《單片機應(yīng)用技術(shù)基礎(chǔ)》課件-52 中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以及工作原理

什么是中斷？中斷是指通過硬件來改變CPU的運行方向。計算機在執(zhí)行程序的過程中，外部設(shè)備向CPU發(fā)出中斷請求信號，要求CPU暫時中斷當(dāng)前程序的執(zhí)行而轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，待處理程序執(zhí)行完畢后，再繼續(xù)執(zhí)行原來被中斷的程序。這種程序在執(zhí)行過程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為“中斷”。執(zhí)行主程序主程序繼續(xù)執(zhí)行主程序斷點中斷請求中斷響應(yīng)執(zhí)行中斷處理程序中斷返回MCS-51單片機的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)中斷基本概念1中斷服務(wù)程序CPU響應(yīng)中斷后，轉(zhuǎn)去執(zhí)行相應(yīng)的處理程序，該處理程序通常稱之為中斷服務(wù)程序。3斷點4中斷源5中斷請求2主程序原來正常運行的程序稱為主程序。主程序被斷開的位置（或地址）稱為斷點。引起中斷的原因，或能發(fā)出中斷申請的來源，稱為中斷源。中斷源要求服務(wù)的請求稱為中斷請求（或中斷申請）。SCONINT0IT0=0IT0=1INT1IT1=0IT1=1TF1T0T1TIRITXDRXDESET0EX0EX1ET1EA矢量地址高級中斷請求矢量地址低級中斷請求PX0PT0PX1PT1PSIEIPMCS-51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖自然優(yōu)先級自然優(yōu)先級IE0TF0IE1TCONSCONINT0IT0=0IT0=1INT1IT1=0IT1=1TF1T0T1TIRITXDRXDESET0EX0EX1ET1EA矢量地址高級中斷請求矢量地址低級中斷請求PX0PT0PX1PT1PSIEIPMCS-51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖自然優(yōu)先級自然優(yōu)先級IE0TF0IE1TCONSCONINT0IT0=0IT0=1INT1IT1=0IT1=1TF1T0T1TIRITXDRXDESET0EX0EX1ET1EA矢量地址高級中斷請求矢量地址低級中斷請求PX0PT0PX1PT1PSIEIPMCS-51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖自然優(yōu)先級自然優(yōu)先級IE0TF0IE1TCON中斷源允許總允許中斷優(yōu)先級中斷標(biāo)志位序號中斷源說明1INT0外部中斷0請求由P3.2引腳輸入，通過IT0位（TCON.0）來決定是低電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，即向CPU申請中斷，并建立IE0（TCON.1）中斷標(biāo)志。2INT1外部中斷1請求由P3.3引腳輸入，通過IT1位（TCON.2）來決定是低電平有效還是下降沿有效。一旦輸入信號有效，即向CPU申請中斷，并建立IE1（TCON.3）中斷標(biāo)志。3TF0T0溢出中斷請求當(dāng)T0產(chǎn)生溢出時，T0溢出中斷標(biāo)志位TF0（TCON.5）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷處理。4TF1T1溢出中斷請求當(dāng)T1產(chǎn)生溢出時，T1溢出中斷標(biāo)志位TF1（TCON.7）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷處理。5RI或TI串行口中斷請求當(dāng)接收或發(fā)送完一個串行幀時，內(nèi)部串行口中斷請求標(biāo)志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自動執(zhí)行），請求中斷。MCS-51系列單片機中斷源中斷請求標(biāo)志定時器控制寄存器（TCON）的中斷標(biāo)志1當(dāng)IT0=0，外部中斷0控制為電平觸發(fā)方式；當(dāng)IT0=1，外部中斷0控制為邊沿（下降沿）觸發(fā)方式。外部中斷0觸發(fā)方式控制位位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON中斷請求標(biāo)志定時器控制寄存器（TCON）的中斷標(biāo)志1IE0=1，外部中斷1向CPU申請中斷。外部中斷0中斷請求標(biāo)志位位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON中斷請求標(biāo)志定時器控制寄存器（TCON）的中斷標(biāo)志1當(dāng)IT1=0，外部中斷1控制為電平觸發(fā)方式；當(dāng)IT1=1，外部中斷1控制為邊沿（下降沿）觸發(fā)方式。外部中斷1觸發(fā)方式控制位位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON中斷請求標(biāo)志定時器控制寄存器（TCON）的中斷標(biāo)志1IE1=1，外部中斷1向CPU申請中斷。外部中斷1中斷請求標(biāo)志位位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON中斷請求標(biāo)志定時器控制寄存器（TCON）的中斷標(biāo)志1T0被啟動計數(shù)后，從初值開始加1計數(shù)，計滿溢出后由硬件置位TF0，同時向CPU發(fā)出中斷請求，此標(biāo)志一直保持到CPU響應(yīng)中斷后才由硬件自動清0。也可由軟件查詢該標(biāo)志，并由軟件清0。定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標(biāo)志位位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON中斷請求標(biāo)志定時器控制寄存器（TCON）的中斷標(biāo)志1T1被啟動計數(shù)后，從初值開始加1計數(shù)，計滿溢出后由硬件置位TF1，同時向CPU發(fā)出中斷請求，此標(biāo)志一直保持到CPU響應(yīng)中斷后才由硬件自動清0。也可由軟件查詢該標(biāo)志，并由軟件清0。定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標(biāo)志位位76543210字節(jié)地址：88HTF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0TCON中斷請求標(biāo)志串行口控制寄存器（SCON）的中斷標(biāo)志2位76543210字節(jié)地址：98HTIRISCON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，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。

注意：RI必須由軟件清除。中斷請求標(biāo)志串行口控制寄存器（SCON）的中斷標(biāo)志2串行口發(fā)送中斷標(biāo)志位當(dāng)CPU將一個發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應(yīng)中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。位76543210字節(jié)地址：98HTIRISCON中斷允許位位名稱說明EA總中斷允許控制位IE.7EA=1，開放所有中斷，各中斷源的允許和禁止可通過相應(yīng)的中斷允許位單獨加以控制；EA=0，禁止所有中斷。ES串行口中斷允許位IE.4ES=1，允許串行口中斷；ES=0禁止串行口中斷。ET1T1中斷允許位IE.3ET1=1，允許T1中斷；ET1=0，禁止T1中斷。D7D6D5D4D3D2D1D0IE(A8H)中斷的開放和禁止EA××ESET1EX1ET0EX0MCS-51系列單片機的5個中斷源都是可屏蔽中斷，中斷系統(tǒng)內(nèi)部設(shè)有一個專用寄存器IE，用于控制CPU對各中斷源的開放或屏蔽。IE寄存器格式如下：中斷允許位位名稱說明EX1INT1中斷允許位IE.2EX1=1，允許外部中斷1中斷；EX1=0，禁止外部中斷1中斷。ET0T0中斷允許位IE.1ET0=1，允許T0中斷；ET0=0，禁止T0中斷。EX0INT0中斷允許位IE.0EX0=1，允許外部中斷0中斷；EX0=0，禁止外部中斷0中斷。D7D6D5D4D3D2D1D0IE(A8H)中斷的開放和禁止EA××ESET1EX1ET0EX0中斷優(yōu)先級在某一時刻有幾個中斷源同時發(fā)出中斷請求時，處理器只響應(yīng)其中優(yōu)先權(quán)最高的中斷源。當(dāng)處理機正在運行某個中斷服務(wù)程序期間出現(xiàn)另一個中斷源的請求時，如果后者的優(yōu)先權(quán)低于前者，處理機不予理睬，反之，處理機立即響應(yīng)后者，進入所謂的“嵌套中斷”。中斷優(yōu)先權(quán)的排序按其性質(zhì)、重要性以及處理的方便性決定，由硬件的優(yōu)先權(quán)仲裁邏輯或軟件的順序詢問程序來實現(xiàn)。中斷優(yōu)先級MCS-51系列單片機有兩個中斷優(yōu)先級：高優(yōu)先級低優(yōu)先級每個中斷源都可以通過設(shè)置中斷優(yōu)先級寄存器IP確定為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，實現(xiàn)二級嵌套。同一優(yōu)先級別的中斷源可能不止一個。因此，也需要進行優(yōu)先權(quán)排隊。同一優(yōu)先級別的中斷源采用自然優(yōu)先級。中斷優(yōu)先級位76543210字節(jié)地址：B8HPT2PSPT1PX1PT0PX0IP用于鎖存各中斷源優(yōu)先級控制位中斷優(yōu)先級控制位位名稱說明PS串行口中斷優(yōu)先控制位IP.4PS=1，設(shè)定串行口為高優(yōu)先級中斷；PS=0，設(shè)定串行口為低優(yōu)先級中斷。PT1定時器T1中斷優(yōu)先控制位IP.3PT1=1，設(shè)定定時器T1為高優(yōu)先級中斷；PT1=0，設(shè)定定時器T1為低優(yōu)先級中斷。PX1外部中斷1中斷優(yōu)先控制位IP.2PX1=1，設(shè)定外部中斷1為高優(yōu)先級中斷；PX1=0，設(shè)定外部中斷1為低優(yōu)先級中斷。PT0T0中斷優(yōu)先控制位IP.1PT0=1，設(shè)定定時器T0為高優(yōu)先級中斷；PT0=0，設(shè)定定時器T0為低優(yōu)先級中斷。PX0外部中斷0中斷優(yōu)先控制位IP.0PX0=1，設(shè)定外部中斷0為高優(yōu)先級中斷；PX0=0，設(shè)定外部中斷0為低優(yōu)先級中斷。中斷處理過程中斷響應(yīng)中斷響應(yīng)是指CPU對中斷源中斷請求的響應(yīng)。CPU并非任何時刻都能響應(yīng)中斷請求，而是在滿足所有中斷響應(yīng)條件、且不存在任何一種中斷阻斷情況時才會響應(yīng)。中斷處理過程①有中斷源發(fā)出中斷請求；②中斷總允許位EA置1；③申請中斷的中斷源允許位置1。CPU響應(yīng)中斷的條件①CPU正在響應(yīng)同級或更高優(yōu)先級的中斷；②當(dāng)前指令未執(zhí)行完；③正在執(zhí)行中斷返回或訪問寄存器IE和IP。CPU響應(yīng)中斷的阻斷情況中斷源發(fā)中斷請求中斷是否受阻？

把PC斷點地址壓入堆棧中斷響應(yīng)條件是否滿足？NYYN

由硬件自動完成

相應(yīng)中斷源的中斷入口地址送入PC，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序中斷處理過程保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場的過程中不允許中斷，以免現(xiàn)場遭到破壞。保護和恢復(fù)現(xiàn)場之后的開中斷是為了允許有更高級中斷打斷此中斷服務(wù)程序。中斷處理過程斷點地址由堆棧彈入PC

關(guān)中斷保護現(xiàn)場中斷服務(wù)

開中斷

關(guān)中斷恢復(fù)現(xiàn)場

開中斷中斷返回中斷處理過程中斷響應(yīng)時間中斷響應(yīng)時間是指從中斷請求標(biāo)志位置位到CPU開始執(zhí)行中斷服務(wù)程序的第一條語句所需要的時間。1）中斷請求不被阻斷的情況外部中斷響應(yīng)時間至少需要3個機器周期，這是最短的中斷響應(yīng)時間。一般來說，若系統(tǒng)中只有一個中斷源，則中斷響應(yīng)時間為3~8個機器周期。2）中斷請求被阻斷的情況如果系統(tǒng)不滿足所有中斷響應(yīng)條件、或者存在任何一種中斷阻斷情況，那么中斷請求將被阻斷，中斷響應(yīng)時間將會延長。中斷處理過程中斷的應(yīng)用中斷響應(yīng)過程就是自動調(diào)用并執(zhí)行中斷函數(shù)的過程。C51編譯器支持在C源程序中直接以函數(shù)形式編寫中斷服務(wù)程序。常用的中斷函數(shù)定義語法如下：

void函數(shù)名（）interruptn其中n為中斷類型號，下面給出了8051控制器所提供的5個中斷源所對應(yīng)的中斷類型號：

中斷源

外部中斷0

定時/計數(shù)器0

外部中斷1

定時/計數(shù)器1

串行口

n01234中斷函數(shù)一般函數(shù)前面不需要