第6章 輸入輸出和中斷系統(tǒng)

第6章輸入/輸出和中斷系統(tǒng)

單片機(jī)原理及應(yīng)用16.1微機(jī)的輸入/輸出方式CPU與外部設(shè)備交換信息通常有以下幾種方式：(1)程序控制傳送方式，又分為無條件傳送方式和查詢傳送方式(2)中斷傳送方式(3)直接存儲(chǔ)器存取(DMA)方式

無條件傳送流程圖查詢傳送流程圖2◆無條件傳送的缺點(diǎn)必須確認(rèn)外設(shè)是準(zhǔn)備好的◆查詢傳送的缺點(diǎn)

CPU在查詢過程中什么都不能做，CPU的工作效率低下◆解決的方法采用中斷方式◆中斷方式與以上兩種方式的根本區(qū)別

CPU由數(shù)據(jù)傳送的主動(dòng)方變?yōu)楸粍?dòng)方外設(shè)需要傳送數(shù)據(jù)，向CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，CPU響應(yīng)后，轉(zhuǎn)去為外設(shè)服務(wù)（傳送數(shù)據(jù)），服務(wù)后CPU繼續(xù)執(zhí)行原來的程序3◆應(yīng)用程序的一般形式從本章開始，涉及到單片機(jī)的應(yīng)用（設(shè)計(jì)單片機(jī)的應(yīng)用電路、編制單片機(jī)的應(yīng)用程序）許多單片機(jī)的初學(xué)者都普遍存在這樣的問題：對(duì)自己要設(shè)計(jì)的作品的功能很清楚，但不知道如何安排各個(gè)部分程序，也就是不太會(huì)設(shè)計(jì)程序流程圖4◆應(yīng)用程序的一般形式（以你們?yōu)槔┏跏蓟鞒绦驘o限循環(huán)執(zhí)行的幾件事（可能包含幾個(gè)子程序）其中如果有緊急事情的話，還需要有中斷服務(wù)程序56.2中斷系統(tǒng)概念中斷的定義:

當(dāng)中央處理器CPU正在處理某事件時(shí)，外界發(fā)生了更為緊急的請(qǐng)求，要求CPU暫停當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)而去處理這個(gè)緊急事件，處理完畢后，再回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作，這樣的過程稱為中斷。主程序斷點(diǎn)正在執(zhí)行中的某條指令中斷服務(wù)程序RETI響應(yīng)中斷請(qǐng)求返回主程序中斷響應(yīng)中斷返回中斷服務(wù)中斷過程流程6◆當(dāng)CPU正在處理一個(gè)中斷源請(qǐng)求時(shí)，發(fā)生了另一個(gè)優(yōu)先級(jí)比它高的中斷源請(qǐng)求。如果CPU能夠暫停對(duì)原來的中斷源的處理程序，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級(jí)更高的中斷源請(qǐng)求，處理完以后，再回到原來的低級(jí)中斷處理程序，這樣的過程稱為中斷嵌套?！艟哂羞@種功能的中斷系統(tǒng)稱為多級(jí)中斷系統(tǒng)；沒有中斷嵌套功能的則稱為單級(jí)中斷系統(tǒng)。主程序響應(yīng)低級(jí)別中斷請(qǐng)求響應(yīng)高級(jí)別中斷請(qǐng)求二級(jí)中斷嵌套示意76.3MCS-51中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)80C51單片機(jī)有5個(gè)中斷源，具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP和順序查詢邏輯電路（圖6-4中的自然優(yōu)先級(jí)排隊(duì)電路）共同決定5個(gè)中斷源對(duì)應(yīng)5個(gè)固定的中斷入口地址（中斷矢量，見p.146）與中斷系統(tǒng)有關(guān)的特殊功能寄存器（4個(gè)）:

定時(shí)器控制寄存器TCON、串口控制寄存器SCON、中斷允許寄存器IE、中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP5個(gè)中斷源：外部中斷：INT0和INT1

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器溢出中斷：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0和T1

串口中斷：TX或RX（發(fā)送或接收中斷）89

6.3.1中斷源與中斷請(qǐng)求標(biāo)志

MCS-51單片機(jī)設(shè)有5個(gè)中斷源，中斷請(qǐng)求標(biāo)志分別是：2個(gè)外部中斷請(qǐng)求標(biāo)志：IE0(INT0)、IE1(INT1)2個(gè)內(nèi)部定時(shí)器／計(jì)數(shù)器溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志：TF0(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0)、TF1(定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1)1個(gè)內(nèi)部串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志：TI或RI

這些中斷請(qǐng)求標(biāo)志分別由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存10定時(shí)器/計(jì)數(shù)器控制寄存器(TCON)TF1TF0IE1IT1IE0IT088HT1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志T0溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志外中斷0觸發(fā)方式0：低電平觸發(fā)1：邊沿觸發(fā)外中斷0中斷請(qǐng)求標(biāo)志0：無中斷請(qǐng)求1：有中斷請(qǐng)求外中斷1觸發(fā)方式外中斷1中斷請(qǐng)求標(biāo)志CPU相應(yīng)中斷后，將TF1自動(dòng)清0若查詢方式，則需軟件清011串口控制寄存器(SCON)TIRI98H串口發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志每發(fā)送1幀數(shù)據(jù)后硬件置1軟件清0串口接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志每接收1幀數(shù)據(jù)后硬件置1軟件清0注：CPU響應(yīng)中斷后，并不清除TI或RI，所以必須由軟件清0126.3.2MCS-51的中斷控制中斷的開放和屏蔽中斷 中斷允許寄存器IE的作用，是控制所有中斷源的開放或禁止，以及每個(gè)中斷源是否被允許。寄存器IE的位格式如下：中斷允許寄存器（IE）EA××ESET1EX1ET0EX0A8H總允許位串口外中斷0定時(shí)器T0外中斷1定時(shí)器T11：允許中斷0：禁止中斷13中斷優(yōu)先級(jí)別的設(shè)定MCS-51系列單片機(jī)具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。對(duì)于所有的中斷源，均可由軟件設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都可以通過程序來設(shè)定，由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP統(tǒng)一管理中斷優(yōu)先級(jí)寄存器（IP）×××PSPT1PX1PT0PX0B8H串口外中斷0定時(shí)器T0外中斷1定時(shí)器T10：低優(yōu)先級(jí)1：高優(yōu)先級(jí)14例如CPU開中斷可由以下兩條指令來實(shí)現(xiàn)：

SETBEA；EA置1或ORLIE，#80H；按位“或”，EA置1CPU關(guān)中斷可由以下兩條指令來實(shí)現(xiàn)：

CLREA；EA清0或ANLIE，#7FH；按位“與”，EA清0

又如設(shè)置外部中斷源0為高優(yōu)先級(jí)，外部中斷源1為低優(yōu)先級(jí)，可由下面指令來實(shí)現(xiàn)：

SETBPX0；PX0置1CLRPX1；PX1清015

優(yōu)先級(jí)結(jié)構(gòu)在工作過程中中斷系統(tǒng)對(duì)各中斷源的處理遵循以下基本原則：低優(yōu)先級(jí)中斷可以被高優(yōu)先級(jí)中斷所中斷，反之不能。中斷源的自然優(yōu)先級(jí)中斷源同級(jí)自然優(yōu)先級(jí)外部中斷0最高級(jí)定時(shí)器0中斷↓外部中斷1┆

定時(shí)器1中斷↓串行口中斷最低級(jí)16例：設(shè)80C51的片外中斷為高優(yōu)先級(jí)，片內(nèi)中斷為低優(yōu)先級(jí)，試設(shè)置IP相應(yīng)值。解：(a)用字節(jié)操作指令

MOVIP，#05H

(b)用位操作指令

SETBPX0SETBPX1CLRPSCLRPT0CLRPT1176.3.3中斷處理過程中斷處理過程可分為三個(gè)階段，即中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。

（1）中斷響應(yīng)◆響應(yīng)條件有中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求中斷總允許位EA=1，即CPU開中斷申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為1，即中斷沒有被屏蔽無同級(jí)或更高級(jí)中斷正在被服務(wù)當(dāng)前的指令周期已經(jīng)結(jié)束若現(xiàn)行指令為RETI或者是訪問IE或IP指令時(shí)，該指令以及緊接著的另一條指令已執(zhí)行完18◆

中斷響應(yīng)操作過程

MCS-51的CPU在第1個(gè)機(jī)器周期按優(yōu)先級(jí)順序查詢中斷標(biāo)志，如查詢到某個(gè)中斷標(biāo)志為1，將在接下來的2個(gè)機(jī)器周期按優(yōu)先級(jí)進(jìn)行中斷處理：中斷系統(tǒng)首先將斷點(diǎn)地址進(jìn)棧保護(hù)，并通過硬件自動(dòng)將相應(yīng)的中斷矢量地址裝入PC，以便進(jìn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序?！?/p>

中斷響應(yīng)時(shí)間

在一般情況下，MCS-51響應(yīng)中斷的時(shí)間至少為3個(gè)機(jī)器周期。中斷源中斷矢量地址中斷源中斷矢量地址外中斷00003H定時(shí)器T0000BH外中斷10013H定時(shí)器T1001BH串口0023H19（2）中斷處理◆各中斷源的入口矢量地址之間只相隔8個(gè)單元，一般的中斷服務(wù)程序是容納不下的，因而最常用的方法是在中斷入口地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)至存儲(chǔ)器其他的任何空間。◆若在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時(shí)禁止更高優(yōu)先級(jí)中斷，應(yīng)用軟件關(guān)閉CPU中斷（屏蔽該高級(jí)中斷），在中斷返回前再開放中斷?！粼诒Ｗo(hù)現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場時(shí)，為了不使現(xiàn)場信息受到破壞或造成混亂，一般應(yīng)關(guān)閉CPU中斷，使CPU暫不響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求（用于在應(yīng)用中使用了兩個(gè)以上的中斷）0003H（INT0的中斷矢量）：LJMPINT_0（INT0程序入口地址）中斷服務(wù)程序：保護(hù)現(xiàn)場

…………中斷服務(wù)恢復(fù)現(xiàn)場

RETI20（3）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

返回到程序斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行6.4中斷請(qǐng)求的撤除6.4.1.定時(shí)器／計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求的撤除 其中斷請(qǐng)求是自動(dòng)撤除的，無需采取其他措施。6.4.2.串行口中斷請(qǐng)求的撤除通過如下指令將RI和TI撤除：

CLRRI；撤除接收中斷

CLRTI；撤除發(fā)送中斷216.4.3.外部中斷請(qǐng)求的撤除（電平觸發(fā)）

INSVR：ANLP1，#0FEHORLP1，#01H┇RETIEND22用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的外部中斷請(qǐng)求電路（電平觸發(fā)）單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中斷請(qǐng)求信號(hào)由于電平觸發(fā)的外部中斷請(qǐng)求需人為撤消，所以，外部中斷請(qǐng)求一般設(shè)置為邊沿觸發(fā)236.5中斷系統(tǒng)的初始化及應(yīng)用6.5.1.中斷系統(tǒng)的初始化(1)開放某中斷源的中斷請(qǐng)求

(2)設(shè)定所用中斷的中斷優(yōu)先級(jí)*(3)若為外部中斷，則應(yīng)規(guī)定中斷觸發(fā)方式（低電平或邊沿觸發(fā)）(4)CPU開中斷24例6-2:寫出INT1為低電平觸發(fā)、高優(yōu)先級(jí)的中斷系統(tǒng)初始化程序。解：(1)采用位操作指令

SETBEX1

；外中斷1開中斷

SETBPX1；令其為高優(yōu)先級(jí)

CLRIT1；令其為電平觸發(fā)

SETBEA；CPU開總中斷

(2)采用字節(jié)型指令

MOVIE，#84H

；開中斷

ORLIP，#04H；高優(yōu)先級(jí)

ANLTCON，#0FBH；電平觸發(fā)256.5.2．中斷系統(tǒng)的應(yīng)用（中斷處理）

ORGADDRESS;ADDRESS為中斷矢量（5個(gè)中斷矢量之一）

LJMPINTVS；INTVS為中斷服務(wù)程序入口MAIN: ……..┇

LJMPMAIN

INTVS：CLREA；關(guān)中斷

PUSHPSW；保護(hù)現(xiàn)場

PUSHACC┇SETBEA；開中斷，允許CPU響應(yīng)高級(jí)中斷┇中斷服務(wù)┇

CLREA；關(guān)中斷

POPACC；恢復(fù)現(xiàn)場

POPPSW┇SETBEA；開中斷

RETI；中斷返回若系統(tǒng)中只使用了一個(gè)中斷源，則CPU開、關(guān)中斷可以略去26

中斷源及其對(duì)應(yīng)的中斷矢量（表6-1p.146）外部中斷0（INT0）：0003H

定時(shí)器0中斷：000BH

外部中斷1（INT1）：0013H

定時(shí)器1中斷：001BH

串口中斷：0023H

中斷矢量的間隔為8個(gè)單元，所以應(yīng)在中斷矢量地址處安排一條無條件轉(zhuǎn)移指令LJMP中斷服務(wù)程序標(biāo)號(hào)（或AJMP）6.5.3中斷應(yīng)用舉例例6-3P1.7~P1.4為輸入口，P1.3~P1.0為輸出口，反映輸入口開關(guān)的狀態(tài)，輸入為高電平時(shí)，相應(yīng)的LED亮。每中斷一次，對(duì)外部狀態(tài)檢測(cè)一次，外部中斷采用邊沿觸發(fā)方式。（R-S觸發(fā)器作用：消除開關(guān)抖動(dòng)

1－S2－R）27流程圖28;機(jī)器碼必須從0000H開始存放;轉(zhuǎn)到主程序;INT0的中斷矢量;轉(zhuǎn)到INT0中斷服務(wù)程序;定義主程序;允許INT0中斷;設(shè)為邊沿觸發(fā);CPU開中斷;CPU等中斷;定義中斷服務(wù)程序;設(shè)P1口高4位輸入和低4位輸出初態(tài);將狀態(tài)送到P1口;讀開關(guān)狀態(tài);將高4位狀態(tài)交換到低4位;輸出到低4位;中斷返回 ORG0000HLJMPMAIN

ORG0003H

LJMPINSER

ORG0050HMAIN：SETBEX0

SETBIT0

SETBEAHERE：SJMPHERE

ORG0200H

INSER：MOVA，#0F0HMOVP1，A

MOVA，P1

SWAPA

MOVP1，A

RETIEND

初始化296.6MCS－51外部中斷擴(kuò)展方法

MCS-51單片機(jī)有兩個(gè)外部中斷請(qǐng)求輸入端

INT0和INT1。在實(shí)際應(yīng)用中，若外部中斷源有兩個(gè)以上時(shí)，就需要進(jìn)行外部中斷擴(kuò)展。擴(kuò)展外部中斷源的方法有兩種：用定時(shí)器擴(kuò)展外部中斷源（定時(shí)器章節(jié)介紹）I/O口查詢方式擴(kuò)展外部中斷源306.6.2.硬件申請(qǐng)軟件查詢擴(kuò)展中斷源注：反相器一定是OC門輸出，否則輸出短路！用4個(gè)反相器構(gòu)成的4輸入或非門31中斷服務(wù)程序是一個(gè)查詢程序32 ORG0003H LJMPINTRP ………INTRP:PUSHPSW PUSHACC JBP1.0,DV1 JBP1.1,DV2 JBP1.2,DV3 JBP1.3,DV4EXIT: POPACC POPPSW RETIDV1： ……..

裝置1中斷服務(wù)

AJMPEXITDV2： ……..

裝置2中斷服務(wù)

AJMPEXITDV3： ……..

裝置3中斷服務(wù)

AJMPEXITDV4： ……..

裝置4中斷服務(wù)

AJMPEXIT33例6-4利用中斷顯示系統(tǒng)故障正常時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為低電平故障時(shí)監(jiān)測(cè)點(diǎn)為高電平系統(tǒng)工作正常時(shí)，4個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)均為低電平，LED不亮某個(gè)部分出現(xiàn)故障時(shí)，相應(yīng)的監(jiān)測(cè)點(diǎn)為高電平，對(duì)應(yīng)的LED點(diǎn)亮LED1LED2LED3LED434

ORG0000H

AJMPMAIN

；上電復(fù)位，轉(zhuǎn)向主程序

ORG0003H

；外部中斷0入口地址

AJMPINSER

；轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序

ORG0050HMAIN：ANLP1，#55H；P1.0，P1.2，P1.4，P1.6為輸入；P1.1，P1.3，P1.5，P1.7輸出為0SETBEX0；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INSER：JNBP1.0，L1；查詢中斷源，P1.0=0，轉(zhuǎn)L1SETBP1.1；是P1.0引起的中斷，使相應(yīng)的二極管亮L1:JNBP1.2，L2；繼續(xù)查詢

SETBP1.3L2:JNBP1.4，L3SETBP1.5L3:JNBP1.6，L4SETBP1.7L4:RETIEND

注意查詢的方法監(jiān)測(cè)點(diǎn)低電平為正常P1.0、P1.2、P1.4、P1.6接監(jiān)測(cè)點(diǎn)

設(shè)置堆棧35中斷應(yīng)用：

1.LED控制S1S2用按鍵開關(guān)S1、S2控制LED閃亮與熄滅P1.0=0，LED亮P1.0=1，LED滅36流程圖延時(shí)子程序（略）控制熄滅控制閃亮37

LIANGBIT00H ORG0000H LJMPST ORG0003H LJMPINT_0

ORG0013H LJMPINT_1

ORG0050HST: SETBP1.0

SETBEX0

SETBIT0

SETBEX1

SETBIT1

SETBEA CLRLIANG

MOVSP,#60H;定義一個(gè)位標(biāo)志，LIANG=1，LED閃亮;轉(zhuǎn)到主程序;轉(zhuǎn)到INT0服務(wù)，控制熄滅;轉(zhuǎn)到INT1服務(wù)，控制閃亮;定義主程序;外設(shè)初始化，LED熄滅;允許INT0中斷;INT0邊沿觸發(fā);允許INT1中斷;INT1邊沿觸發(fā);CPU開中斷;標(biāo)志初始化;設(shè)置堆棧38MAIN: JNBLIANG,LED_MIE CLRP1.0 LCALLDELAY SETBP1.0 LCALLDELAY SJMPMAINLED_MIE:SETBP1.0 SJMPMAININT_0：CLRLIANG RETIINT_1：SETBLIANG RETI;亮標(biāo)志≠1，轉(zhuǎn)LED滅;否則LED閃亮;LED熄滅;亮標(biāo)志=0;中斷返回;亮標(biāo)志=1;中斷返回CPLP1.0LCALLDELAY39DELAY: MOVR7,#250DL1: MOVR6,#250DL2: NOP；1機(jī)器周期（1uS）

NOP；1機(jī)器周期（1uS）

DJNZR6,DL2；2機(jī)器周期（2uS）

DJNZR7,DL1 RET;延時(shí)250mS END ;fosc=12MHz40中斷應(yīng)用：

2.中斷控制流水燈循環(huán)方向用開關(guān)控制流水燈的循環(huán)方向采用中斷控制方式在中斷服務(wù)程序中設(shè)置循環(huán)方向標(biāo)志41主程序流程圖中斷服務(wù)程序流程圖（有鍵按下進(jìn)入）F_L為循環(huán)方向標(biāo)志42 F_LBIT00H ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPINT_0 ORG0050H;********主程序初始化********MAIN: SETBEX0 SETBIT0 SETBEA MOVSP,#60H MOVA,#0FEH SET