第5章-1_單片機的中斷系統(tǒng).ppt

1 第五章1單片機的中斷系統(tǒng) 第一節(jié)中斷的基本概念第二節(jié)mcs 51單片機中斷系統(tǒng)第三節(jié)中斷系統(tǒng)的應用 2 第一節(jié)中斷的基本概念 1 數(shù)據(jù)傳送方式程序控制方式無條件傳送方式 輸入輸出操作完全取決于程序的安排 而不管外設的狀態(tài) 程序查詢方式 先查詢外設的當前狀態(tài) 獲得端口信息 i o操作完全由cpu控制 缺點 浪費cpu時間 效率低 中斷傳送方式cpu不必定時查詢接口狀態(tài) 接口在數(shù)據(jù)發(fā)送或接收數(shù)據(jù)準備好后通知cpu cpu通過執(zhí)行一個中斷服務程序來完成數(shù)據(jù)傳送 接口沒有準備好時 cpu繼續(xù)執(zhí)行主程序 提高cpu工作效率 dma directmemoryaccess 直接存儲器存取方式i o設備在dma接口控制下直接把成塊信息送到主存儲器 或從主存儲器取出成塊信息送給i o設備 中間不經(jīng)cpu參與 比中斷 查詢方式更加提高了cpu的利用率 3 第一節(jié)中斷的基本概念 2 中斷概念 cpu在正常運行程序時 由于cpu以外某一事件的發(fā)生 引起cpu暫停正在運行的程序 而轉(zhuǎn)到為該事件的發(fā)生預先安排好的服務程序中去執(zhí)行 4 3 中斷源 可由硬件或軟件引起 引起中斷的事件 msc 51具有多個中斷源 51子系列有5個中斷源 2個外部中斷 2個定時中斷和1個串行中斷 a 外中斷 外部信號引起 共2個 即 外部中斷 0 中斷請求信號由引腳int0 p3 2 引入 外部中斷 1 中斷請求信號由引腳int1 p3 3 引入 外部中斷請求有兩種信號形式 低電平觸發(fā)方式和負跳脈沖觸發(fā)方式 負跳脈沖觸發(fā)方式 負跳信號有效 即cpu在連續(xù)兩個周期對引入端intx采樣 如果前周期為高電平 后一周期為低電平 則為有效的負跳脈沖觸發(fā)方式的外中斷申請 低電平觸發(fā)方式 低電平有效 只要cpu在每機器周期s5p2期間從引入端intx采樣到低電平 就進入外中斷 第一節(jié)中斷的基本概念 5 b 定時器 計數(shù)器中斷 內(nèi)部計數(shù)器計數(shù)溢出 溢出標志位tfx作為單片機接受中斷請求標志 信號來源 內(nèi)部 定時 和外部 計數(shù) 芯片內(nèi)部有兩個定時器 計數(shù)器 tf0 tf1 發(fā)生計數(shù)溢出就可以達到申請中斷請求 c 串行中斷 串行數(shù)據(jù)傳送 發(fā)送和接收 的需要而設置 串行口接收或發(fā)送 ti ri 完一組串行數(shù)據(jù)時 就可以產(chǎn)生一個中斷請求 第一節(jié)中斷的基本概念 6 中斷源入口地址 7 ie 中斷允許控制寄存器 tcon 定時控制寄存器 scon 串行口控制寄存器 ip 中斷優(yōu)先級控制寄存器 第二節(jié)mcs 51單片機的中斷系統(tǒng) 與中斷控制有關(guān)的控制寄存器有四個 8 1 中斷允許控制寄存器ie用戶軟件設置寄存器地址為a8h 2 ex0 exl 外部中斷允許控制位 int0 int1 ex0 exl 0禁止外中斷ex0 exl l允許外中斷 1 ea 中斷允許總控制位 ea 0中斷總禁止 禁止所有中斷 即不響應任何中斷請求 ea 1中斷總允許 總允許后中斷的禁止或允許由各中斷源的中斷允許控制位進行設置 通過設置相關(guān)寄存器 達到控制中斷工作的目的 一 中斷控制寄存器 9 4 es 串行中斷允許控制位es 0禁止串行中斷es 1允許串行中斷 結(jié)論 mcs 51通過中斷允許控制寄存器對中斷的允許實行兩級控制 以ea位作為總控制位 以各中斷源的中斷允許位作為分控制位 mcs 51單片機復位后 ie 00h 因此中斷系統(tǒng)處于禁止狀態(tài) 單片機在中斷響應后不會自動關(guān)閉中斷 因此在轉(zhuǎn)中斷服務程序后 應使用有關(guān)指令禁止中斷 即以軟件方式關(guān)閉中斷 3 et0 etl 定時 計數(shù)中斷允許控制位 t0 t1 et0 etl 0禁止定時 或計數(shù) 中斷et0 etl 1允許定時 或計數(shù) 中斷 10 1 ie0 ie1 外部中斷請求標志 硬件自動設置cpu采樣到intx端有效的中斷請求后 iex位由硬件自動置 1 在中斷響應期間 要轉(zhuǎn)向中斷服務程序時 由硬件自動清零 2 定時器控制寄存器tcon寄存器地址為88h 11 2 定時器控制寄存器tcon寄存器地址為88h 4 tr0 tr1 定時器啟動標志位 12 3 串行口控制寄存器scon 只有兩位與中斷有關(guān) 寄存器地址為98h 1 ti 串行口發(fā)送中斷標志位 當cpu將一個數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器時 就啟動發(fā)送 當最后一個數(shù)據(jù)位發(fā)送完后 ti由硬件自動置位 向cpu發(fā)中斷申請 進行中斷服務程序時 ti要由軟件清0 軟件查詢時 ti可作為狀態(tài)位使用 2 ri 串行口接收中斷標志位 cpu接收數(shù)據(jù)時 當接收到最后一個數(shù)據(jù)位后 ri由硬件自動置位 并向cpu發(fā)中斷申請 進行中斷服務程序時 ri要由軟件清0 軟件查詢時 ri可作為狀態(tài)位使用 13 4 中斷優(yōu)先級控制寄存器ip用戶軟件設置寄存器地址為b8h px0 外部中斷0優(yōu)先級設定位pxl 外部中斷l(xiāng)優(yōu)先級設定位pt0 定時中斷0優(yōu)先級設定位ptl 定時中斷l(xiāng)優(yōu)先級設定位ps 串行中斷優(yōu)先級設定位對應位置1 優(yōu)先級為高 置0 優(yōu)先級為低 14 5 中斷優(yōu)先級控制原則和控制邏輯具有兩級優(yōu)先級 其中斷優(yōu)先級的控制原則是 1 低優(yōu)先級中斷請求不能打斷高優(yōu)先級的中斷服務 但高優(yōu)先級中斷可以中斷低優(yōu)先級的中斷服務 從而實現(xiàn)中斷嵌套 2 如果一個中斷請求已被響應 則同級的其他中斷服務將被禁止 即同級不能嵌套 3 如果同級的多個中斷請求同時出現(xiàn) 則按cpu查詢次序確定哪個中斷請求被響應 其查詢次序為 外部中斷0 定時中斷0 外部中斷1 定時中斷1 串行中斷 15 中斷嵌套流程圖 中斷優(yōu)先級 當多個中斷源請求中斷服務 那么cpu響應這些中斷就有一個先后順序 稱之為中斷優(yōu)先級 優(yōu)先級高 則cpu先響應 優(yōu)先級低 則cpu不影響高級中斷 平級 平級 16 8051的中斷系統(tǒng) 17 6 中斷初始化和中斷控制寄存器狀態(tài)邏輯設置 用戶通過tcon scon ie和ip四個控制寄存器來使用中斷系統(tǒng) 這四個控制寄存器都是既可進行字節(jié)尋址又可進行位尋址的 因此對位狀態(tài)的設置既可以使用字節(jié)操作指令又可以使用位操作指令 字節(jié)操作指令 movie 81h ea es et1 ex1 et0 ex0位操作指令 setbeasetbex0 對中斷的使用是在程序初始化時設置的 如果不包括優(yōu)先級控制 外中斷初始化共有3項內(nèi)容 中斷總允許 外中斷允許和中斷方式設定 定時中斷則只有兩項內(nèi)容 沒有中斷方式控制 18 二 中斷響應過程 中斷響應 在滿足cpu中斷響應條件后 cpu對中斷源中斷請求的回答 1 中斷響應基本條件 來中斷 開中斷 a 有中斷源發(fā)出中斷申請 中斷采樣s5p2 中斷查詢s6 中斷采樣 采樣主要針對外中斷請求信號進行 對芯片引腳 int0和 int1進行采樣 電平方式或是脈沖方式 中斷查詢 由cpu測試tcon和scon中各標志位的狀態(tài) 以確定有沒有中斷請求發(fā)生以及是哪一個中斷請求 中斷請求是隨機發(fā)生 要求cpu不停地重復進行查詢 b 中斷總允許位ea 1c 各個中斷源相應的允許位置1 即es et1 ex1 et0 ex0 19 中斷響應可能會被阻止或被延遲 中斷響應是有條件的 并不是查詢到的所有中斷請求都能被立即響應 當存在下列情況之一時 中斷響應被封鎖 a cpu正處在為一個同級或高級的中斷服務中 b 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 即當前指令完成前 不會響應任何中斷請求 c 當前指令是返回指令 ret retl 或訪問ie ip的指令 mcs 5l中斷系統(tǒng)規(guī)定 在執(zhí)行完這些指令之后 還應再繼續(xù)執(zhí)行一條指令 然后才能響應中斷 以上三個條件稱為中斷封鎖條件 20 3 中斷響應過程 如果滿足中斷響應條件且不存在中斷封鎖情況 則cpu進入中斷響應周期 完成以下工作 a 將響應的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器置1 b 由硬件清除相應的中斷請求標志位 tfx iex 但串行中斷標志位必須手動清除 c 執(zhí)行一條由硬件生成的長調(diào)用指令lcall 其格式為lcalladdrl6 這里的addrl6就是程序存儲器中相應中斷區(qū)的入口地址 該指令將自動把斷點地址 當前pc值 壓入堆棧保護起來 然后將對應的中斷入口地址裝入pc 使程序轉(zhuǎn)向該中斷入口地址 去執(zhí)行中斷服務程序 注意 中斷服務程序入口地址僅間隔8個字節(jié) 因此通常在這些入口地址處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令 以控制程序轉(zhuǎn)到用戶安排好的中斷服務程序地址去執(zhí)行 21 4 中斷響應時間 從中斷請求產(chǎn)生到cpu轉(zhuǎn)到相應的中斷服務程序的入口地址所需的時間 1 基本響應時間 3個機器周期 1 查詢中斷標志 1個機器周期 2 轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序 2個機器周期 2 額外的處理時間 0 5個機器周期 reti指令 2個機器周期 mul或div指令 4個機器周期 b 最長響應時間為8個機器周期查詢中斷標志位時 剛好開始執(zhí)行 ret retl 或訪問ie ip的指令 最長需要2個機器周期 單片機要求必須再繼續(xù)執(zhí)行一條指令 然后才能響應中斷 若再執(zhí)行的最長是4個機器周期的指令 mulab 再加上執(zhí)行l(wèi)call的2個機器周期 總共是8個機器周期 a mcs 51單片機所需最短響應時間為3個機器周期 中斷請求標志位請求占1個機器周期 每個機器周期的s5p2期間查詢中斷標志位 若此時恰好是正在執(zhí)行指令的最后一個機器周期 中斷立即會在該機器周期結(jié)束后被響應 硬件自動產(chǎn)生lcall指令 耗費2個機器周期 因此總共3個機器周期 22 結(jié)論 一般的中斷響應時間都是3 8個機器周期 但是如果出現(xiàn)同級或是高級中斷正在響應或是服務中 則響應時間無法計算 一般應用中 中斷響應時間無需計算 只有在精確定時的應用場合 才需要計入中斷響應時間 保證定時的精確 23 三中斷服務程序中斷都是在運行主程序時發(fā)生的 是主程序的隨機事件 是否允許發(fā)生以及如何發(fā)生 都應該在主程序中預先設置 這就是中斷初始化 中斷服務程序 從入口地址開始執(zhí)行一直到返回指令reti為止 需注意的問題 2 開中斷和關(guān)中斷a 在中斷處理程序中 關(guān)中斷 禁止響應其他一切中斷 無中斷嵌套b 要保持中斷嵌套 就要分別在現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復前后 加上關(guān)中斷和開中斷 避免現(xiàn)場被破壞 1 現(xiàn)場保護和現(xiàn)場恢復所謂現(xiàn)場 指中斷時刻 單片機存儲單元中的數(shù)據(jù)或狀態(tài) 一定是主程序和中斷程序都用到的且不能被修改的存儲單元 現(xiàn)場保護 位于中斷處理程序首部 push操作數(shù)現(xiàn)場恢復 位于中斷處理程序尾部 pop操作數(shù) 24 org0000hljmpmainorg0013hljmpexint1org0050hexint1 clrea 關(guān)中斷pushaccpushpsw 現(xiàn)場保護setbea 開中斷中斷服務程序clrea 關(guān)中斷poppswpopacc 現(xiàn)場恢復setbea 開中斷reti 中斷返回org0100hmain 25 3 中斷返回中斷處理程序后最后一條指令必須是中斷返回指令reti 執(zhí)行該指令時 a 將 優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器 復位為0 b 從堆棧棧頂彈出斷點地址 裝入pc 從而返回主程序 org0000hljmpmainorg0050hmain lcallsub sjmp sub reti 能正確運行嗎 org0000hljmpmainorg0003hljmpsubmain sjmp sub ret 能正確運行嗎 26 中斷服務程序與子程序調(diào)用的區(qū)別 27 四 中斷請求的撤消 中斷響應后 tcon和scon中的中斷請求標志應該及時清除 否則就意味著中斷請求繼續(xù)存在 處理不當 會造成中斷的重復查詢和響應 因此就存在一個中斷請求的撤消的問題 負脈沖方式外部中斷請求的撤消 兩項內(nèi)容 a 外中斷標志位iex清 0 中斷響應后 硬件自動把標志位iex清 0 b 外中斷請求信號的撤消 對于脈沖方式 脈沖信號過后就消失 因此 負脈沖方式外部中斷請求的撤消是自動的 定時中斷請求的撤消 一項內(nèi)容 定時溢出標志位tfx清 0 中斷響應后 硬件自動把標志位tfx清 0 即定時中斷請求的撤消是自動的 28 串行中斷軟件撤消 一項內(nèi)容 標志位清 0 中斷響應后 需要先分別測試ti和ri的狀態(tài) 只有一個串行中斷入口地址 判斷完是接收操作還是發(fā)送操作后 再軟件清 0 低電平方式外部中斷請求的撤消 電平方式外部中斷 中斷標志的撤消是自動的 但中斷請求信號的低電平可能繼續(xù)存在 在以后的機器周期采樣時 又會把清 0 的iex標志位置 1 因此其中斷請求撤消也分為兩項內(nèi)容 a 外中斷標志位iex清 0 中斷響應后 硬件自動把標志位iex清 0 b 外中斷請求信號的撤消 把中斷信號引腳從低電平強制改為高 為此需要增加硬件電路和軟件程序 29 第三節(jié)中斷系統(tǒng)的應用 中斷控制就是對4個與中斷有關(guān)的專用寄存器tcon scon ie和ip進行管理和控制 管理和控制的項目有 1 cpu中斷的開放與關(guān)閉 2 某中斷源中斷請求的允許與禁止 3 各中斷源優(yōu)先級別的設定 4 外部中斷請求的觸發(fā)方式 中斷管理與控制程序一般包含在主程序當中 在中斷響應過程中 斷點的保護是由硬件電路來實現(xiàn)的 用戶在編寫中斷服務程序時 主要需考慮現(xiàn)場的保護與恢復 當存在中斷嵌套時 在保護和恢復現(xiàn)場前要關(guān)中斷 在保護和恢復現(xiàn)場后要根據(jù)需要開中斷 30 中斷服務程序的一般格式 clrea 關(guān)中斷pushpsw pusha 保護現(xiàn)場 setbea 開中斷 中斷服務程序 clrea 關(guān)中斷 popa 恢復現(xiàn)場poppsw setbea 開中斷reti 返回 31 例 硬件電路如圖 通過8051單片機的p