51單片機的中斷系統(tǒng)ppt課件

1、項目4 單片機的中斷系統(tǒng),嵌入式單片機方向單片機C語言程序項目設計,4.1 任務說明,本節(jié)為理論內(nèi)容，重點掌握單片機的中斷類型、控制方 式以及應用，單片機共有5個中斷源，兩級優(yōu)先級控制，在 以后的項目實踐中，我們要用到定時器中斷、外部中斷和串 行中斷。,4.2 中斷系統(tǒng)的結構 51單片機中斷系統(tǒng)的結構如圖4-1所示，5個中斷分別有5個中斷源，并提供兩個中斷優(yōu)先級控制，能夠實現(xiàn)兩級中斷服務程序的嵌套。單片機的中斷系統(tǒng)是通過4個相關的特殊功能寄存器TCON、SCON、IE和IP來進行管理的。因此用戶可以用軟件對每個中斷的開和關以及優(yōu)先級的控制。定時器控制寄存器TCON用于設定外部中斷的中斷。,串口

2、控制寄存器SCON用于保存串行口（SIO）的發(fā)送 中斷標志和接收中斷標志。中斷控制寄存器IE用于設定各 個中斷源的開放或關閉。各個中斷源的優(yōu)先級可以由中斷 優(yōu)先級寄存器IP中的相應位來確定，同一優(yōu)先級中的各中 斷源同時請求中斷時，由中斷系統(tǒng)的內(nèi)部查詢邏輯來確定 響應的順序。,圖4-1 8051單片機中斷系統(tǒng)的結構,一、中斷源 單片機5個中斷源都有自己的標志位，包括外部中斷（P3.1）引腳接受的外部中斷請求；外部中斷（P3.2）引腳接受的外部中斷請求；定時器/計數(shù)器0（T0）溢出中斷請求；定時器/計數(shù)器1（T0）溢出中斷請求；串行口完成一幀數(shù)據(jù)發(fā)送或接收中斷請求源TI或RI。,其中INT0和IN

3、T1一般稱為外部中斷，T0、T1和串行口（SIO 的TI和RI）則稱為內(nèi)部中斷。在有中斷請求時， 由相應的中斷標志位。保存其中斷請求信號，分別存放在 特殊功能寄存器TCON和SCON中增強型的51單片機，則比51 單片機多一個中斷源T2。 二、中斷優(yōu)先級 51單片機的中斷系統(tǒng)具有兩級優(yōu)先級控制，系統(tǒng)在處 理時遵循下列基本原則：,1）低優(yōu)先級的中斷源可被高優(yōu)先級的中斷源中斷，號的有效形式及保存定時/計數(shù)器T0和T1的中斷請求標志位。而高優(yōu)先級中斷源不能被低級的中斷源所中斷； 2）一種中斷源（無論是高優(yōu)先級或低優(yōu)先級）一旦得到響應，就不會被同級的中斷源所中斷； 3）低優(yōu)先級的中斷源和高優(yōu)先級的中斷

4、源同時產(chǎn)生中斷請求時，系統(tǒng)先響應高優(yōu)先級的中斷請求，后響應低優(yōu)先級的中斷請求；,表4-1 中斷入口地址及優(yōu)先級排列表,4）多個同級的中斷源同時產(chǎn)生中斷請求時，系統(tǒng)按照默 認的順序先后予以響應，5個中斷默認優(yōu)先級見表4-1。,三、中斷系統(tǒng)使用的多功能寄存器 要使用8051單片機的中斷功能，必須掌握4個相關的特殊功能寄存器中特定位的意義及其使用方法。下面分別介紹4個特殊功能寄存器對中斷的具體管理方法。 （1）TCON 定時器控制寄存器TCON是定時器/計數(shù)器T0和T1的控制寄存器，也用來鎖存T0和T1的溢出中斷請求,TF0、TF1標志及外部中斷請求源標志IE0、IE1。TCON的 字節(jié)地址88H，

5、既支持字節(jié)操作，又支持位操作。位地址 的范圍是,IT0，外部中斷0（INT0）觸發(fā)方式控制位，用于設定INT0中斷請求信號的有效方式。如果將IT0設定為1，則外部中斷0為邊沿（脈沖）觸發(fā)方式，CPU在每個機器周期的S5P2采樣INT0的輸入信號（即單片機的P3.2腳）。如果在一個機器周期中采樣到高電平，在下一個機器周期中采樣到低電平，則硬件自動將IE0置為“1”，向CPU請求中斷；如果IT0為0，則外部中斷0為電平觸發(fā)方式。此時系統(tǒng)如果檢測到INT0,直至該中斷信號被檢測到。同時在中斷返回前必須變?yōu)殡?平，否則會再次產(chǎn)生中斷。概括地說，IT01時INT0的中 斷請求信號是脈沖后沿（負脈沖）有效

6、，P3.2從1變?yōu)?時 系統(tǒng)認為INT0有中斷請求；IT00時，INT0的中斷請求信 號是低電平有效，即P3.2保持為0時系統(tǒng)認為INT0有中斷 請求。 IE0，外部中斷0的中斷請求標志位。如果IT0置1，則 當P3.2上的電平由1變?yōu)?時，由硬件置位IE0，向CPU申,請中斷。如果CPU響應該中斷，在轉向中斷服務時，由硬 件將IE0復位?？梢?，IT0用于設定INT0中斷請求的信號形 式。設定了IT0后，如果INT0產(chǎn)生了有效的中斷請求信號 （P3.2出現(xiàn)脈沖后沿或低電平），則由中斷系統(tǒng)的硬件電 路自動將IE0置位。單片機系統(tǒng)在工作過程的每一個機器 周期的特定時刻（即S5P2），通過檢測INT

7、0的中斷請求標 志位IE0是1還是0來確定INT0是否有中斷請求，而不是通 過檢測P3.2上的中斷請求信號來確定INT0的中斷請求。,端輸入低電平，則置位IE0。采用電平觸發(fā)時，輸入到 INT0端的外部中斷信號必須保持低電平， IT01時表示 有中斷請求，IT00時則沒有中斷請求。下面INT1的情況 類似，不再重復說明。,IT1，外部中斷1（INT1）的觸發(fā)方式控制位。其意義和IT0相同。 IE1，外部中斷1的中斷請求標志位。其意義和IE0相同。 TF0，定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷請求標志位。當T0開始計數(shù)后，從初值開始加1計數(shù)，在計滿產(chǎn)生溢出時，由硬件使置位TF0，向CPU請求中斷，CPU

8、響應中斷時，硬件自動將TF0清零。如果采用軟件查詢方式，則需要由軟,件將TF0清零。因此，系統(tǒng)是通過檢查TF0的狀態(tài)來確定T0 是否有中斷請求。TF01表示T0有中斷請求，TF00時則 沒有。 TF1，定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷請求標志位，其作 用同TF0。 TR0和TR1分別是T0和T1的控制位，與中斷無關。將 在定時器/計數(shù)器應用內(nèi)容中介紹。,（2）SCON SCON為串行口控制寄存器，主要用于設置串行口的工作方式，同時也用于保存串行口的接收中斷和發(fā)送中斷標志。字節(jié)地址是98H，既支持字節(jié)操作，又支持位操作。位地址的范圍是98H9FH。8位中只有最低的兩位與中斷有關，其格式如下：,RI，

9、串行口的接收中斷標志位。8051單片機的串行口共有4中工作方式。在串行口的方式0中，每當接收到第8位數(shù)據(jù)時，由硬件置位RI；在其他工作方式中，若SM20，在接收到停止位的中間時置位RI；若SM21，僅當接收到的第9位數(shù)據(jù)RB8為1時，并且在接收到停止位的中間時置位RI，表示串行口已經(jīng)完成一幀數(shù)據(jù)的接收，向CPU申請中斷，準備,接收下一幀數(shù)據(jù)。但當CPU轉到串行口的中斷服務程序 時，不復位RI，必須由設計者在程序中用指令來清零RI。 簡單地說，串行口在接收完一幀數(shù)據(jù)時,自動將RI置位，向CPU申請中斷。 TI，串行口的發(fā)送中斷標志位。在方式0中，每當發(fā) 送完8位數(shù)據(jù)時由硬件置位。在其他方式中，在

10、發(fā)送到停 止位開始時置位TI，表示串行口已經(jīng)完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā) 送，向CPU申請中斷，準備發(fā)送下一幀數(shù)據(jù)。要發(fā)送的數(shù) 據(jù)一旦寫入串行口的數(shù)據(jù)緩沖器SBUF，單片機的硬件電 路就立即啟動發(fā)送器進行發(fā)送。CPU響應中斷時并不清零 TI，同樣要在程序中用指令來清零。,（3）中斷屏蔽寄存器IE 8051單片機的CPU對中斷源的開放或屏蔽（即閉），是由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE（也稱為中斷控制寄存器或中斷屏蔽寄存器）控制的。IE的字節(jié)地址是A8H，既支持字節(jié)操作，又支持位操作。位地址的范圍是A8HAFH。8位中有6位與中斷有關，剩下的兩位沒有定義。其格式如下：,EA，CPU的中斷開放標志。EA0時，CPU屏

11、蔽所 有的中斷請求，此時即使有中斷請求，系統(tǒng)也不會去響 應； EA 1時，CPU開放中斷，但每個中斷源的中斷請 求是允許還是被禁止，還需由各自的控制位確定。 ES，串行口的中斷控制位。ES1，允許串行口中 斷；ES0，禁止串行口中斷。 ET1：定時器/計數(shù)器1的溢出中斷控制位。ET11， T1的中斷開放，ET10，T1的中斷被關閉。,EX1，外部中斷1的中斷控制位。EX11，允許外部中斷1中斷；EX10，禁止外部中斷1的中斷。 ET0，定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷控制位。ET01時允許T0中斷；ET00，禁止T0中斷。 EX0，外部中斷0的中斷控制位。EX01，允許外部中斷0的中斷；EX00，

12、禁止外部0的中斷。 可見，EA0時，所有的中斷都被屏蔽，此時IE低5位的狀態(tài)沒有任何作用。EA1時，可以通過對IE,設置來開放或關閉相應的中斷，在圖5-1中可以很直觀地 看出來。單片機復位后，IE寄存器被清零，所有的中斷都 被屏蔽。IE寄存器中各個位的狀態(tài)支持位尋址，用戶根據(jù) 要求用指令SETB置位或CLR清零，而實現(xiàn)相應的中斷源 允許中斷或禁止中斷，當然也可以采用字節(jié)操作來實現(xiàn)。 例如，若要求開放外部中斷，關閉內(nèi)部中斷，則可以用兩 條置位指令將EA、EX0和EX1置位，ES、ET1和ET0保持 為系統(tǒng)復位后的默認值0。如果使用字節(jié)操作方式，則一,條MOV指令即能實現(xiàn)，即MOV IE，#1xx

13、00101B。其中的兩個x對應的是無關位，可以任意為1或0。 （4）中斷優(yōu)先級控制寄存器 8051單片機的中斷系統(tǒng)有兩個中斷優(yōu)先級。對于每一個中斷請求源都可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，實現(xiàn)兩級中斷嵌套。中斷優(yōu)先級是由片內(nèi)的中斷優(yōu)先級寄存器IP控制的。IP的字節(jié)地址是,B8H，既支持字節(jié)操作，又支持位操作。位地址的范圍是 B8HBFH。8位中有5位與中斷有關，剩下的3位沒有定 義。其格式如下 ：,PS，串行口的中斷優(yōu)先級控制位。PS1時，串行口被定義為高優(yōu)先級中斷源；PS0時，串行口被定義為低優(yōu)先級中斷源。 PT1，定時器/計數(shù)器T1的中斷優(yōu)先級控制位。PT11，T1被定義為高優(yōu)先級中斷源

14、；PT10，T1被定義為低優(yōu)先級中斷源。 PX1，外部中斷1（INT1）的優(yōu)先級控制位。PX1，外部中斷1被定義為高優(yōu)先級中斷源；PX00，外部中斷1被定義為低優(yōu)先級中斷源。,PT0，定時器/計數(shù)器T0的中斷優(yōu)先級控制位。其功能 同PT1。 PX0，外部中斷0（INT0）的優(yōu)先級控制位。其功能 同PX1。 中斷優(yōu)先級控制寄存器IP的各位都由用戶置位或復 位，可用位操作指令或字節(jié)操作指令更新IP的內(nèi)容，以改 變各中斷源的中斷優(yōu)先級，單片機復位后IP全為0，各個 中斷源均為低優(yōu)先級中斷。,4.3 中斷響應過程,單片機的中斷的處理過程可分為中斷響應、中斷處理和中斷返回3個階段。下面介紹8051單片機

15、的中斷處理過程。 一、中斷的響應條件 在每個機器周期的S5P2時刻，單片機依次采樣每一個中斷標志位，而在下一個機器周期對采樣到的中斷進行查詢。如果在前一個機器周期的S5P2有,中斷標志，則在查詢周期內(nèi)便會查詢到并按優(yōu)先級高低進行 中斷處理，中斷系統(tǒng)將控制程序轉入相應的中斷服務程序。 CPU響應中斷應具備的條件是：首先有中斷源發(fā)出中斷請 求；然后CPU中斷允許位EA為“1”，即CPU開中斷，并且申 請中斷的中斷源，其相應的中斷允許位為“1”，即允許相 應的中斷源中斷。條件滿足時，一般CPU會響應中斷請求。,CPU響應中斷時，會根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下，程序轉向相應的中斷服務程序入口單元，

16、執(zhí)行中斷服務程序。 二、中斷的響應過程 51單片機的中斷系統(tǒng)中分為兩個中斷優(yōu)先級。每一中斷請 求源均可通過對IP寄存器的編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先 級中斷，并可實現(xiàn)多級中斷嵌套。一個正在執(zhí)行的低優(yōu)先,應新的中斷請求。為了實現(xiàn)上述功能， 51單片機的中斷 系統(tǒng)中有兩個不可尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。一個指出某 高優(yōu)先級的中斷正在得到服務，所有后來的中斷請求被阻 級中斷服務程序能被高優(yōu)先級的中斷請求所中斷，但不能 被另一個同級或低級的中斷源所中斷。因此，如果CPU正 在執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷服務程序，則不能被任何中斷源所 中斷，必須等到當前的中斷服務程序執(zhí)行結束，遇到返回 指令（RETI）返回主程序后，至

17、少再執(zhí)行一條指令才能響,應新的中斷請求。為了實現(xiàn)上述功能， 51單片機的中斷 系統(tǒng)中有兩個不可尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。一個指出某 高優(yōu)先級的中斷正在得到服務，所有后來的中斷請求被阻 斷；另一個觸發(fā)器指出某低優(yōu)先級的中斷正在得到服務， 所有同級的中斷請求都被阻斷，但不能阻斷高優(yōu)先級的中 斷請求。 如果8051單片機滿足中斷響應的條件，并且不存在 中斷被屏蔽的情況，CPU就響應相應的中斷請求。在實際 的,響應過程中，CPU首先置位被響應中斷的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，以屏蔽（即關閉）同級和低級的中斷請求。然后，根據(jù)中斷源的類別，在硬件的控制下，內(nèi)部自動執(zhí)行一條子程序調(diào)用指令，將程序轉移至相應的中斷入口處，

18、開始執(zhí)行中斷服務程序。在轉入中斷服務程序時，子程序調(diào)用指令自動把斷點地址（即程序計數(shù)器PC的當前值）壓入堆棧，但不會自動保存狀態(tài)寄存器PSW等寄存器中的內(nèi)容。,當中斷的各項條件滿足要求時，CPU響應中斷，停止現(xiàn)行程 序，轉向中斷服務程序。整個響應過程中CPU應完成工作有： 1）關中斷。CPU響應中斷時便向外設發(fā)出中斷響應 信號，同時自動地關中斷，處理一個中斷過程中不致又接 收另一新的中斷，以防止誤響應。,2）保護斷點。為了保證CPU在執(zhí)行完中斷服務程序 后，準確地返回斷點，CPU將斷點處的PC值推入堆棧保 護。待中斷服務程序執(zhí)行完后，由返回指令RETI將其從堆 棧中彈回PC，從而實現(xiàn)程序的返回

19、。,3）執(zhí)行中斷服務程序。找出中斷服務程序入口地址，轉入執(zhí)行中斷服務程序。在中斷服務程序中一般應完成如下任務： （1）保護現(xiàn)場。由于CPU響應中斷是隨機的，而CPU中各寄存器的內(nèi)容和狀態(tài)標志會因轉至中斷服務程序而受到破壞，所以要在中斷服務程序的開始，把斷點處有關的各個寄存器的內(nèi)容和狀態(tài)標志，用堆棧操作指令PUSH推入堆棧保護。,（2）中斷服務。中斷源申請中斷時應完成的任務。 （3）恢復現(xiàn)場。在中斷服務程序完成后，把保護在堆 棧中的各寄存器內(nèi)容和狀態(tài)標志，用POP指令彈回CPU。 （4）開中斷。上面已談到CPU在響應中斷時自動關中 斷。為了使CPU能響應新的中斷請求，在中斷服務程序末 尾應按排開

20、中斷指令。 （5）返回主程序。當中斷服務程序執(zhí)行完畢返回主程 序時，必須將斷點地址彈回PC，因此在中斷服務程序的最,后用一條RETI指令，使PC返回斷點。 因系統(tǒng)保留的各中斷入口地址間空間太小，所以，通常在中斷入口地址處安排一條相應的跳轉指令，跳轉至用戶設計的中斷服務程序入口。 三、中斷處理 CPU響應中斷請求后，即轉到中斷服務程序的入口，執(zhí)行中斷服務程序。從中斷服務程序的第一條指令開始,到中斷返回指令為止，這個過程稱為中斷處理或中斷服務。不同的中斷源所需服務的要求及內(nèi)容各不相同，其處理過程也就有所區(qū)別，但在一般情況下，中斷處理應包括兩部分內(nèi)容：一是保護現(xiàn)場，二是為中斷源服務。 現(xiàn)場通常有程序

21、狀態(tài)字PSW、工作寄存器、累加器或其他的特殊功能寄存器等。如果在中斷服務程序,中要用這些寄存器，則應在進入中斷服務之前用進棧指令將 它們的內(nèi)容壓入堆棧中保護起來，這就叫做保護現(xiàn)場。同 樣，在完成中斷服務，中斷程序返回之前（執(zhí)行返回指令 RETI之,前），應采用出棧指令恢復現(xiàn)場。 中斷服務是根據(jù)中斷源的具體要求所編寫的中斷服務 程序的運行和處理。用戶在編寫中斷服務程序時應，一般 應注意以下幾個方面： （1）8051單片機為各中斷源所保留的中斷入口地 址，只相隔8個單元，如此小的空間通常是容納不下中斷 服務程序的，因而常常在中斷入口地址單元處設置一條無 條件轉移指令，使中斷服務能轉至中斷服務程序所

22、存放的,存儲器的任何位置。 （2）在運行當前的中斷服務程序時，如果想禁止更高 優(yōu)先級的中斷源請求中斷，可以用指令復位IE中的相關控 制位來屏蔽更高優(yōu)先級中斷源的中斷請求。在中斷服務程 序執(zhí)行完返回之前，再用指令開放中斷。 （3）在中斷服務程序中保護、恢復現(xiàn)場時，為避免現(xiàn) 場信息受到破壞或造成混亂，一般情況下，應先關閉CPU 的中斷，使CPU暫不響應新的中斷請求，以避免保護或恢,復現(xiàn)場的過程受到干擾。這就要求在編寫中斷服務程序 時，應注意在保護現(xiàn)場之前要關中斷。在保護現(xiàn)場之后， 若允許高優(yōu)先級的中斷源申請中斷，則應開中斷。同樣在 恢現(xiàn)場之前應關中斷，恢復之后再開中斷。,四、中斷返回 中斷服務程序

23、的最后一條指令是中斷返回指令RETI。它的功能是將斷點地址從堆棧中彈出，送回程序計數(shù)PC中，使程序能返回到原來被中斷的地方繼續(xù)執(zhí)行。 8051單片機的RETI指令除了彈出斷點之外，還通知中斷系統(tǒng)已完成中斷處理，并將優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器清除（復位），使系統(tǒng)能響應新的中斷請求。,五、中斷請求的撤消 CPU完成中斷請求的處理以后，在中斷返回之前，應 將該中斷請求撤消，否則會引起第二次響應中斷。在51單 片機中，各個中斷源撤消中斷請求的方法各不相同。 （1）定時/計數(shù)器的溢出中斷：CPU響應其中斷請求 后，由硬件自動清除相應的中斷請求標志位，使中斷請求 自動撤消，因此不用采取其他措施。,（2）外部中斷請求：中斷請求的撤消與觸發(fā)方式控制位的設置有關。采用邊沿觸發(fā)的外部中斷，CPU在響應中斷后，由硬件自動清除相應的標志位，使中斷請求自動撤消；采用電平觸發(fā)的外部中斷源，應采用電路和程序相結合的方式，撤消外部中斷源的中斷請求信號。 （3）串行口的中斷請求：由于RI和TI都會引起串口的中斷，CPU響應后，