第4章51單片機的中斷系統(tǒng)

本章介紹的主要內(nèi)容★中斷的基本概念★中斷的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)★中斷的響應(yīng)過程★中斷的的應(yīng)用編程

在CPU和外設(shè)交換信息時，存在著快速CPU和慢速外設(shè)間的矛盾，機器內(nèi)部有時也可能出現(xiàn)突發(fā)事件，為此，計算機中通常采用中斷技術(shù)。中斷

CPU和外設(shè)并行工作，當(dāng)外設(shè)數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好(或有某種突發(fā)事件發(fā)生)時向CPU提出請求，CPU暫停正在執(zhí)行的程序轉(zhuǎn)而為該外設(shè)服務(wù)(或處理緊急事件)，處理完畢再回到原斷點繼續(xù)執(zhí)行原程序。中斷源

引起中斷的原因,中斷申請的來源，中斷源可以是I/O設(shè)備、故障、時鐘、調(diào)試中人為設(shè)置。中斷優(yōu)先級

當(dāng)有多個中斷源同時向CPU申請中斷時，CPU優(yōu)先響應(yīng)最需緊急處理的中斷請求，處理完畢再響應(yīng)優(yōu)先級別較低的,這種預(yù)先安排的響應(yīng)次序。

中斷的嵌套

在中斷系統(tǒng)中，高優(yōu)先級的中斷請求能中斷正在進行的較低級的中斷源處理，

中斷與子程序的最主要區(qū)別：子程序是預(yù)先安排好的；中斷是隨機發(fā)生的中斷系統(tǒng)是計算機的重要指標(biāo)之一。

日常事務(wù)程序中斷服務(wù)程序日常生活中的中斷與計算機中斷的比較：4.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

8XX51有5個中斷源，3個在片內(nèi)，2個在片外，它們在程序存貯器中有固定的中斷入口地址，當(dāng)CPU響應(yīng)中斷時，硬件自動形成這些地址，由此進入中斷服務(wù)程序；5個中斷源有兩級中斷優(yōu)先級，可行使中斷嵌套；

8XX51有5個中斷源，其符號、名稱、產(chǎn)生條件及中斷服務(wù)程序的入口地址如表6.1。4.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一中斷源(1)中斷的允許/禁止—中斷控制寄存器IE（地址A8H,可位尋址)

IE寄存器的各位對應(yīng)相應(yīng)的中斷源，如果允許該中斷源中斷則該位置1，禁止中斷則該位0。允許:置1(人工)，禁止:置0(人工/開機清零)。。4.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二、中斷控制的有關(guān)寄存器2)中斷請求標(biāo)志及外部中斷方式選擇寄存器TCON(88H,可位)1.中斷標(biāo)志位：TF1、TF0、IE1、IE0、RI、TI=1，有中斷請求（機器置1）；=0，無中斷請求。

CPU響應(yīng)中斷后,TF1、TF0、IE1、IE0自動清零(機器)。

TI，RI軟件清零(人工)。2.外部中斷觸發(fā)方式選擇位：IT0、IT1=1：下降沿觸發(fā)；=0：低電平觸發(fā)(人工)。3.TR0和TR1為T0和T1啟動和停止控制(與中斷無關(guān))。4.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

(3)中斷優(yōu)先級管理寄存器IP地址B8H,可位尋址)五個中斷源的優(yōu)先級別由IP寄存器管理，相應(yīng)位置1，則該中斷源優(yōu)先級別高，置0的優(yōu)先級別低。T0INT0INT1T1串行口

當(dāng)某幾個中斷源在IP寄存器相應(yīng)位同為1或同為零時，由內(nèi)部查詢確定優(yōu)先級，查詢的順序是：T24.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二、中斷控制的有關(guān)寄存器MCS-51系列單片機的中斷結(jié)構(gòu)可以用下圖示。

4.1中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

二、中斷控制的有關(guān)寄存器

中斷請求:開中斷?滿足條件?優(yōu)先級？有中斷請求信號

(人工,機器)

中斷響應(yīng):判斷優(yōu)先權(quán),將斷點地址(當(dāng)前PC值)→堆棧，中斷服務(wù)程序入口?PC，轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)(機器自動)

中斷服務(wù):執(zhí)行中斷源所要求的程序處理段(保護現(xiàn)場和恢

復(fù)現(xiàn)場)(人工)

中斷返回:執(zhí)行RETI指令，棧頂內(nèi)容(斷點地址)?PC，程序跳回斷點處

(機器自動)RETI=RET指令+通知CPU中斷服務(wù)已結(jié)束。

MCS－51系列單片機的中斷過程流程如圖所示。

4.2中斷響應(yīng)過程

一、中斷處理過程(四個階段）NNYYYN執(zhí)行指令中斷標(biāo)志1?(中斷請求?)指令最后一個T周期?EA=1?允許位=1?CPU判別優(yōu)先權(quán),響應(yīng)優(yōu)先權(quán)高的中斷斷點的PC進棧,中斷服務(wù)入口地址送PC撤除中斷標(biāo)志中斷服務(wù)中斷返回,斷點出棧送PC

中斷請求.中斷響應(yīng)中斷服務(wù)中斷返回中斷請求、中斷響應(yīng)過程由硬件完成。中斷服務(wù)程序應(yīng)根據(jù)需要進行編寫。程序中要注意保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。中斷返回是通過執(zhí)行一條RETI中斷返回指令，使堆棧中被壓入的斷點地址送PC，從而返回主程序的斷點繼續(xù)執(zhí)行主程序。另外RETI還有恢復(fù)優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器的作用，因此不能以RET指令代替“RETI”指令。4.2中斷響應(yīng)過程

一、中斷處理過程(四個階段）

若某個中斷源通過編程設(shè)置，處于被打開的狀態(tài)，并滿足中斷響應(yīng)的條件，然而下面三種情況單片機不響應(yīng)此中斷：①當(dāng)前正在執(zhí)行的那條指令沒執(zhí)行完；②當(dāng)前響應(yīng)了同級或高級中斷；③正在操作IE、IP中斷控制寄存器或執(zhí)行RETI指令。中斷響應(yīng)時間(不是中斷服務(wù)時間)

在正常的情況下，從中斷請求信號有效開始，到中斷得到響應(yīng)，通常需要3至8個機器周期。4.2中斷響應(yīng)過程

一、中斷處理過程(四個階段）1、CPU響應(yīng)中斷后，應(yīng)撤除該中斷請求標(biāo)志，否則會再次中斷。2、對邊沿觸發(fā)的外部中斷INT1和INT0，CPU響應(yīng)中斷后硬件自動清除中斷請求標(biāo)志IE0和IE1。3、對電平觸發(fā)的外部中斷，CPU在響應(yīng)中斷時也不會自動清除中斷標(biāo)志，因此，在CPU響應(yīng)中斷后應(yīng)立即撤除INT1或INT0對應(yīng)的中斷請求標(biāo)志。4、對定時計數(shù)器T0、T1的溢出中斷，CPU響應(yīng)中斷后，硬件自動清除中斷請求標(biāo)志TF0和TF1。5、對于串行口中斷，CPU響應(yīng)中斷后，沒有用硬件清除中斷請求標(biāo)志TI、RI，即這些中斷標(biāo)志不會自動清除，必須用軟件清除，這是在編串行通信中斷服務(wù)中應(yīng)該注意的。4.2中斷響應(yīng)過程

二、中斷請求的撤出用戶對中斷的控制和管理，實際是對4個與中斷有關(guān)的寄存器IE、TCON、IP、SCON進行控制或管理。這幾個寄存器在單片機復(fù)位時是清零的，因此必須根據(jù)需要對這幾個寄存器的有關(guān)位進行預(yù)置。在中斷程序的編制中應(yīng)注意：1、開中斷總控開關(guān)EA，置位中斷源的中斷允許位。2、對外部中斷INT0、INT1應(yīng)選擇中斷觸發(fā)方式。3、多個中斷源中斷，應(yīng)設(shè)定中斷優(yōu)先級，預(yù)置IP。4、編寫中斷服務(wù)程序，并注意用保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場，以免中斷返回時，丟失原寄存器、累加器中的信息。5、若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，可以采用軟件關(guān)CPU中斷，或禁止中斷源中斷，在中斷返回前再開放中斷。4.3中斷的匯編語言程序

匯編語言的中斷服務(wù)程序按規(guī)定的中斷矢量地址存入，由于五個中斷矢量地址0003H、000BH、0013H、001BH、0023H之間相距很近，往往裝不下一個中斷服務(wù)程序，通常將中斷服務(wù)程序安排在程序存貯器的其他地址空間，而在矢量地址的單元中安排一條轉(zhuǎn)移指令。4.3中斷的匯編語言程序

例1.在圖中P1.4～P1.7接有四個發(fā)光二極管，P1.0～P1.3接有四個開關(guān)，消抖電路用于產(chǎn)生中斷請求信號，當(dāng)消抖電路的開關(guān)來回拔動一次將產(chǎn)生一個下降沿信號，通過INT0向CPU申請中斷，要求：初時發(fā)光二極管全黑，每中斷一次，P1.0～P1.3所接的開關(guān)狀態(tài)反映到發(fā)光二極管上(“1”→亮，”0”→滅)，且要求開關(guān)斷開的對應(yīng)發(fā)光二極管亮，電路和現(xiàn)象如下：4.3中斷的匯編語言程序

4.3中斷的匯編語言程序

ORG0000HAJMPMAINORG0003H；INT0中斷入口AJMPWBI；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序ORG0030H；主程序MAIN:MOVP1，#0FH；全燈滅，低四位輸入

SETBIT0；邊沿觸發(fā)中斷

SETBEX0；允許外中斷0中斷

SETBEA；開中斷開關(guān)SJMP$WBI：MOVP1，#0FH；P1先寫入“1”且燈滅MOVA，P1；輸入開關(guān)狀態(tài)SWAPAMOVP1，A；輸出到P1高4位

RETIEND4.3中斷的匯編語言程序

例2.89C51的P1口接一個共陰極的數(shù)碼管，利用消抖開關(guān)產(chǎn)生中斷請求信號，每來回拔動一次開關(guān)，產(chǎn)生一次中斷，用數(shù)碼管顯示中斷的次數(shù)(最多不超過15次)。4.3中斷的匯編語言程序

ORG0000HAJMPMAINORG0013H；INT1中斷入口AJMPINT1；轉(zhuǎn)中斷服務(wù)程序ORG0030H；主程序MAIN：SETBIT1；邊沿觸發(fā)中斷

SETBEX1；允許INT1中斷

SETBEA；開中斷開關(guān)MOVR0，#0；計數(shù)初值為0MOVA，#3FH；“0”的字形碼送AAL1：MOVP1，A；顯示數(shù)碼AL2：CJNER0，#0FH，AL1；沒滿15次循環(huán)顯示MOVR7，#0FFH；滿15次，顯‘F’，延時

4.3中斷的匯編語言程序

DJNZR7，＄MOVP1，#0；關(guān)顯示CLREA；關(guān)中斷SJMP＄；結(jié)束INT1：INCR0；中斷次數(shù)加1MOVA，R0MOVDPTR，＃TAB；DPTR指向字形碼表首址MOVCA，@A+DPTR；查表POPDPHPOPDPL；彈出斷點MOVDPTR，#AL1PUSHDPLPUSHDPH；修改中斷返回點，AL1壓入堆棧RETI；從堆棧AL1地址→PC，返主程序AL1處 4.3中斷的匯編語言程序

TAB：DB3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DHDB7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CHDB39H，5EH，79H，71H；段碼表(字形碼)END上面程序每中斷一次，執(zhí)行一次中斷服務(wù)程序INT1。在中斷服務(wù)程序中，累計中斷次數(shù)并查字形表，返回到主程序AL1地址執(zhí)行顯示。為方便說明程序的執(zhí)行情況，將上面程序重排在同一頁4.3中斷的匯編語言程序

ORG0000HAJMPMAINORG0013HAJMPINT1ORG0030HMAIN：SETBTI1SETBEX1SETBEAMOVR0，#0MOVA,#3FHAL1：MOVP1，AAL2：CJNER0，#0FH，AL1MOVR7，#0FFHDJNZR7，＄MOVP1，#0CLREASJMP＄INT1：INCR0MOVA，R0MOVDPTR，＃TABMOVCA，@A+DPTRPOPDPHPOPDPLMOVDPTR，#AL1PUSHDPLPUSHDPHRETI；AL1地址→PC，返主程序AL1TAB:DB3FH，06H，5BH，…

4.3中斷的匯編語言程序

以上中斷在AL1或AL2兩指令處發(fā)生，究竟是哪一指令處中斷是隨機的，為保證返回到AL1顯示‘F’這里采用修改中斷返回點的辦法，即先從棧中彈出中斷響應(yīng)時壓入的斷點彈到DPTR中，修改DPTR為用戶需要的返回點，并將其壓入堆棧，再通過執(zhí)行RETI指令彈出棧中內(nèi)容到PC、彈出的即為修改后的地址，從而返回到主程序中用戶所希望的地址執(zhí)行。上例中中斷次數(shù)在主程序判斷，目的是使讀者了解修改中斷返回點的方法，如果改在中斷服務(wù)程序中判斷，編程簡潔些，下面介紹不同部分。4.3中斷的匯編語言程序

…MOVR0，#0；計數(shù)初值為0MOVP1，#3FH；顯示‘0’MOVDPTR，#TAB；指向字形碼表AGA：SJMP＄；等待中斷INT1：INCR0；中斷次數(shù)加1MOV