第5章MCS-51中斷系統(tǒng)g

第5章MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)5.1中斷概述5.2MCS－51中斷系統(tǒng)5.3響應(yīng)中斷的條件和過程5.4關(guān)于外部中斷5.5應(yīng)用舉例一、中斷概述1.1中斷的概念 中斷是單片機(jī)實(shí)時(shí)地處理內(nèi)部或外部事件的一種內(nèi)部機(jī)制。當(dāng)某種內(nèi)部或外部事件發(fā)生時(shí)，單片機(jī)的中斷系統(tǒng)將迫使CPU暫停正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)而去進(jìn)行中斷事件的處理，中斷處理完畢后，又返回被中斷的程序處，繼續(xù)執(zhí)行下去。幾個(gè)例子生活中的例子打印機(jī)中斷網(wǎng)絡(luò)中斷軟中斷幾個(gè)名詞 CPU在處理某一事件A時(shí)，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(shí)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）。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(shí)中斷原來的事務(wù)A，轉(zhuǎn)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(diǎn)），稱為中斷返回。實(shí)現(xiàn)上述中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)（中斷機(jī)構(gòu)）。

隨著計(jì)算機(jī)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(jī)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(diǎn)：

分時(shí)操作。CPU可以分時(shí)為多個(gè)I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計(jì)算機(jī)的利用率；實(shí)時(shí)響應(yīng)。CPU能夠及時(shí)處理應(yīng)用系統(tǒng)的隨機(jī)事件，系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性大大增強(qiáng)；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。中斷的特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)二、80C51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

80C51的中斷系統(tǒng)有5個(gè)中斷源（8052有6個(gè)）

，2個(gè)優(yōu)先級，可實(shí)現(xiàn)二級中斷嵌套。

2.1簡介

中斷示意圖80C51的中斷源

中斷源詳解1、（P3.2）。可由IT0(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(shí)，中斷標(biāo)志IE0(TCON.1)置1，向CPU申請中斷。2、(P3.3）?？捎蒊T1(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(shí)，中斷標(biāo)志IE1(TCON.3)置1,向CPU申請中斷。

3、TF0（TCON.5），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T0發(fā)生溢出時(shí)，置位TF0，并向CPU申請中斷。

4、TF1（TCON.7），片內(nèi)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志。當(dāng)定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1發(fā)生溢出時(shí)，置位TF1，并向CPU申請中斷。

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(shí)置位RI或當(dāng)串行口發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)時(shí)置位TI，向CPU申請中斷。

2.2、中斷相關(guān)寄存器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(shí)，為電平觸發(fā)方式。當(dāng)IT0=1時(shí)，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中斷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(shí)/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志位。TF1（TCON.7），定時(shí)/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志位。

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(shí)，每接收完一個(gè)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(gè)發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時(shí)，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個(gè)串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時(shí)，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。

中斷允許控制CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個(gè)中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時(shí)/計(jì)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(shí)/計(jì)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。中斷優(yōu)先級控制80C51單片機(jī)有兩個(gè)中斷優(yōu)先級，即可實(shí)現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。每個(gè)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)定的

。PX0（IP.0），外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；PT0（IP.1），定時(shí)/計(jì)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(shí)/計(jì)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(shí)/計(jì)數(shù)器T2優(yōu)先級設(shè)定位。

同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個(gè)時(shí)，則有中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)問題。同一優(yōu)先級的中斷優(yōu)先權(quán)排隊(duì)，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：同級優(yōu)先級序號中斷請求標(biāo)志中斷源1IE0外部中斷02TF0定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0溢出中斷3IE1外部中斷14TF1定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1溢出中斷5RI+TI串口通訊中斷6TF2+EXF2定時(shí)器/計(jì)數(shù)器1溢出中斷

高低80C51單片機(jī)的中斷優(yōu)先級有三條原則：CPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進(jìn)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(jìn)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(shí)現(xiàn)上述后兩條原則，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有兩個(gè)用戶不能尋址的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器。其中一個(gè)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(gè)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。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(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)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(shí)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(shí)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(gè)機(jī)器周期將重新進(jìn)行。三、響應(yīng)中斷的條件和過程3.1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）。同時(shí)滿足時(shí)，CPU才有可能響應(yīng)中斷。中斷服務(wù)的進(jìn)入：CPU執(zhí)行程序過程中，在每個(gè)機(jī)器周期的S5P2期間，中斷系統(tǒng)對各個(gè)中斷源進(jìn)行采樣。這些采樣值在下一個(gè)機(jī)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(gè)中斷標(biāo)志在上一個(gè)機(jī)器周期的S5P2時(shí)被置成了1，那么它將于現(xiàn)在的查詢周期中及時(shí)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(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。

3.2中斷響應(yīng)時(shí)間某中斷的響應(yīng)時(shí)序如圖：若M1周期的S5P2前某中斷生效，在S5P2期間其中斷請求被鎖存到相應(yīng)的標(biāo)志位中去；M2恰逢指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，且該指令不是RETI或訪問IE、IP的指令。于是，M3和M4便可以執(zhí)行硬件LCALL指令，M5周期將進(jìn)入了中斷服務(wù)程序。80C51的中斷響應(yīng)時(shí)間（從標(biāo)志置1到進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)），至少要3個(gè)完整的機(jī)器周期。

3.3中斷響應(yīng)的過程將相應(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(jì)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。執(zhí)行中斷服務(wù)程序。

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。

中斷返回RETI指令的具體功能是：將中斷響應(yīng)時(shí)壓入堆棧保存的斷點(diǎn)地址從棧頂彈出送回PC，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?cái)帱c(diǎn)。四、外部中斷和由外部產(chǎn)生并輸入中斷請求信號，故稱為

外部中斷電平觸發(fā)方式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(gè)機(jī)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(shí)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。跳變觸發(fā)方式

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(gè)周期采樣到外部中斷輸入為高電平，下一個(gè)周期采樣到為低電平，則在IE0或IE1中將鎖存一個(gè)邏輯1。即便是CPU暫時(shí)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(shí)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(fù)脈沖的寬度）均至少要保持一個(gè)機(jī)器周期（若晶振為12MHz時(shí)，為1微秒）。

五、中斷程序舉例

ORG0000HSTART：LJMPMAIN；跳轉(zhuǎn)到主程序ORG0003HLJMPINTO；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序ORG0030H；主程序MAIN：CLRIT0；設(shè)為電平觸發(fā)方式SETBEA；CPU開放中斷SETBEX0；允許中斷MOVDPTR，#1000H；設(shè)置數(shù)據(jù)區(qū)地址指針……ORG0200H；中斷服務(wù)程序INT0：PUSHPSW；保護(hù)現(xiàn)場PUSHACCCLRP3.0；由P3.0輸出0NOPNOPSETBP3.0；由P3.0輸出1，撤除MOVA，P1；輸入數(shù)據(jù)MOVX@DPTR，A；存入數(shù)據(jù)存儲器INCDPTR；修改數(shù)據(jù)指針，指向下一個(gè)單元……POPACC；恢復(fù)現(xiàn)場POPPSWRETI；中斷返回

例多外部中斷源的系統(tǒng)示例。設(shè)有5個(gè)外部中斷源，中斷優(yōu)先級排隊(duì)順序?yàn)椋篨I0、XI1、XI2、XI3、XI4。試設(shè)計(jì)它們與80C51單片機(jī)的接口。ORG0003HLJMPINSE0；轉(zhuǎn)外部中斷0服務(wù)程序入口ORG0013HLJMPINSE1；轉(zhuǎn)外部中斷1服務(wù)程序入口…………INSE0：PUSHPSW；XI0中斷服務(wù)程序PUSHACC…………