第5章 AT89C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

第5章AT89C51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)實(shí)時(shí)測(cè)控，單片機(jī)能及時(shí)地響應(yīng)和處理單片機(jī)外部事件或內(nèi)部事件所提出的中斷請(qǐng)求。5.1中斷的概念CPU正在執(zhí)行程序時(shí)，單片機(jī)外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件，請(qǐng)求CPU迅速去處理。CPU暫時(shí)中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理所發(fā)生的事件。處理完該事件后，再回到原來(lái)被中止的地方，繼續(xù)原來(lái)的工作，這稱為中斷。CPU處理事件的過(guò)程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過(guò)程。

圖5-1所示。對(duì)事件的整個(gè)處理過(guò)程，稱為中斷處理（或中斷服務(wù)）。圖5-1能夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為中斷系統(tǒng)；產(chǎn)生中斷的請(qǐng)求源稱為中斷請(qǐng)求源。中斷源向CPU提出的處理請(qǐng)求，稱為中斷請(qǐng)求(或中斷申請(qǐng))。

進(jìn)入中斷→保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)→中斷處理恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)→中斷返回優(yōu)點(diǎn)：大大地提高了CPU的工作效率。5.2AT89C51單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有5個(gè)中斷請(qǐng)求源，兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可兩級(jí)嵌套。5.2.1中斷請(qǐng)求源中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5-2所示。

圖5-2五個(gè)中斷請(qǐng)求源：（1）INT0*—外部中斷請(qǐng)求0，由引腳INT0*輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE0。（2）INT1*—外部中斷請(qǐng)求1，由引腳INT1*輸入，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為IE1。（3）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0溢出中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為TF0。（4）定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1溢出中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為TF1。（5）串行口中斷請(qǐng)求，中斷請(qǐng)求標(biāo)志為TI或RI。5.2.2中斷請(qǐng)求標(biāo)志寄存器特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存5個(gè)中斷請(qǐng)求源的中斷請(qǐng)求標(biāo)志。1.TCON寄存器TCON為定時(shí)器/計(jì)數(shù)器的控制寄存器，字節(jié)地址為88H。各標(biāo)志位的功能：

（1）TF1—T1溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。T1計(jì)數(shù)后，溢出時(shí)，由硬件置“1”TF1，向CPU申請(qǐng)中斷，CPU響應(yīng)TF1中斷時(shí)，硬件自動(dòng)清“0”TF1，TF1也可由軟件清0。（2）TF0—T0的溢出中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，功能和TF1類似。（3）IE1—外部中斷請(qǐng)求1的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。IE1=0，無(wú)中斷請(qǐng)求。IE1=1，外部中斷1有中斷請(qǐng)求。當(dāng)CPU響應(yīng)該中斷，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由硬件清“0”IE1。

（4）IE0—外部中斷請(qǐng)求0的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。（5）IT1—選擇外中斷請(qǐng)求1為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式： IT1=0，為電平觸發(fā)方式。 IT1=1，為跳沿觸發(fā)方式?？捎绍浖谩?”或清“0”。（6）IT0—外部中斷請(qǐng)求0為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式，意義與IT1類似。注意：TR1、TR0

2個(gè)位與中斷無(wú)關(guān)。僅與定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1和T0有關(guān)，將在第6章定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中介紹。當(dāng)AT89C51復(fù)位后，TCON被清0，則CPU關(guān)中斷，所有中斷請(qǐng)求被禁止。2.SCON寄存器SCON為串行口控制寄存器，字節(jié)地址為98H。串行口的發(fā)送中斷和接收中斷的中斷請(qǐng)求標(biāo)志TI和RI，格式如圖5-4。各標(biāo)志位的功能：（1）TI—發(fā)送中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。串口每發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，硬件自動(dòng)置“1”TI。必須在中斷服務(wù)程序中用軟件對(duì)TI標(biāo)志清“0”。

（2）RI—接收中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。串口接收完一個(gè)數(shù)據(jù)幀，硬件自動(dòng)置“1”RI標(biāo)志。必須在中斷服務(wù)程序中用軟件對(duì)RI標(biāo)志清“0”。5.3中斷控制5.3.1中斷允許寄存器IE

CPU對(duì)中斷源的開(kāi)放或屏蔽，由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制。字節(jié)地址A8H，可位尋址。格式如圖5-5。IE對(duì)中斷的開(kāi)放和關(guān)閉為兩級(jí)控制

總的開(kāi)關(guān)中斷控制位EA（IE.7位）:EA=0，所有中斷請(qǐng)求被屏蔽。EA=1，CPU開(kāi)放中斷，但五個(gè)中斷源的中斷請(qǐng)求是否允許，還要由IE中的5個(gè)中斷請(qǐng)求允許控制位決定。IE中各位的功能如下：（1）EA：中斷允許總控制位

0：CPU屏蔽所有的中斷請(qǐng)求(CPU關(guān)中斷)；

1：CPU開(kāi)放所有中斷(CPU開(kāi)中斷)。（2）ES：串行口中斷允許位

0：禁止串行口中斷； 1：允許串行口中斷。（3）ET1：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1的溢出中斷允許位

0：禁止T1溢出中斷；

1：允許T1溢出中斷。（4）EX1：外部中斷1中斷允許位

0：禁止外部中斷1中斷；

1：允許外部中斷1中斷。（5）ET0：定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0的溢出中斷允許位

0：禁止T0溢出中斷；

1：允許T0溢出中斷。（6）EX0：外部中斷0中斷允許位。

0：禁止外部中斷0中斷；

1：允許外部中斷0中斷。AT89C51復(fù)位后，IE清0，所有中斷請(qǐng)求被禁止。若使某一個(gè)中斷源被允許中斷，除了IE相應(yīng)的位的被置“1”，還必須使EA位=1。

改變IE的內(nèi)容，可由位操作指令來(lái)實(shí)現(xiàn)，即：

SETBbit；CLRbit。例5-1若允許片內(nèi)2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷，禁止其它中斷源的中斷請(qǐng)求。編寫設(shè)置IE的相應(yīng)程序段（1）用位操作指令來(lái)編寫如下程序段：

CLRES ；禁止串行口中斷 CLREX1 ；禁止外部中斷1中斷 CLREX0 ；禁止外部中斷0中斷

SETBET0；允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0中斷SETBET1；允許定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1中斷SETBEA；CPU開(kāi)中斷（2）用字節(jié)操作指令來(lái)編寫：

MOVIE，#8AH或者用：

MOV0A8H，#8AH；A8H為IE寄存器字節(jié)地址5.3.2中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套。如圖5-6?？蓺w納為下面兩條基本規(guī)則：（1）低優(yōu)先級(jí)可被高優(yōu)先級(jí)中斷，反之則不能。（2）同級(jí)中斷不會(huì)被它的同級(jí)中斷源所中斷。圖5-6若CPU正在執(zhí)行高優(yōu)先級(jí)的中斷，則不能被任何中斷源所中斷。中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP，其字節(jié)地址為B8H，格式如圖5-7。IP各個(gè)位的含義：（1）PS——串行口中斷優(yōu)先級(jí)控制位

1：高優(yōu)先級(jí)中斷；

0：低優(yōu)先級(jí)中斷。（2）PT1——定時(shí)器T1中斷優(yōu)先級(jí)控制位

1：高優(yōu)先級(jí)中斷；

0：低優(yōu)先級(jí)中斷。（3）PX1——外部中斷1中斷優(yōu)先級(jí)控制位

1：高優(yōu)先級(jí)中斷；

0：低優(yōu)先級(jí)中斷。（4）PT0——定時(shí)器T0中斷優(yōu)先級(jí)控制位

1：高優(yōu)先級(jí)中斷；

0：低優(yōu)先級(jí)中斷。（5）PX0——外部中斷0中斷優(yōu)先級(jí)控制位

1：高優(yōu)先級(jí)中斷；

0：低優(yōu)先級(jí)中斷。由軟件可改變各中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)。89C51的中斷系統(tǒng)有兩個(gè)不可尋址的“優(yōu)先級(jí)激活觸發(fā)器”:一個(gè)用來(lái)指示某高優(yōu)先級(jí)的中斷正在執(zhí)行，所有后來(lái)的中斷均被阻止。另一個(gè)用來(lái)指示某低優(yōu)先級(jí)的中斷正在執(zhí)行，所有同級(jí)中斷都被阻止，但不阻斷高優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求。在同時(shí)收到幾個(gè)同一優(yōu)先級(jí)的中斷請(qǐng)求時(shí)，優(yōu)先響應(yīng)哪一個(gè)中斷，取決于內(nèi)部的查詢順序。查詢順序如表5-1：

表5-1 中斷查詢次序

中斷源中斷級(jí)別

外部中斷0 最高 T0溢出中斷 外部中斷1 T1溢出中斷 串行口中斷 最低例5-2

設(shè)置IP寄存器的初始值，使2個(gè)外中斷請(qǐng)求為高優(yōu)先級(jí)，其它中斷請(qǐng)求為低優(yōu)先級(jí)。（1）用位操作指令

SETBPX0；2個(gè)外中斷為高優(yōu)先級(jí) SETBPX1 CLRPS；串口為低優(yōu)先級(jí)中斷 CLRPT0；2個(gè)定時(shí)器/計(jì)數(shù)器低優(yōu)先級(jí)中斷 CLRPT1（2）用字節(jié)操作指令

MOVIP，#05H 或：MOV0B8H，#05H；B8H為IP寄存器的字節(jié)地址

5.4響應(yīng)中斷請(qǐng)求的條件

一個(gè)中斷請(qǐng)求被響應(yīng)，需滿足以下必要條件：（1）IE寄存器中的中斷總允許位EA=1。（2）該中斷源發(fā)出中斷請(qǐng)求，即該中斷源對(duì)應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志為“1”。（3）該中斷源的中斷允許位=1，即該中斷沒(méi)有被屏蔽。（4）無(wú)同級(jí)或更高級(jí)中斷正在被服務(wù)。中斷響應(yīng)的主要過(guò)程：首先由硬件自動(dòng)生成一條長(zhǎng)調(diào)用指令:

LCALLaddr16接著就由CPU執(zhí)行該指令,將PC的內(nèi)容壓入堆棧以保護(hù)斷點(diǎn)，再將中斷入口地址裝入PC。各中斷源服務(wù)程序的入口地址固定，如表5-2所示：

表5-2 中斷入口地址表

中斷源入口地址

外部中斷0 0003H定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T0 000BH 外部中斷1 0013H

定時(shí)器/計(jì)數(shù)器T1 001BH 串行口中斷 0023H中斷響應(yīng)是有條件的，遇到下列三種情況之一時(shí)，中斷響應(yīng)被封鎖：

（1）CPU正在處理同級(jí)的或更高優(yōu)先級(jí)的中斷。（2）所查詢的機(jī)器周期不是所當(dāng)前正在執(zhí)行指令的最后一個(gè)機(jī)器周期。只有在當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，才能進(jìn)行中斷響應(yīng)。（3）正在執(zhí)行的指令是RETI或是訪問(wèn)IE或IP的指令。需要再去執(zhí)行完一條指令，才能響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。如果存在上述三種情況之一，CPU將丟棄中斷查詢結(jié)果，不能對(duì)中斷進(jìn)行響應(yīng)。5.5外部中斷的響應(yīng)時(shí)間外部中斷的最短的響應(yīng)時(shí)間為3個(gè)機(jī)器周期:（1）中斷請(qǐng)求標(biāo)志位查詢占1個(gè)機(jī)器周期。（2）子程序調(diào)用指令LCALL轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口，需2個(gè)機(jī)器周期。外部中斷響應(yīng)的最長(zhǎng)的響應(yīng)時(shí)間為8個(gè)機(jī)器周期：（1）發(fā)生在CPU進(jìn)行中斷標(biāo)志查詢時(shí)，剛好是開(kāi)始執(zhí)行RETI或是訪問(wèn)IE或IP的指令，則需把當(dāng)前指令執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行一條指令后，才能響應(yīng)中斷，當(dāng)前指令執(zhí)行完最長(zhǎng)需2個(gè)機(jī)器周期。（2）接著再執(zhí)行一條指令，按最長(zhǎng)指令（乘法指令MUL和除法指令DIV）來(lái)算，也只有4個(gè)機(jī)器周期。（3）加上硬件子程序調(diào)用指令LCALL的執(zhí)行，需要2個(gè)機(jī)器周期。所以，外部中斷響應(yīng)最長(zhǎng)時(shí)間為8個(gè)機(jī)器周期。如果已在處理同級(jí)或更高級(jí)中斷，響應(yīng)時(shí)間無(wú)法計(jì)算。在一個(gè)單一中斷的系統(tǒng)里，AT89C51單片機(jī)對(duì)外部中斷請(qǐng)求的響應(yīng)的時(shí)間總是在3～8個(gè)機(jī)器周期之間。5.6外部中斷的觸發(fā)方式選擇 兩種觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式和跳沿觸發(fā)方式。5.6.1電平觸發(fā)方式CPU在每個(gè)機(jī)器周期采樣到的外部中斷輸入線的電平。在中斷服務(wù)程序返回之前，外部中斷請(qǐng)求輸入必須無(wú)效（即變?yōu)楦唠娖剑?，否則CPU返回主程序后會(huì)再次響應(yīng)中斷。適于外中斷以低電平輸入且中斷服務(wù)程序能清除外部中斷請(qǐng)求（即外部中斷輸入電平又變?yōu)楦唠娖剑┑那闆r。

5.6.2跳沿觸發(fā)方式

連續(xù)兩次采樣，一個(gè)機(jī)器周期采樣到外部中斷輸入為高，下一個(gè)機(jī)器周期采樣為低，則置“1”中斷請(qǐng)求標(biāo)志，直到CPU響應(yīng)此中斷時(shí)，該標(biāo)志才清0。這樣不會(huì)丟失中斷，但輸入的負(fù)脈沖寬度至少保持1個(gè)機(jī)器周期。5.7中斷請(qǐng)求的撤消1．定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷請(qǐng)求的撤消

中斷請(qǐng)求被響應(yīng)后。硬件會(huì)自動(dòng)清TF0或TF1。2．外部中斷請(qǐng)求的撤消

（1）跳沿方式外部中斷請(qǐng)求的撤消是自動(dòng)撤消的。（2）電平方式外部中斷請(qǐng)求的撤消:除了標(biāo)志位清“0”之外，還需在中斷響應(yīng)后把中斷請(qǐng)求信號(hào)引腳從低電平強(qiáng)制改變?yōu)楦唠娖?，如圖5-8所示。圖5-8只要P1.0端輸出一個(gè)負(fù)脈沖就可以使D觸發(fā)器置“1”，從而撤消了低電平的中斷請(qǐng)求信號(hào)。所需的負(fù)脈沖可增加如下指令得到：

ORLP1，#01H ；P1.0為“1” ANLP1，#0FEH ；P1.0為“0”

ORLP1，#01H ；P1.0為“1”電平方式的外部中斷請(qǐng)求信號(hào)的完全撤消，是通過(guò)軟硬件相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。3．串行口中斷請(qǐng)求的撤消響應(yīng)串行口的中斷后，CPU無(wú)法