好以后，定時(shí)值與定時(shí)范圍不能由軟件進(jìn)行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時(shí)：這種定時(shí)芯片的定時(shí)值及定時(shí)范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時(shí)功能強(qiáng)，使用靈活。在單片機(jī)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器不夠用時(shí)，可以考慮進(jìn)行擴(kuò)展。12/26/2023255.3.1定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理

一、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的實(shí)質(zhì)是加1計(jì)數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個(gè)寄存器組成。TMOD是定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式寄存器，確定工作方式和功能；TCON是控制寄存器，控制T0、T1的啟動和停止及設(shè)置溢出標(biāo)志。

12/26/202326二、定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作原理

加1計(jì)數(shù)器輸入的計(jì)數(shù)脈沖有兩個(gè)來源,一個(gè)是由系統(tǒng)的時(shí)鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個(gè)是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個(gè)脈沖計(jì)數(shù)器加1，當(dāng)加到計(jì)數(shù)器為全1時(shí)，再輸入一個(gè)脈沖就使計(jì)數(shù)器回零，且計(jì)數(shù)器的溢出使TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時(shí)/計(jì)數(shù)器中斷允許時(shí)）。如果定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作于定時(shí)模式，則表示定時(shí)時(shí)間已到；如果工作于計(jì)數(shù)模式，則表示計(jì)數(shù)值已滿。

可見，由溢出時(shí)計(jì)數(shù)器的值減去計(jì)數(shù)初值才是加1計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值。

12/26/202327設(shè)置為定時(shí)器模式時(shí)，加1計(jì)數(shù)器是對內(nèi)部機(jī)器周期計(jì)數(shù)（1個(gè)機(jī)器周期等于12個(gè)振蕩周期，即計(jì)數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計(jì)數(shù)值N乘以機(jī)器周期Tcy就是定時(shí)時(shí)間t

。設(shè)置為計(jì)數(shù)器模式時(shí)，外部事件計(jì)數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計(jì)數(shù)器。在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間采樣T0、T1引腳電平。當(dāng)某周期采樣到一高電平輸入，而下一周期又采樣到一低電平時(shí)，則計(jì)數(shù)器加1，更新的計(jì)數(shù)值在下一個(gè)機(jī)器周期的S3P1期間裝入計(jì)數(shù)器。由于檢測一個(gè)從1到0的下降沿需要2個(gè)機(jī)器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個(gè)機(jī)器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時(shí)，最高計(jì)數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計(jì)數(shù)脈沖的周期要大于2

s。

12/26/202328

5.3.2定時(shí)/計(jì)數(shù)器的控制

80C51單片機(jī)定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作由兩個(gè)特殊功能寄存器控制。TMOD用于設(shè)置其工作方式；TCON用于控制其啟動和中斷申請。一、工作方式寄存器TMOD

工作方式寄存器TMOD用于設(shè)置定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：12/26/202329GATE：門控位。GATE＝0時(shí)，只要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作；GATA＝1時(shí)，要用軟件使TR0或TR1為1，同時(shí)外部中斷引腳或也為高電平時(shí)，才能啟動定時(shí)/計(jì)數(shù)器工作。即此時(shí)定時(shí)器的啟動條件，加上了或引腳為高電平這一條件。

:定時(shí)/計(jì)數(shù)模式選擇位。＝0為定時(shí)模式；=1為計(jì)數(shù)模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時(shí)/計(jì)數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進(jìn)行設(shè)置。12/26/202330

二、控制寄存器TCON

TCON的低4位用于控制外部中斷,已在前面介紹。TCON的高4位用于控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動和中斷申請。其格式如下：TF1（TCON.7）：T1溢出中斷請求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)溢出時(shí)由硬件自動置TF1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時(shí)，CPU可隨時(shí)查詢TF1的狀態(tài)。所以，TF1可用作查詢測試的標(biāo)志。TF1也可以用軟件置1或清0，同硬件置1或清0的效果一樣。TR1（TCON.6）：T1運(yùn)行控制位。TR1置1時(shí)，T1開始工作；TR1置0時(shí)，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時(shí)/計(jì)數(shù)器的啟動與停止。TF0（TCON.5）：T0溢出中斷請求標(biāo)志位，其功能與TF1類同。TR0（TCON.4）：T0運(yùn)行控制位，其功能與TR1類同。12/26/202331

5.3.3定時(shí)/計(jì)數(shù)器的工作方式

一、方式0

方式0為13位計(jì)數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH0的8位組成。TL0的低5位溢出時(shí)向TH0進(jìn)位，TH0溢出時(shí)，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請求。12/26/202332定時(shí)器模式時(shí)有:N＝t/Tcy

計(jì)數(shù)初值計(jì)算的公式為：定時(shí)器的初值還可以采用計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)直接取補(bǔ)法獲得。計(jì)數(shù)模式時(shí)，計(jì)數(shù)脈沖是T0引腳上的外部脈沖。門控位GATE具有特殊的作用。當(dāng)GATE=0時(shí)，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時(shí)僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時(shí)，控制開關(guān)接通，計(jì)數(shù)開始；當(dāng)GATE=1時(shí)，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時(shí)控制與門的開啟由外中斷引腳信號和TR0共同控制。當(dāng)TR0=1時(shí)，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計(jì)數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停止計(jì)數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。

12/26/202333

二、方式1方式1的計(jì)數(shù)位數(shù)是16位，由TL0作為低8位、TH0作為高8位，組成了16位加1計(jì)數(shù)器。計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為：

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三、方式2方式2為自動重裝初值的8位計(jì)數(shù)方式。

工作方式2特別適合于用作較精確的脈沖信號發(fā)生器。

計(jì)數(shù)個(gè)數(shù)與計(jì)數(shù)初值的關(guān)系為：

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四、方式3方式3只適用于定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0，定時(shí)器T1處于方式3時(shí)相當(dāng)于TR1=0，停止計(jì)數(shù)。

工作方式3將T0分成為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器TL0和TH0

。

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5.3.4定時(shí)/計(jì)數(shù)器用于外部中斷擴(kuò)展

擴(kuò)展方法是，將定時(shí)/計(jì)數(shù)器設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，計(jì)數(shù)初值設(shè)定為滿程，將待擴(kuò)展的外部中斷源接到定時(shí)/計(jì)數(shù)器的外部計(jì)數(shù)引腳。從該引腳輸入一個(gè)下降沿信號，計(jì)數(shù)器加1后便產(chǎn)生定時(shí)/計(jì)數(shù)器溢出中斷。例如，利用T0擴(kuò)展一個(gè)外部中斷源。將T0設(shè)置為計(jì)數(shù)器方式，按方式2工作，TH0、TL0的初值均為0FFH，T0允許中斷，CPU開放中斷。其初始化程序如下：

MOVTMOD，#06H；置T0為計(jì)數(shù)器方式2MOVTL0，#0FFH；置計(jì)數(shù)初值

MOVTH0，#0FFHSETBTR0；啟動T0工作

SETBEA；CPU開中斷

SETBET0；允許T0中斷

12/26/2023375.3.5定時(shí)/計(jì)數(shù)器應(yīng)用舉例

初始化程序應(yīng)完成如下工作：對TMOD賦值，以確定T0和T1的工作方式。計(jì)算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。中斷方式時(shí)，則對IE賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位，啟動定時(shí)/計(jì)數(shù)器定時(shí)或計(jì)數(shù)。12/26/202338

例利用定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0的方式1，產(chǎn)生10ms的定時(shí)，并使P1.0引腳上輸出周期為20ms的方波，采用中斷方式，設(shè)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為12MHz。解：1、計(jì)算計(jì)數(shù)初值X：由于晶振為12MHz，所以機(jī)器周期Tcy為1

s。所以：N＝t/Tcy

＝10×10－3/1×10－6＝10000X＝65536－10000＝55536＝D8F0H即應(yīng)將D8H送入TH0中，F(xiàn)0H送入TL0中

2、求T0的方式控制字TMOD：

M1M0=01，GATE=0，C/T=0，可取方式控制字為01H；12/26/202339

ORG0000HLJMPMAIN；跳轉(zhuǎn)到主程序

ORG000BH；T0的中斷入口地址

LJMPDVT0；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序

ORG0100HMAIN：MOVTMOD，#01H；置T0工作于方式1MOVTH0，#0D8H；裝入計(jì)數(shù)初值

MOVTL0，#0F0HSETBET0；T0開中斷

SETBEA；CPU開中斷

SETBTR0；啟動T0SJMP$；等待中斷

DVT0：CPLP1.0；P1.0取反輸出