第5章 中斷系統(tǒng)

第五章中斷系統(tǒng)§5.1微機的輸入/輸出方式§5.2中斷的概念§5.389C51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及中斷控制§5.4中斷處理過程§5.5外部中斷擴展方法§5.6中斷程序舉例§5.7思考題與習題返回2/5/2023§5.1微機的輸入/輸出方式§5.1.1無條件傳送方式一方永遠“準備好”，另一方隨時傳送。外部電子硬盤、GPRS模塊等?！?.1.2查詢傳送方式通過查詢外設(shè)的狀態(tài)信息，確信外設(shè)已處于“準備好”，計算機才發(fā)出訪問外設(shè)的指令，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳送。通用性好，可靠，速度慢。儀表用打印機?！?.1.3直接存儲器存?。―MA）方式CPU讓出數(shù)據(jù)總線（懸浮狀態(tài)），使外設(shè)和存儲器之間直接傳送（不通過CPU）數(shù)據(jù)的方式。適用于外設(shè)和存儲器之間有大量的數(shù)據(jù)需要傳送及外設(shè)工作速度很快的情況。硬盤。返回2/5/2023外設(shè)有緊急事件要求被服務(wù)。CPU決定是否為其服務(wù)。如為其服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后返回到被中止的地方繼續(xù)原來的工作。§5.1.4中斷傳送方式返回主程序響應(yīng)中斷請求中斷服務(wù)程序返回主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點中斷請求2/5/2023§5.2中斷的概念一、中斷系統(tǒng)：實現(xiàn)中斷功能的部件稱為中斷系統(tǒng)，又稱中斷機構(gòu)。二、中斷源：產(chǎn)生中斷的請求源稱為中斷源。三、中斷請求：中斷源向CPU提出的處理請求，稱為中斷請求或中斷申請。四、中斷響應(yīng)過程：CPU暫時中止自身的事物，轉(zhuǎn)去處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過程。五、中斷服務(wù)：對事件的整個處理過程，稱為中斷服務(wù)（或中斷處理）。六、中斷返回：中斷處理完畢，返回到原來被中止的地方，稱為中斷返回。七、中斷方式的特點1、消除了CPU在查詢方式中的等待現(xiàn)象，大大提高了CPU的工作效率。2、將從現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)通過中斷方式及時傳送給CPU，經(jīng)過處理后可立即作出反應(yīng)，實現(xiàn)現(xiàn)場控制。采用查詢方式很難做到及時采集，實時控制。返回2/5/2023§5.389C51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及中斷控制§5.3.189C51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

一、中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)返回P.1152/5/2023二、中斷技術(shù)實現(xiàn)的功能1、分時操作CPU可以使多個外設(shè)同時工作，并分時為各外設(shè)提供服務(wù)，從而提高了CPU的利用率和輸入和輸出的速度。2、實時處理當計算機用于實時控制時，請求CPU提供服務(wù)是隨機發(fā)生的。有了中斷系統(tǒng)，CPU就可以立即響應(yīng)并加以處理。3、故障處理計算機在運行時往往會出現(xiàn)一些故障，如斷電、存儲器奇偶校驗出錯、運算溢出等。返回2/5/2023§5.3.289C51中斷源返回1、INT0：外部中斷0請求，低電平有效。通過P3.2引腳輸入。2、INT1：外部中斷1請求，低電平有效。通過P3.3引腳輸入。3、T0：定時/計數(shù)器0溢出中斷請求。計數(shù)功能通過P3.4引腳輸入。4、T1：定時/計數(shù)器1溢出中斷請求。計數(shù)功能通過P3.5引腳輸入。5、TX/RX：串行口中斷請求。當串行口完成一幀數(shù)據(jù)的發(fā)送完或接收到時，請求中斷。串行接收通過P3.0引腳輸入，串行發(fā)送通過P3.1引腳輸出。89C51中斷系統(tǒng)的五個中斷源2/5/2023§5.3.3中斷控制一、中斷請求標志1、定時器控制寄存器TCON中的中斷標志位返回1、TF1：定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志位。

89C51單片機定時器采用加計數(shù)，當T1計到0時，計數(shù)器最高位產(chǎn)生溢出，由硬件使TF1置1，并向CPU發(fā)出中斷請求。當CPU響應(yīng)中斷時，硬件自動對TF1清0。2、TF0：定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志位。含義與TF1類同。3、IE1：外部中斷INT1的中斷請求標志。當檢測到INT1引腳上存在有效的中斷請求信號時，由硬件使IE1置1，并向CPU發(fā)出中斷請求。當CPU響應(yīng)中斷時，硬件自動對IE1清0。4、IE0：外部中斷INT0的中斷請求標志。其含義與IE1類同。TF1TF0IE1IT1IE0IT0TCON（88H）8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88HTR1TR02/5/20232、串行口控制寄存器SCON中的中斷標志位TIRI

SCON（98H）9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H1、TI：串行口發(fā)送中斷請求標志。

CPU將一個數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF時，就啟動發(fā)送。每發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，硬件置位TI。但CPU響應(yīng)中斷時，并不清除TI，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件對TI清0。2、RI：串行口接收中斷請求標志。在串行口允許接收時，每接收到一個串行幀，硬件置位RI。同樣，CPU響應(yīng)中斷時不會清除RI，必須在中斷服務(wù)程序中由軟件對RI清0。2/5/2023二、中斷允許控制

1、中斷允許寄存器IE的格式。返回EAESET1EX1ET0EX0

IE（A8H）AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H①EA—中斷允許總控制位。

EA=0，屏蔽所有的中斷請求；

EA=1，CPU開放中斷。對各中斷源的中斷請求是否允許，還要取決于各中斷源的中斷允許控制位的狀態(tài)。這就是所謂的兩級控制。②ES—串行口中斷允許位。

ES=0，禁止串行口中斷；ES=1，允許串行口中斷。③ET1—定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位。

ET1=0，禁止T1中斷；ET1=1，允許T1中斷。④EX1—外部中斷1的溢出中斷允許位。

EX1=0，禁止外部中斷1中斷；EX1=1，允許外部中斷1中斷。⑤ET0—定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位。

ET0=0，禁止T0中斷；

ET0=1，允許T0中斷。⑥EX0—外部中斷0的溢出中斷允許位。

EX0=0，禁止外部中斷0中斷；

EX0=1，允許外部中斷0中斷。2/5/2023例5-1：假設(shè)允許片內(nèi)定時器/計數(shù)器中斷，禁止其他中斷。試根據(jù)假設(shè)條件設(shè)置IE的相應(yīng)值。解：（IE）=10001010B=8AH（a）用字節(jié)操作指令MOVIE，#8AH；或MOVA8H，#8AH；（b）用位操作指令SETBET0；定時器/計數(shù)器0允許中斷SETBET1；定時器/計數(shù)器1允許中斷SETBEA；CPU開中斷此時，沒有禁止其他中斷！返回2/5/2023三、中斷優(yōu)先級控制1、89C51的中斷優(yōu)先級89C51有高、低兩個中斷優(yōu)先級。每個中斷請求源均可編程為優(yōu)先級中斷。中斷系統(tǒng)中有兩個不可尋址的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器，分別指出CPU正在執(zhí)行的高、低優(yōu)先級的中斷服務(wù)程序。當其為1時則分別屏蔽所有的同級和低級中斷請求。返回PSPT1PX1PT0PX0IP（B8H）

BCHBBHBAHB9HB8HPS—串行口中斷優(yōu)先級控制位。PT1—T1中斷優(yōu)先級控制位。PT0—T0中斷優(yōu)先級控制位。PX1—INT1中斷優(yōu)先級控制位。PX0—INT0中斷優(yōu)先級控制位。若某控制位為1，則相應(yīng)的中斷源規(guī)定為高級中斷；反之，為0，則相應(yīng)的中斷源規(guī)定為低級中斷。2/5/20232、中斷優(yōu)先級排列順序當同時接收到幾個同一優(yōu)先級的中斷請求時，響應(yīng)哪個中斷源則取決于內(nèi)部硬件查詢順序。其優(yōu)先級順序排列如圖所示。就是IP從右到左的順序。返回中斷源 同級內(nèi)的中斷優(yōu)先級外部中斷0中斷

高級定時器/計數(shù)器T0溢出中斷外部中斷1定時器/計數(shù)器T1溢出中斷串行口中斷

低級2/5/20233、中斷優(yōu)先級控制實現(xiàn)的功能（1）按內(nèi)部查詢順序排隊當數(shù)個中斷源同時向CPU發(fā)出中斷請求時，CPU根據(jù)設(shè)計者事先確定的中斷源順序號的次序，依次響應(yīng)其中斷請求。（2）實現(xiàn)中斷嵌套當CPU正在處理一個中斷請求時，又出現(xiàn)了另一個優(yōu)先級比它高的中斷請求，這時，CPU就暫時中止執(zhí)行對原來優(yōu)先級較低的中斷源的服務(wù)程序，保護當前斷點，轉(zhuǎn)去響應(yīng)優(yōu)先級更高的中斷請求。待服務(wù)結(jié)束，再繼續(xù)執(zhí)行原來較低級的中斷服務(wù)程序。該過程稱為中斷嵌套。該中斷系統(tǒng)稱為多級中斷系統(tǒng)。返回執(zhí)行主程序低級中斷請求響應(yīng)低級中斷請求執(zhí)行低級中斷服務(wù)程序高級中斷請求響應(yīng)高級中斷請求執(zhí)行高級中斷服務(wù)程序返回低級中斷程序返回主程序2/5/2023例5-2：設(shè)8031的片外中斷為高優(yōu)先級，片內(nèi)中斷為低優(yōu)先級。設(shè)置IP相應(yīng)值。解：（IP）=00000101B=05H(a)用字節(jié)操作指令

MOVIP，#05H；或MOV0B8H，#05H；(b)用為操作指令

SETBPX0SETBPX1CLRPSCLRPT0CLRPT1返回2/5/2023§5.4中斷處理過程

§5.4.1中斷處理過程的三個階段中斷處理過程分為：中斷響應(yīng)中斷處理中斷返回

保護現(xiàn)場為外設(shè)服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場主程序響應(yīng)中斷NKN+mK+1中斷返回中斷處理返回2/5/2023§5.4.2中斷響應(yīng)一、中斷響應(yīng)條件（同時滿足）①有中斷源發(fā)出中斷請求。②中斷總允許位EA=1，即CPU中斷。③申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽。④無同級或更高級中斷正在被服務(wù)。⑤當前的指令周期已經(jīng)結(jié)束。⑥若現(xiàn)行指令為RETI或是訪問IE或IP指令時，該指令以及緊接著的另一條指令已執(zhí)行完。二、中斷響應(yīng)時間CPU不是在任何情況下都對中斷請求予以響應(yīng)，而不同的情況下對中斷響應(yīng)的時間是不同的。最短的響應(yīng)時間為3個機器周期。若中斷系統(tǒng)只有一個中斷源，則響應(yīng)時間為3～8個機器周期之間。如在乘除法指令之后進入中斷。

RETI（2T）+MULAB（4T）+進入中斷的LJMP（2T）=8T對于受阻的中斷響應(yīng)，則響應(yīng)時間會更長一些，如正在執(zhí)行高級或同級中斷。返回2/5/2023二、中斷響應(yīng)操作過程1、中斷響應(yīng)操作過程⑴把當前PC值壓入堆棧，保護斷點。⑵將相應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址送入PC。⑶對有些中斷源，CPU會自動清除中斷標志。⑷執(zhí)行中斷服務(wù)程序。⑸執(zhí)行到返回指令RETI，中斷服務(wù)程序結(jié)束，將堆棧內(nèi)容彈出到PC，返回到原來斷點繼續(xù)執(zhí)行。2、各中斷源及其對應(yīng)的矢量地址返回2/5/2023§5.4.3中斷處理二、中斷處理包括的內(nèi)容保護現(xiàn)場：如在中斷服務(wù)程序中要用到PSW、工作寄存器和SFR等寄存器時，則在進入中斷服務(wù)之前應(yīng)將它們的內(nèi)容保護起來，在中斷結(jié)束、執(zhí)行RETI指令前應(yīng)恢復(fù)現(xiàn)場。為中斷源服務(wù)：針對中斷源的具體要求進行相應(yīng)的處理。三、編寫中斷服務(wù)程序時的注意問題在中斷矢量地址單元處放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，使中斷服務(wù)程序可靈活地安排在64KBROM的任何空間。在中斷服務(wù)程序中，應(yīng)注意用軟件保護現(xiàn)場，以免中斷返回后丟失原來寄存器、累加器中的信息。若要在執(zhí)行當前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，可以先用軟件關(guān)閉CPU中斷或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前再開放中斷。返回2/5/2023§5.4.4中斷返回在中斷服務(wù)程序中，最后一條指令必須為中斷返回指令RETI。CPU執(zhí)行該指令時，一方面清除中斷響應(yīng)時所置位的“優(yōu)先級生效”觸發(fā)器，另一方面從當前棧頂彈出斷點地址送入程序計數(shù)器PC，從而返回主程序。注意在中斷服務(wù)程序中，PUSH和POP指令必須成對使用，否則，不能正確返回斷點。返回2/5/2023§5.5外部中斷擴展方法

§5.5.1利用定時器擴展外部中斷源89C51單片機有兩個定時器，具有兩個內(nèi)部中斷標志和外部計數(shù)輸入引腳。當定時器設(shè)置為計數(shù)方式，計數(shù)初值設(shè)置為滿量程FFH時，一旦外部信號從計數(shù)器引腳輸入一個負跳變信號，計數(shù)器加1產(chǎn)生溢出中斷，從而轉(zhuǎn)去處理該外部中斷源的請求。將外部中斷源信號接至T0或T1引腳；該定時器的溢出中斷標志及中斷服務(wù)程序作為擴充外部中斷源的標志和中斷服務(wù)程序。返回2/5/2023§5.5.2中斷加查詢擴展外部中斷源返回INT1INT0P1.3P1.2P1.1P1.089C51裝置1裝置2裝置3裝置4+5V

ORG0003HLJMPINTRPORG 1000HINTRP：PUSHPSW

PUSH AJB P1.0，DV1JB P1.1，DV2JB P1.2，DV3JB P1.3，DV4EXIT：POP A

POPPSWRETIDV1：裝置1的中斷服務(wù)程序

AJMPEXITDV2：

裝置2的中斷服務(wù)程序

AJMPEXITDV3：裝置3的中斷服務(wù)程序

AJMPEXITDV4：裝置4的中斷服務(wù)程序

AJMPEXIT2/5/2023§5.6中斷程序舉例§5.6.1主程序

ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPINT0 ORG000BH LJMPINT0 ORG0013H LJMPT0 ORG001BH LJMPINT1 ORG0023H LJMPTXRX ORG0030HMAIN: MOVSP,#60H LCALLINIT

：返回;中斷初始化，初始IE、IP

=0。設(shè)8031的片外中斷為高優(yōu)先級，片內(nèi)中斷為低優(yōu)先級。設(shè)置IP相應(yīng)值。SETBPX0 ;INT0為高優(yōu)先級SETBPX1 ;INT1為高優(yōu)先級SETBEX0 ;允許INT0中斷SETBEX1 ;允許INT1中斷SETBET0 ;允許T0中斷SETBET1 ;允許T0中斷SETBEA ;允許總中斷{中斷初始化完整的主程序開頭中斷服務(wù)程序起始地址2/5/2023中斷服務(wù)程序編制中的注意事項視需要確定是否保護現(xiàn)場，一般必須。PSW、ACC一般必須保護。用SETRS0換寄存器工作組的方法保護R0~R7。②及時清除那些不能被硬件自動清除的中斷請求標志（RI、TI），以免產(chǎn)生錯誤的中斷。③中斷服務(wù)程序中的壓棧與彈棧指令必須成對使用，以確保中斷服務(wù)程序的正確返回。④應(yīng)盡可能短。返回2/5/2023 如圖所示，將P1口的P1.4～P1.7作為輸入位，P1.0～P1.3作為輸出位。撥動開關(guān)將P1.4～P1.7所設(shè)的數(shù)據(jù)依次通過P1.0～P1.3輸出，驅(qū)動發(fā)光二極管（若輸入為高電平則相應(yīng)的LED亮）。現(xiàn)要求采用中斷邊沿觸發(fā)方式，每中斷一次，完成一次讀/寫操作。返回§5.6.2中斷服務(wù)程序舉例8031

+5V+5V+5V+5V+5V＆＆12S1P1.7INT0P1.6P1.5P1.4P1.3P1.2P1.1P1.02/5/2023解：如圖所示，采用外部中斷0，中斷申請從INT0輸入，并采用了去抖動電路。當P1.0～P1.3的任何一位輸出為1時，相應(yīng)的發(fā)光二極管就會發(fā)光。當開關(guān)S1閉合時，發(fā)出中斷請求。中斷服務(wù)程序的矢量地址為0003H。源程序如下。取消非門，如何修改程序？源程序如下：

ORG0000H LJMPMAIN；上電，轉(zhuǎn)向主程序 ORG0003H；外部中斷0入口地址 LJMPINT0;轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序

ORG0030H

；主程序MAIN：SETBEX0

；允許外部中斷0中斷

SETBIT0

；選擇邊沿觸發(fā)方式

SETBEA

；CPU開中斷HERE：SJMPHERE

；等待中斷

ORG0200H

；中斷服務(wù)程序（刪）INT0： MOVA，#0F0H

MOVP1，A

；設(shè)P1.4～P1.7為輸入

MOVA，P1

；取開關(guān)數(shù)

SWAPA

；A的高、低四位互換

MOVP1，A；輸出驅(qū)動LED發(fā)光

RETI

；中斷返回

END

返回2/5/2023§5.7思考題與習題1、什么是中斷和中斷系統(tǒng)？其主要功能是什么？2、試編寫一段對中斷系統(tǒng)初始化的程序，使之允許INT0，INT1，TO，串行口中斷，且使T0中斷為高