單片機中斷系統及應用課件

【本章提要】本章介紹MCS－51單片機重要功能硬件中斷系統、定時/計數器、串行口的工作原理及應用。通過本章學習，熟悉中斷的基本概念；掌握中斷系統的硬件組成和中斷系統的程序結構、初始化編程的設計方法；掌握定時/計數器、串行口的結構工作原理與應用。MCS－51單片機

中斷系統及應用【本章提要】本章介紹MCS－51單片機重要功能硬件中斷

中斷計數流水燈電路【項目任務】

本項目采用外部中斷方式實現0～9循環(huán)計數和流水燈控制電路。在單片機I/O口連接一個按鍵，當開關斷開時，單片機電路進行循環(huán)計數；當開關按下時，計數停止，單片機控制流水燈點亮。當流水燈點亮兩輪后，計數按照中斷時的計數值繼續(xù)計數。通過本項目設計制作，熟悉單片機中斷的基本概念，掌握MCS－51單片機中斷系統的硬件結構、外部中斷的基本原理和應用。中斷計數流水燈電路【項目任務】4．2．1問題的提出——中斷的概念

中斷是指計算機在執(zhí)行某一程序的過程中，由于計算機系統內、外的某種原因而必須終止原程序的執(zhí)行，轉去完成相應緊迫任務的處理程序，待處理結束之后再返回繼續(xù)執(zhí)行被中斷原程序的過程。實現這種中斷功能的硬件系統和軟件系統統稱為中斷系統。中斷方式是單片機提高工作效率的最佳途經，掌握中斷技術是學習單片機應用技術的重要內容之一。4．2．1問題的提出——中斷的概念中斷是指4．2．2中斷響應過程

主程序運行響應中斷時，程序計數器PC的值稱為斷點；中斷程序的地址稱為中斷程序入口；響應中斷后執(zhí)行的程序稱為中斷服務程序；中斷程序執(zhí)行完返回斷點重新執(zhí)行主程序稱為中斷返回。圖4－3中斷響應過程流程圖4．2．2中斷響應過程主程序運行響應中斷檢測

由于中斷發(fā)生時間是隨機的，因此程序的斷點是不確定的。當中斷發(fā)生時產生時，低電平向CPU發(fā)中斷請求信號，CPU在每個機器周期的S5P2期間采樣是否為0，如果為0中斷標志自動將IE0置1，如圖4－4所示。圖4－4CPU在S5P2檢測中斷請求信號中斷檢測由于中斷發(fā)生時間是隨機的，因此程序的

中斷入口表4－3中斷入口地址表

兩個中斷入口之間只有8個單元，一般情況都放不下中斷服務程序，因此，通常將中斷入口放置一條無條件轉移指令。如LJMPI001單片機響應中斷后，進入中斷入口0003H，然后轉移到代表I001的地址去執(zhí)行中斷服務程序I001。中斷入口表4－3中斷入口地址表兩個中斷入

4．2．3MCS－51中斷系統結構圖4－5MCS－51單片機中斷系統下一頁上一頁P3.4P3.2P3.3P3.5P3.0P3.14．2．3MCS－51中斷系統結構圖4－5MCS－1.5個中斷源

1．：外部中斷0請求，由P3.2腳輸入。它受外部電路控制實現中斷0請求，由P3.2腳輸入。通過IT0位來決定中斷請求信號是低電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，則向CPU申請中斷，并建立IE0標志。

2．：外部中斷1請求，由P3.3腳輸入。通過IT1位來決定是低電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，則向CPU申請中斷，并建立IE1標志。

3．T0：定時/計數器T0溢出中斷請求。當T0工作在計數狀態(tài)時，計數脈沖從P3.4腳輸入。當定時器T0產生溢出時，定時/計數器T0中斷請求標志位置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷處理。下一頁上一頁1.5個中斷源1．：外部

4．T1：定時器T1溢出中斷請求。當T1工作在計數狀態(tài)時，計數脈沖從P3.5腳輸入。當定時器T1產生溢出時，定時器T1中斷請求標志位（TCON.7）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷處理。

5．RX/TX：串行中斷請求。當接收或發(fā)送完一串行幀時，內部串行口中斷請求標志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷。串行口應用時，一般是RX、TX同時使用，相互配合完成串行數據傳輸工作。1.5個中斷源下一頁上一頁4．T1：定時器T1溢出中斷請求。當T1工作在計數狀2.4個中斷有關的控制寄存器

（1）中斷控制寄存器TCON

中斷控制寄存器TCON有兩個作用，即除了控制定時/計數器T0和T1的溢出中斷外，還控制外部中斷的觸發(fā)方式和鎖存外部中斷請求標志位。TCON字節(jié)地址為88H，可位尋址，位地址范圍為88H～8FH。地址位8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位定義TF1TR1TF0TR1IE1IT1IE0IT0圖4—6中斷控制寄存器TCON各位定義下一頁上一頁2.4個中斷有關的控制寄存器（1）中斷控制寄存地址位AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位定義EAESET1EX1ET0IT0（2）串行口控制寄存器SCON

串行口控制寄存器用于外部IO口擴展和單片機與計算機、單片機、外部設備之間通信，與外部中斷控制無關，將在串行口應用中介紹。（3）中斷允許控制寄存器IEMCS－51對中斷源的開放或屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。IE的字節(jié)地址為A8H，可以按位尋址。2.4個中斷有關的控制寄存器下一頁上一頁地址位AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位定義2.4個中斷有關的控制寄存器

IP規(guī)定了兩個中斷級別，稱為低級優(yōu)先級和高級優(yōu)先級。每一個中斷源均可由程序設置為高級優(yōu)先級中斷或低級優(yōu)先級中斷，從而實現中斷嵌套。同一優(yōu)先級中按照自然優(yōu)先級的次序響應中斷。在同一優(yōu)先級同時發(fā)生幾個的中斷請求時，響應哪個中斷取決于內部查詢次序。（4）中斷優(yōu)先級控制寄存器IP表4－4同級內中斷查詢次序下一頁上一頁先同級查詢次序后2.4個中斷有關的控制寄存器IP規(guī)定了3．3級中斷控制開關設置

1.第一級開關——中斷觸發(fā)方式開關

IT0/IT1=1時，外部中斷信號取下降沿觸發(fā)方式。

IT0/IT1=0時，外部中斷信號取電平觸發(fā)方式，低電平維持時間過長時，一個中斷申請會引發(fā)多個中斷，因此必須采用措施撤消中斷申請。

2.第二級開關——中斷允許和開放中斷開關

五個中斷源各有一個開關進行控制，通過軟件對IE的某位置1操作，實現相應中斷允許開關閉合，于是某個中斷申請被允許。注意，無論哪個或哪幾個中斷被允許，能否實現中斷還必須開放總中斷，即用軟件設置EA=1。3．3級中斷控制開關設置1.第一級開關——中

3．第三級開關——中斷優(yōu)先級開關設置中斷優(yōu)先級控制寄存器IP的字節(jié)地址是B8H，可以字節(jié)尋址，也可以位尋址。各位定義如下：圖4—8中斷優(yōu)先寄存器IP各位定義3．3級中斷控制開關設置

PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位

PT1：定時器T1中斷優(yōu)先級控制位

PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位

PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位

PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位

3．第三級開關——中斷優(yōu)先級開關設置3．3級

2.中斷服務子程序的結構

（1）保護現場主程序使用一些

常用特殊功能寄存器和工作存儲器，

例如ACC、DPTR、Rn等。一般在中

斷服務程序中可能也要應用這些常用

的特殊功能寄存器、工作寄存器，執(zhí)

行中斷程序之前，必須將這些單元的

內容保存起來，這樣在執(zhí)行完中斷服

務程序返回主程序是能夠恢復這些單

元的內容，使主程序能夠繼續(xù)按照中

斷前的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。

4．2．4中斷服務程序的結構圖4－9中斷程序結構圖保護現場的主要指令有PUSH。

下一頁上一頁2.中斷服務子程序的結構

（2）中斷服務程序主體中斷服務程序主體是中斷系統中獨立的子程序，根據中斷的要求來設計。（3）恢復現場為了使中斷服務程序返回主程序能夠繼續(xù)執(zhí)行主程序，中斷返回之前必須恢復堆棧的數據到原工作寄存器中。注意堆棧操作必須遵循后進先出的原則。恢復現場的指令有POP。（4）中斷返回中斷服務程序返回指令必須是RETI。CPU執(zhí)行RETI時自動從SP中取回斷點地址，繼續(xù)執(zhí)行主程序。4．2．4中斷服務程序的結構下一頁上一頁（2）中斷服務程序主體中斷服務程序主體是中斷系統中【例4－2】某中斷系統使用作外部中斷控制端，低電平觸發(fā)方式，設中斷服務子程序名為EXINT0,試寫出其初始化程序。ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPEXINT0

ORG0100HMAIN：……；主程序

CLRIT0；設置為電平觸發(fā)方式

SETBEX0；允許中斷

SETBEA；開中斷

……EXINT0：……；中斷服務子程序

RETI；中斷返回

……END【例4－2】某中斷系統使用作外部中斷控制端，低電平觸發(fā)方式，4．2．5中斷計數流水燈硬件電路設計

中斷方式計數流水燈電路如圖4－10所示，單片機P2口接一共陽極數碼管顯示器，實現0～9的循環(huán)計數顯示。P0口接8個LED作流水燈，圖中電阻均為限流電阻。中斷由P3.2口（INT0）上連接一個開關SW1，作外部中斷控制信號。發(fā)光二極管D9是指示開關狀態(tài)而設立的。當開關斷開時，單片機運行循環(huán)計數主程序；當開關閉合時，單片機運行流水燈中斷程序，執(zhí)行完中斷程序后返回繼續(xù)執(zhí)行計數顯示主程序。4．2．5中斷計數流水燈硬件電路設計中斷方式4．2．5中斷計數流水燈硬件電路設計

圖4－10中斷計數流水燈電路下一頁上一頁4．2．5中斷計數流水燈硬件電路設計圖4－10中斷計

【本章提要】本章介紹MCS－51單片機重要功能硬件中斷系統、定時/計數器、串行口的工作原理及應用。通過本章學習，熟悉中斷的基本概念；掌握中斷系統的硬件組成和中斷系統的程序結構、初始化編程的設計方法；掌握定時/計數器、串行口的結構工作原理與應用。MCS－51單片機

中斷系統及應用【本章提要】本章介紹MCS－51單片機重要功能硬件中斷

中斷計數流水燈電路【項目任務】

本項目采用外部中斷方式實現0～9循環(huán)計數和流水燈控制電路。在單片機I/O口連接一個按鍵，當開關斷開時，單片機電路進行循環(huán)計數；當開關按下時，計數停止，單片機控制流水燈點亮。當流水燈點亮兩輪后，計數按照中斷時的計數值繼續(xù)計數。通過本項目設計制作，熟悉單片機中斷的基本概念，掌握MCS－51單片機中斷系統的硬件結構、外部中斷的基本原理和應用。中斷計數流水燈電路【項目任務】4．2．1問題的提出——中斷的概念

中斷是指計算機在執(zhí)行某一程序的過程中，由于計算機系統內、外的某種原因而必須終止原程序的執(zhí)行，轉去完成相應緊迫任務的處理程序，待處理結束之后再返回繼續(xù)執(zhí)行被中斷原程序的過程。實現這種中斷功能的硬件系統和軟件系統統稱為中斷系統。中斷方式是單片機提高工作效率的最佳途經，掌握中斷技術是學習單片機應用技術的重要內容之一。4．2．1問題的提出——中斷的概念中斷是指4．2．2中斷響應過程

主程序運行響應中斷時，程序計數器PC的值稱為斷點；中斷程序的地址稱為中斷程序入口；響應中斷后執(zhí)行的程序稱為中斷服務程序；中斷程序執(zhí)行完返回斷點重新執(zhí)行主程序稱為中斷返回。圖4－3中斷響應過程流程圖4．2．2中斷響應過程主程序運行響應中斷檢測

由于中斷發(fā)生時間是隨機的，因此程序的斷點是不確定的。當中斷發(fā)生時產生時，低電平向CPU發(fā)中斷請求信號，CPU在每個機器周期的S5P2期間采樣是否為0，如果為0中斷標志自動將IE0置1，如圖4－4所示。圖4－4CPU在S5P2檢測中斷請求信號中斷檢測由于中斷發(fā)生時間是隨機的，因此程序的

中斷入口表4－3中斷入口地址表

兩個中斷入口之間只有8個單元，一般情況都放不下中斷服務程序，因此，通常將中斷入口放置一條無條件轉移指令。如LJMPI001單片機響應中斷后，進入中斷入口0003H，然后轉移到代表I001的地址去執(zhí)行中斷服務程序I001。中斷入口表4－3中斷入口地址表兩個中斷入

4．2．3MCS－51中斷系統結構圖4－5MCS－51單片機中斷系統下一頁上一頁P3.4P3.2P3.3P3.5P3.0P3.14．2．3MCS－51中斷系統結構圖4－5MCS－1.5個中斷源

1．：外部中斷0請求，由P3.2腳輸入。它受外部電路控制實現中斷0請求，由P3.2腳輸入。通過IT0位來決定中斷請求信號是低電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，則向CPU申請中斷，并建立IE0標志。

2．：外部中斷1請求，由P3.3腳輸入。通過IT1位來決定是低電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，則向CPU申請中斷，并建立IE1標志。

3．T0：定時/計數器T0溢出中斷請求。當T0工作在計數狀態(tài)時，計數脈沖從P3.4腳輸入。當定時器T0產生溢出時，定時/計數器T0中斷請求標志位置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷處理。下一頁上一頁1.5個中斷源1．：外部

4．T1：定時器T1溢出中斷請求。當T1工作在計數狀態(tài)時，計數脈沖從P3.5腳輸入。當定時器T1產生溢出時，定時器T1中斷請求標志位（TCON.7）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷處理。

5．RX/TX：串行中斷請求。當接收或發(fā)送完一串行幀時，內部串行口中斷請求標志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷。串行口應用時，一般是RX、TX同時使用，相互配合完成串行數據傳輸工作。1.5個中斷源下一頁上一頁4．T1：定時器T1溢出中斷請求。當T1工作在計數狀2.4個中斷有關的控制寄存器

（1）中斷控制寄存器TCON

中斷控制寄存器TCON有兩個作用，即除了控制定時/計數器T0和T1的溢出中斷外，還控制外部中斷的觸發(fā)方式和鎖存外部中斷請求標志位。TCON字節(jié)地址為88H，可位尋址，位地址范圍為88H～8FH。地址位8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位定義TF1TR1TF0TR1IE1IT1IE0IT0圖4—6中斷控制寄存器TCON各位定義下一頁上一頁2.4個中斷有關的控制寄存器（1）中斷控制寄存地址位AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位定義EAESET1EX1ET0IT0（2）串行口控制寄存器SCON

串行口控制寄存器用于外部IO口擴展和單片機與計算機、單片機、外部設備之間通信，與外部中斷控制無關，將在串行口應用中介紹。（3）中斷允許控制寄存器IEMCS－51對中斷源的開放或屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。IE的字節(jié)地址為A8H，可以按位尋址。2.4個中斷有關的控制寄存器下一頁上一頁地址位AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位定義2.4個中斷有關的控制寄存器

IP規(guī)定了兩個中斷級別，稱為低級優(yōu)先級和高級優(yōu)先級。每一個中斷源均可由程序設置為高級優(yōu)先級中斷或低級優(yōu)先級中斷，從而實現中斷嵌套。同一優(yōu)先級中按照自然優(yōu)先級的次序響應中斷。在同一優(yōu)先級同時發(fā)生幾個的中斷請求時，響應哪個中斷取決于內部查詢次序。（4）中斷優(yōu)先級控制寄存器IP表4－4同級內中斷查詢次序下一頁上一頁先同級查詢次序后2.4個中斷有關的控制寄存器IP規(guī)定了3．3級中斷控制開關設置

1.第一級開關——中斷觸發(fā)方式開關

IT0/IT1=1時，外部中斷信號取下降沿觸發(fā)方式。

IT0/IT1=0時，外部中斷信號取電平觸發(fā)方式，低電平維持時間過長時，一個中斷申請會引發(fā)多個中斷，因此必須采用措施撤消中斷申請。

2.第二級開關——中斷允許和開放中斷開關

五個中斷源各有一個開關進行控制，通過軟件對IE的某位置1操作，實現相應中斷允許開關閉合，于是某個中斷申請被允許。注意，無論哪個或哪幾個中斷被允許，能否實現中斷還必須開放總中斷，即用軟件設置EA=1。3．3級中斷控制開關設置1.第一級開關——中

3．第三級開關——中斷優(yōu)先級開關設置中斷優(yōu)先級控制寄存器IP的字節(jié)地址是B8H，可以字節(jié)尋址，也可以位尋址。各位定義如下：圖4—8中斷優(yōu)先寄存器IP各位定義3．3級中斷控制開關設置

PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位

PT1：定時器T1中斷優(yōu)先級控制位

PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位

PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位

PX0：外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位

3．第三級開關——中斷優(yōu)先級開關設置3．3級

2.中斷服務子程序的結構

（1）保護現場主程序使用一些

常用特殊功能寄存器和工作存儲器，

例如ACC、DPTR、Rn等。一般在中

斷服務程序中可能也要應用這些常用

的特殊功能寄存器、工作寄存器，執(zhí)

行中斷程序之前，必須將這些單元的

內容保存起來，這樣在執(zhí)行完中斷服

務程序返回主程序是能夠恢復這些單

元的內容，使主程序能夠繼續(xù)按照中

斷前的狀態(tài)繼續(xù)執(zhí)行。

4．2．4中斷服務程序的結構圖4－9中斷程序結構圖保護現場的主要指令有PUSH。

下一頁上一頁2.中斷服務子程序的結構

（2）中斷服務程序主體中斷服務程序主體是中斷系統中獨立的子程序，根據中斷的要求來設計。（3）恢復現場為了使中斷服務程序返回主程序能夠繼續(xù)執(zhí)行主程序，中斷返回之前必須恢復堆棧的數據到原工作寄存器中。注意堆棧操作必須遵循后進先出的原則。恢復現場的指令有POP。（4）中斷返回中斷服務程序返回指令必須是RETI。CPU執(zhí)行RETI時自動從SP中取回斷點地址，繼續(xù)執(zhí)行主程序。4．2．4中斷服務程序的結構下一頁上一頁