單片機中斷系統(tǒng)-Interrupt

1、 中斷系統(tǒng)2022/9/1415.1 80C51的中斷系統(tǒng) 5.1.1 80C51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、中斷的概念 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(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)去處理事件B（中斷響應(yīng)和中斷服務(wù)）； 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），這一過程稱為中斷 。2022/9/142MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點中斷請求中斷響應(yīng)執(zhí)行中斷處理程序中斷返回2022/9/143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(wù)A，轉(zhuǎn)

2、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(gòu)）。2022/9/144 隨著計算機技術(shù)的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)中斷技術(shù)不僅解決了快速主機與慢速I/O設(shè)備的數(shù)據(jù)傳送問題，而且還具有如下優(yōu)點： 分時操作。CPU可以分時為多個I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計算機的利用率；實時響應(yīng)。CPU能夠及時處理應(yīng)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(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。2022/9/145二、80C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) 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

3、現(xiàn)二級中斷嵌套 。2022/9/1465.1.2 80C51的中斷源 一、中斷源2022/9/147 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，中斷標(biāo)志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。2022/9/148 2、(P3.3）。可由IT1(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，中斷標(biāo)志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。2022/9/149 3、TF0（TCON.5），片內(nèi)定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時/計數(shù)器T0發(fā)生

4、溢出時，置位TF0，并向CPU申請中斷。2022/9/1410 4、TF1（TCON.7），片內(nèi)定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時/計數(shù)器T1發(fā)生溢出時，置位TF1，并向CPU申請中斷。2022/9/1411 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)時置位RI或當(dāng)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。 2022/9/1412二、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，為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=1時，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中斷

5、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/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志位。TF1（TCON.7），定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志位。 2022/9/14132、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，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(biāo)志位。當(dāng)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(yīng)中斷時，不能自動清除TI，TI必

6、須由軟件清除。 2022/9/1414一、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。5.1.3 80C51中斷的控制 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。2022/9/1415二、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(wù)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(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)

7、定的 。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0（IP.1），定時/計數(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/計數(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；PT2 (IP.5) ，定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設(shè)定位。2022/9/1416PX0（IPH.0），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0（IPH.1），定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設(shè)定位；PX1（IPH.2），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT1（IPH.3），定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設(shè)定位；PS （IPH.4），串行口優(yōu)先級設(shè)定位；PT2 (IPH.5) ，定時/計數(shù)器T2優(yōu)先級設(shè)

8、定位。而80C52單片機有四個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)四級中斷服務(wù)嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級由中斷優(yōu)先級寄存器IP和IPH中的相應(yīng)位的狀態(tài)來規(guī)定的 。2022/9/1417 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(quán)排隊問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權(quán)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：2022/9/1418設(shè)置52單片機的4個中斷源,使他們的優(yōu)順序為T1,INT1,INT0,T0.IPH = 0X08;PT1 = 1;IP = 0X40;PX1 = 1;2022/9/141980C51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(yīng)優(yōu)先級別最高的中斷請求

9、。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(wù)，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(nèi)部設(shè)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(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。2022/9/14205.2 80C51單片機中斷處理過程 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）。p115同時滿足時，CPU才有可能響應(yīng)中斷。5.2.1 中斷響應(yīng)條件和時間 2022/9/1421中斷服務(wù)

10、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(nèi)按優(yōu)先級和內(nèi)部順序被依次查詢。 如果某個中斷標(biāo)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(zhuǎn)向被稱作中斷向量的特定地址單元，進入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。 2022/9/1422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(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

11、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(yīng)，當(dāng)條件消失時該中斷標(biāo)志卻已不再有效，那么該中斷將不被響應(yīng)。就是說，中斷標(biāo)志曾經(jīng)有效，但未獲響應(yīng)，查詢過程在下個機器周期將重新進行。2022/9/1423二、中斷響應(yīng)時間5.2.1 響應(yīng)時間-從查詢中斷請求標(biāo)志位到轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)入口地址所需的機器周期數(shù)。（1）最快響應(yīng)時間以外部中斷的電平觸發(fā)為最快。從查詢中斷請求信號到中斷服務(wù)程序需要三個機器周期： 1個周期（查詢）2個周期（長調(diào)用LCALL）（2）最長時間若當(dāng)前指令是RET、RETI和IP、IE

12、指令，緊接著下一條是乘除指令發(fā)生，則最長為8個周期：2個周期執(zhí)行當(dāng)前指令（其中含有1個周期查詢）4個周期乘除指令2個周期長調(diào)用8個周期。2022/9/1424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。 (P116)執(zhí)行中斷服務(wù)程序。5.2.2 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。 2022/9/1425 5.2.3 中斷返回RETI指令的具體功能是：將中斷響應(yīng)時壓入堆棧保存的斷點地址從棧頂彈出送回P

13、C，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，否則不能正確返回斷點 。2022/9/1426 若外部中斷定義為電平觸發(fā)方式，中斷標(biāo)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(yīng)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(yīng)時為止，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

14、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。例如，并行接口芯片8255的中斷請求線在接受讀或?qū)懖僮骱蠹幢粡?fù)位，因此，以其去請求電平觸發(fā)方式的中斷比較方便。2022/9/1427 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(yīng)，中斷申請標(biāo)志也不會丟失，直到CPU響應(yīng)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）。 邊沿觸發(fā)方式適合于以負脈沖形式輸

15、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。2022/9/14285.3 80C51的定時/計數(shù)器 實現(xiàn)定時功能，比較方便的辦法是利用單片機內(nèi)部的定時/計數(shù)器。也可以采用下面三種方法：軟件定時：軟件定時不占用硬件資源，但占用了CPU時間，降低了CPU的利用率。采用時基電路定時：例如采用555電路，外接必要的元器件（電阻和電容），即可構(gòu)成硬件定時電路。但在硬件連接好以后，定時值與定時范圍不能由軟件進行控制和修改，即不可編程。采用可編程芯片定時：這種定時芯片的定時值及定時范圍很容易用軟件來確定和修改，此種芯片定時功能強，使用靈活。在單

16、片機的定時/計數(shù)器不夠用時，可以考慮進行擴展。2022/9/14295.3.1 定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu)和工作原理 一、定時/計數(shù)器的結(jié)構(gòu) 定時/計數(shù)器的實質(zhì)是加1計數(shù)器（16位），由高8位和低8位兩個寄存器組成。TMOD是定時/計數(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。 2022/9/1430二、定時/計數(shù)器的工作原理 加1計數(shù)器輸入的計數(shù)脈沖有兩個來源,一個是由系統(tǒng)的時鐘振蕩器輸出脈沖經(jīng)12分頻后送來；一個是T0或T1引腳輸入的外部脈沖源。每來一個脈沖計數(shù)器加1，當(dāng)加到計數(shù)器為全1時，再輸入一個脈沖就使計數(shù)器回零，且計數(shù)器的溢出使

17、TCON中TF0或TF1置1，向CPU發(fā)出中斷請求（定時/計數(shù)器中斷允許時）。如果定時/計數(shù)器工作于定時模式，則表示定時時間已到；如果工作于計數(shù)模式，則表示計數(shù)值已滿。 可見，由溢出時計數(shù)器的值減去計數(shù)初值才是加1計數(shù)器的計數(shù)值。 2022/9/1431設(shè)置為定時器模式時，加1計數(shù)器是對內(nèi)部機器周期計數(shù)（1個機器周期等于12個振蕩周期，即計數(shù)頻率為晶振頻率的1/12）。計數(shù)值N乘以機器周期Tcy就是定時時間t 。設(shè)置為計數(shù)器模式時，外部事件計數(shù)脈沖由T0或T1引腳輸入到計數(shù)器。在每個機器周期的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，則計數(shù)器

18、加1，更新的計數(shù)值在下一個機器周期的S3P1期間裝入計數(shù)器。由于檢測一個從1到0的下降沿需要2個機器周期，因此要求被采樣的電平至少要維持一個機器周期。當(dāng)晶振頻率為12MHz時，最高計數(shù)頻率不超過1/2MHz，即計數(shù)脈沖的周期要大于2 s。 2022/9/1432 5.3.2 定時/計數(shù)器的控制 80C51單片機定時/計數(shù)器的工作由兩個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/計數(shù)器的工作方式，低四位用于T0，高四位用于T1。其格式如下：2022/9/1433GATE：門控位。GATE0時，只

19、要用軟件使TCON中的TR0或TR1為1，就可以啟動定時/計數(shù)器工作；GATA1時，要用軟件使TR0或TR1為1，同時外部中斷引腳或也為高電平時，才能啟動定時/計數(shù)器工作。即此時定時器的啟動條件，加上了或引腳為高電平這一條件。 :定時/計數(shù)模式選擇位。 0為定時模式； =1為計數(shù)模式。M1M0：工作方式設(shè)置位。定時/計數(shù)器有四種工作方式，由M1M0進行設(shè)置。2022/9/1434 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/計數(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計數(shù)溢出時由硬件自動置TF

20、1為1。CPU響應(yīng)中斷后TF1由硬件自動清0。T1工作時，CPU可隨時查詢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運行控制位。TR1置1時，T1開始工作；TR1置0時，T1停止工作。TR1由軟件置1或清0。所以，用軟件可控制定時/計數(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運行控制位，其功能與TR1類同。2022/9/1435 5.3.3 定時/計數(shù)器的工作方式 一、方式0 方式0為13位計數(shù)，由TL0的低5位（高3位未用）和TH

21、0的8位組成。TL0的低5位溢出時向TH0進位，TH0溢出時，置位TCON中的TF0標(biāo)志，向CPU發(fā)出中斷請求。2022/9/1436定時器模式時有:Nt/ Tcy 計數(shù)初值計算的公式為：定時器的初值還可以采用計數(shù)個數(shù)直接取補法獲得。計數(shù)模式時，計數(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，經(jīng)反相后使或門輸出為1，此時僅由TR0控制與門的開啟，與門輸出1時，控制開關(guān)接通，計數(shù)開始；當(dāng)GATE=1時，由外中斷引腳信號控制或門的輸出，此時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，外中斷引腳信號引腳的高電平啟動計數(shù)，外中斷引腳信號引腳的低電平停

22、止計數(shù)。這種方式常用來測量外中斷引腳上正脈沖的寬度。 2022/9/1437 二、方式1 方式1的計數(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計數(shù)器 。計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為： 2022/9/1438 三、方式2 方式2為自動重裝初值的8位計數(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。 計數(shù)個數(shù)與計數(shù)初值的關(guān)系為： 2022/9/1439 四、方式3 方式3只適用于定時/計數(shù)器T0，定時器T1處于方式3時相當(dāng)于TR1=0，停止計數(shù)。 工作方式3將T0分成為兩個獨立的8位計數(shù)器TL0和TH0 。 2022/9/1440 5.3.4 定時/計數(shù)器用于外

23、部中斷擴展 擴展方法是，將定時/計數(shù)器設(shè)置為計數(shù)器方式，計數(shù)初值設(shè)定為滿程，將待擴展的外部中斷源接到定時/計數(shù)器的外部計數(shù)引腳。從該引腳輸入一個下降沿信號，計數(shù)器加1后便產(chǎn)生定時/計數(shù)器溢出中斷。例如，利用T0擴展一個外部中斷源。將T0設(shè)置為計數(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： MOV TMOD，#06H ；置T0為計數(shù)器方式2 MOV TL0，#0FFH ；置計數(shù)初值 MOV TH0，#0FFH SETB TR0 ；啟動T0工作 SETB EA ；CPU開中斷 SETB ET0 ；允許T0中斷 2022/9/14415.

24、3.5 定時/計數(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。計算初值,并將其寫入TH0、TL0或TH1、TL1。中斷方式時，則對IE賦值，開放中斷。使TR0或TR1置位，啟動定時/計數(shù)器定時或計數(shù)。2022/9/1442 例 利用定時/計數(shù)器T0的方式1，產(chǎn)生10ms的定時，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)時鐘頻率為12 MHz。解：1、計算計數(shù)初值X：由于晶振為12 MHz，所以機器周期Tcy為1 s。所以：Nt/ Tcy 10103/110610000X655361000055536D8F0H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；2022/9/1443 ORG 0000H LJMP MAIN ；跳轉(zhuǎn)到主程序 ORG 000BH ；T0的中斷入口地址 LJMP DVT0 ；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序 ORG 0100H MAIN：MOV TMOD，#01H ；置T0工作于方式1 MOV TH0，#0D8H ；裝入計數(shù)初值 MOV TL0，#0F0H SETB ET0 ；T0開中斷 SETB EA ；CPU開中斷 SET