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1、第5章 MCS-51单片机中断系统,本章制作：刘晓霞,第5章 MCS-51单片机中断系统,目 录5.1 中断概述 5.2 中断系统结构及控制5.3 中断响应过程及处理过程5.4 中断应用举例,本章主要讨论MCS-51单片机中断系统。内容主要有：MCS-51单片机中断系统结构、中断控制、中断优先级、中断处理过程，以及中断的应用。通过本章的学习，应该理解中断系统结构、中断响应的条件和中断处理过程；掌握中断控制、中断优先级，灵活的应用中断解决实际问题。,第5章 MCS-51单片机的中断系统,5.1 中断概述,主要内容5.1.1 微机的输入/输出几种控制方式5.1.2 中断的相关概念,5.1.1 微机
2、的输入/输出几种控制方式,单片机系统中，CPU和外部设备之间不断进行信息的传输。通常CPU和外设之间的信息传送方式有以下几种：程序控制方式中断方式直接存储器存取（DMA）方式,5.1.1 微机的输入/输出方式,1、程序控制方式可以分为以下两种方式。（1）无条件传送方式 外设始终处于就绪状态，CPU不必查询外设的状态，直接进行信息传输，称为无条件传送方式。此种信息传送方式只适用于简单的外设。如开关和数码段显示器等。,5.1.1 微机的输入/输出方式,（2）条件传送方式 CPU通过执行程序不断读取并测试外部设备状态，如果输入设备处于准备好状态或输出设备为空闲状态时，则CPU执行传送信息操作。由于条
3、件传送方式需要CPU不断地查询外部设备的状态，然后才进行信息传送，所以也称为“查询式传送”。,5.1.1 微机的输入/输出方式,2、中断方式 外部设备与CPU之间以中断信号作为数据交换的控制信号。当外部设备需要与CPU进行数据交换时，由接口部件向CPU发出一个请求信号，CPU响应这一中断请求后，在中断服务程序中完成一个字节或多个字节的信息交换。中断方式具有并行工作、实时传输、充分利用CPU效率等特点。,5.1.1 微机的输入/输出方式,中断传送仍由CPU通过程序来传送，每次都要执行指令进行断点、现场的保护和恢复。对于高速I/O，就显得速度太慢了。3、DMA方式(直接存储器存取)DMA控制方式主
4、要用于存储器和外设之间直接传送、块传输。DMA请求总线：当某一外部设备需要输入/输出一批数据时，向DMA控制器发出请求，DMA控制器接收到这一请求后，向CPU发出总线请求信号。,5.1.1 微机的输入/输出方式,DMA控制数据传输：CPU响应DMA的请求，把总线使用权交给DMA控制器，DMA将外设数据读入、并直接写入存储器，或将数据从存储器读出并直接送给外设。传送过程不需要CPU参与。DMA释放总线：当一批数据传送后，DMA控制器再向CPU发出“结束总线请求”，CPU响应请求，收回总线使用权。DMA方式速度高、效率高，可以与CPU并行工作。,1、中断的概念CPU在正常运行的时候，外部或者内部发
5、生了请求CPU迅速去处理的事件，CPU暂时中断当前的程序，去处理所发生的事件，处理完事件后，再返回到原来被中断的程序继续运行。此过程称为中断。,5.1.2 中断的相关概念,2、中断源 引起CPU中断的设备和事件就是中断源。3、中断请求 中断源向CPU发出的请求处理信号，即中断请求或中断申请。4、中断响应 CPU暂时中止正在处理的事情，转去处理突发事件的过程，称为中断响应。,5.1.2 中断的相关概念,5、其他概念中断系统：实现中断功能的部件称为，又称中断机构。中断服务程序：CPU响应中断后，处理中断事件的程序。断点：CPU响应中断请求，转去执行中断服务程序时的PC值，即为断点地址。中断返回：C
6、PU执行完中断服务程序后回到断点的过程。,5.1.2 中断的相关概念,6、中断的功能 中断是计算机的一项重要技术，计算机引入中断后，大大提高了它的工作效率和处理问题的灵活性，主要功能有以下几个方面。使CPU与外设同步工作实现实时处理故障及时处理,5.1.2 中断的相关概念,5.2 中断系统的结构及控制,主要内容5.2.1 MCS-51的中断结构5.2.2 MCS-51的中断源,5.2.1 MCS-51单片机的中断结构,中断系统构成：增强单片机主要由5个特殊功能寄存器、相关硬件电路等组成。有6个中断源，两个中断优先级。特殊功能寄存器主要用于：控制中断的开放和关闭、保存中断信息、设置中断的优先级别
7、。硬件查询电路主要用于：判定6个中断源的优先级别。MCS-51增强型单片机的中断结构如图5-2所示。,图5-2 增强型单片机的中断系统结构,5.2.2 MCS-51的中断源,MCS-51中断系统主要是对6个中断源进行管理，依次为：外部中断0（P3.2）外部中断1（P3.3）定时器/计数器0溢出中断定时器/计数器1溢出中断定时器/计数器2溢出中断串行口中断 CPU主要是通过标志寄存器、控制寄存器、优先级寄存器对中断源进行管理。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,（1）与中断标志相关的SFR主要有：定时器/计数器T0、T1控制寄存器TCON串行口控制寄存器SCON定时器/计数器2控制寄存器T
8、2CON（第6章介绍）（2）中断控制寄存器：TCON、IE（3）中断优先级寄存器：IP,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,1、串行口控制寄存器SCON 字节地址98H。可以位寻址，格式如下：TI（SCON1）：串行口发送中断标志。串行口发送完一帧，由硬件置位。响应中断后，必须用软件清 0。RI（SCON0）：串行口接收中断标志。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,串行口接收完一帧，由硬件置位。响应中断后，必须用软件清0。例如：CLR TI；,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,2、T0、T1 的控制寄存器TCON TCON格式如下：,TCON可位寻址。复位后TCON=00H。T
9、F1（TCON.7）:T1溢出标志位当T1计满溢出时，由内部硬件置位；中断响应后自动清 0。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,TF0:T0溢出标志位 功能同TF1。IT1：外中断1触发方式设置位IT1=0，外中断1为低电平触发 CPU在每一个机器周期的S5P2期间对P3.3引脚采样，若P3.3为低电平，则使IE1置1，否则IE1清0。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,IT1=1，外中断1为下降沿触发 采样：CPU在每一个机器周期的S5P2期间对P3.3引脚采样，若上一个机器周期检测为高电平，紧挨着的下一个机器周期为低电平，则使IE1置1。IT0：外中断0触发方式控制位。功能同I
10、T1。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,IE1：外中断1中断请求标志位外部中断1引脚有请求信号置1；IE1的清0方式问题：与外中断的触发方式有关（1）低电平触发，则P3.3引脚为高电平自动对IE1清0；（2）下降沿触发，则CPU响应中断由硬件自动对IE1清0。IE0：外部中断0中断请求标志位功能同IE1。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,3、中断允许寄存器IE可以位寻址，其格式如图5-5所示：,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,EA（IE.7)：中断允许总控位。EA=0，屏蔽所有的中断请求；EA=1，开放中断总控制位。ET2(IE.5)：定时器/计数器2的中断允许位ET2
11、=0，禁止T2中断；ET2=1，允许T2中断。ES(IE.4)：串行口中断允许位。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,ES=0，禁止串行口中断；ES=1，允许串行口中断。ET1(IE.3)：定时器/计数器1中断允许 ET1=0，禁止T1中断；ET1=1，允许T1中断。EX1(IE.2)：外部中断1中断允许位EX1=0，禁止外部中断1中断；EX1=1，允许外部中断1中断。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,ET0(IE.1)：定时器/计数器0中断允许位ET0=0，禁止T0中断；ET0=1，允许T0中断。EX0(IE.0)：外部中断0的中断允许位EX0=0，禁止外部中断0中断；EX0=
12、1，允许外部中断0中断。例5-1 假设允许INT0、INT1、T0、T1中断，试设置IE的值。解：（1）用C语言字节操作：IE=0 x8f；,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,（2）用C语言位操作指令EX0=1；/允许外部中断0中断ET0=1；/允许定时/计数器0中断EX1=1；/允许外部中断1中断ET1=1；/允许定时/计数器1中断EA=1/开总中断控制 汇编语言（1）用字节操作指令：MOV IE,#8FH（2）用位操作指令：,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,SETB EX0；允许外部中断0中断SETB ET0；允许定时/计数器0中断SETB EX1；允许外部中断1中断SETB
13、 ET1；允许定时/计数器1中断SETB EA；开总中断控制位4、中断优先级控制寄存器IP MCS-51单片机有6个中断源，每个中断源有两级优先级控制：高优先级和低优先级，以便CPU对所有的中断实现两级中断嵌套。对 IP设置可让中断源处于不同的优先级。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,IP复位后为00H。其格式如下图所示。,PT2(IP.5)：T2中断优先级控制位PT2=0，设置为低优先级；PT2=1，设置为高优先级。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,PS(IP.4)：串行口中断优先级控制位PS=0，设置为低优先级；PS=1，设置为高优先级。PT1(IP.3)：T1的中断优先级
14、控制位功能同PT2。PX1(IP.2)：外中断1中断优先级控制位PX1=0，设置为低优先级；PX1=1，设置为高优先级。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,PT0(IP.1)：T0中断优先级控制位功能同PT1。PX0(IP.0)：外中断0中断优先级控制位功能同PX1。89C52单片机的中断优先级采用了自然优先级和人工设置高、低优先级的策略。中断处于同一级别时，就由自然优先级确定。开机时，每个中断都处于低优先级，中断优先级可以通过程序来设定，由中断优先级寄存器IP来统一管理。如下图所示：,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,系统优先级规则图：,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,中
15、断优先级规则：（1）对同时发生多个中断申请 不同优先级的中断同时申请：先高后低 相同优先级的中断同时申请：按序执行（2）不同时发生多个中断申请 正处理低优先级中断又接到高级别中断：高打断低 正处理高优先级中断又接到低级别中断：高不理低,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,在上述规则中，当CPU正在处理一个中断请求时，又出现了另一个优先级比它高的中断请求，就暂时中止执行优先级较低的中断源的服务程序，保护当前断点，转去处理更高的中断请求，服务完毕，回到原来被中止的中断程序继续执行。此过程为中断嵌套。两级中断嵌套的处理过程如图5-7所示。,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,思考：当系统正在
16、处理定时器0中断的过程中，定时器1和外部中断0有中断请求，描述CPU的中断处理过程？,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,例5-2 设定时器和串行口中断为高优先级，两个外部中断为低优先级，试设置IP的值。解：C语言程序IP=0 x3a；汇编语言程序：（1）使用字节操作指令：MOV IP,#3AH（2）使用位操作指令：CLRPX0；设置外部中断0为低级中断,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,CLRPX1；置外部中断1为低级中断SETBPT0；置定时器/计数器0为高级中断SETBPT1；置定时器/计数器0为高级中断SETBPS；置串行口中断为高优先级SETBPT2；置定时器/计数器2为高
17、级中断 由于复位后IP=00H，外部中断在此可以不设置。,5.3 中断响应及处理过程,主要内容5.3.1 中断响应的过程5.3.2 中断的处理和返回过程,5.3.1 中断响应的过程,一、中断响应条件（1）中断源有中断请求；（2）中断总允许位EA=1；（3）发出中断请求的中断源的中断允许控制位为1。在满足以上条件的基础上，若有下列任何一种情况存在，硬件生成的长调用指令“LCALL”将被封锁。,5.3.1 中断响应的过程,（1）CPU正在执行一个同级或高优先级的中断服务程序；（2）正在执行的指令尚未执行完；（3）正在执行中断返回指令RETI或者对寄存器IE、IP进行读/写的指令。CPU在执行完上述
18、指令之后，要再执行一条指令，才能响应中断请求。,5.3.1 中断响应的过程,二、中断响应过程 从中断请求发生直到被响应，准备去执行中断服务程序，此过程即中断响应过程。中断响应过程一般包括如下几个阶段：1、中断采样并置位 中断采样过程：CPU在每个机器周期S5P2期间顺序对中断源采样、置中断标志。2、查询标志 在中断采样后的下一个周期的S6按优先级顺序查询中断标志。,5.3.1 中断响应的过程,3、响应中断 在满足中断响应条件情况下，若中断标志为1，在接下来周期S1开始按优先级顺序进行中断处理。中断响应过程的操作步骤：硬件自动生成长调用指令LCALL addr16，addr16为各中断源的中断程
19、序入口地址。PC的内容（即断点地址）压入堆栈。先低位地址，后高位地址，并修改堆栈指针SP。将中断源的中断入口地址装入程序计数器PC，执行中断服务程序。,5.3.1 中断响应过程,三、中断响应的时间 一般来说，中断的响应时间最短为3个机器周期，最长为8个机器周期。一般中断请求标志位查询占1个机器周期。而机器周期又恰好是指令的最后一个机器周期。执行此指令后，CPU将响应中断，产生硬件长调用指令。长调用LCALL指令需要2个机器周期。这样，中断响应时间为3个机器周期。,5.3.1 中断响应过程,响应时间最长的情况（8周期）：CPU正在执行的是RETI指令、或访问IP、IE指令；其后恰好是4个机器周期
20、的指令MUL、或DIV)。加上执行长调用指令LCALL所需2个机器周期，则需要8个机器周期。如果中断请求被前面所列三个条件之一所阻 止，则所需的响应时间就更长。对于实时性要求高的系统，应该考虑中断响应的时间。,5.3.2 中断处理和返回过程,一、中断处理过程 当CPU响应中断后，做中断处理。首先获得中断服务程序的入口地址。其次：执行中断服务程序。,5.3.2 中断处理和返回过程,中断服务程序一般包括三部分内容；保护现场中断处理程序恢复现场现场：是指中断发生时单片微机中存储单元、寄存器、特殊功能寄存器中的数据或标志位等。例如A、B、Rn、PSW、DPTR等,5.3.2 中断的处理和返回过程,保护
21、的方法可以有以下几种：进栈（使用PUSH、POP）切换工作寄存器暂存内部存储器单元多使用堆栈方法，PUSH、POP成对使用。,5.3.2 中断处理和返回过程,二、中断返回使用RETI指令 RETI指令包含两个功能：首先将相应的优先级状态触发器清0，以开放同级别中断源的中断请求；其次，从堆栈区把断点地址弹出给程序计数器PC。注意：不能用RET指令代替RETI指令。,5.4 中断应用举例,主要内容1、中断程序的组织结构2、中断的初始化过程3、中断服务程序的设计4、中断程序举例,5.4 中断应用举例,一、中断程序安排1、主程序 MCS-51单片机复位后，（PC）=0000H，主程序只分配0000H-
22、0002H共3个单元。经常在0000H单元设置一条LJMP指令，转向主程序的入口处。而真正的主程序一般安排在中断区域之后。2、各中断服务程序 每个中断服务程序在固定的位置由系统分配相邻的8个单元用于存储程序。,5.4 中断应用举例,程序组织的一般结构：ORG0000HLJMPMAIN ORG0003HLJMPINT_0ORG 0030HMAIN:.;主程序区.;进行初始化SJMP$;等待中断INT_0：.;外部中断0服务子程序.RETI,5.4 中断应用举例,二、中断初始化步骤 89C52单片机中，共有6个中断源，中断的初始化主要是对由5个特殊功能寄存器TCON、T2CON、SCON、IE和I
23、P的设置。中断初始化部分一般放在主程序中。,5.4 中断应用举例,三、中断服务程序流程设计 MCS-51结束到中断请求后，在条件满足的情况下，响应中断并转到对应的中断服务程序入口处执行。中断程序主要由如下所示几部分组成：1、保护现场 中断响应后，系统已自动将断点进行保护。保护现场，主要针对中断程序中的寄存器和存储单元。其位置在中断服务程序前段。,5.4 中断应用举例,2、关中断和开中断 89C52允许中断嵌套。为了在保护现场或恢复现场时，由于CPU响应其它中断请求，而使现场破坏，一般在保护和恢复现场时，CPU不响应外界的中断请求，即关中断。在保护现场和恢复现场前，关中断；在保护现场和恢复现场后
24、，再根据需要使CPU开中断。思考：如果允许中断嵌套，什么时间关中断和开中断？,5.4 中断应用举例,3、中断请求撤除 CPU响应某中断请求后，在中断返回前，应该撤消该中断请求。中断请求撤除方法如下：定时器0、1溢出中断请求的撤除：允许中断的情况下，响应中断后，硬件会自动清除中断请求标志TFx。定时器/计数器2请求的撤除：T2中断请求标志位TF2和EXF2不能自动复位，须软件复位。串行口中断的撤除：串行口中断请求标志位TI和RI，必须软件复位。,5.4 中断应用举例,外部中断的撤除：外部中断为边沿触发方式时，响应中断后，硬件自动清除IE0或IE1。外部中断为电平触发方式时。响应中断后，硬件会自动
25、清除IE0或IE1。但由于加到该引脚的外部中断请求信号并未撤除，中断请求标志IE0或IE1会再次被置1，所以在CPU响应中断后应立即撤除该引脚上的低电平。一般采用加一个D触发器和几条指令的方法来解决这个问题。,5.4 中断应用举例,4、中断源的识别 串行口中断:接收请求标志RI和发送中断请求标志位TI共用中断入口地址（0023H），中断允许位ES和中断优先级选择位PS。定时器/计数器2:中断请求标志TF2和EXF2，共用一个中断矢量地址（002BH），中断允许位ET2和中断优先级选择位PT2。在中断服务程序中注意区分是哪种中断引起的中断请求，并清除其中断请求标志。,5.4 中断应用举例,5、恢
26、复现场 在结束中断服务程序，返回断点处前要恢复现场。6、中断返回 当CPU执行到RETI指令时，将当前栈顶内容弹出到PC,恢复断点。注意：中断服务程序的最后一条指令，必须为RETI返回指令，不能为RET指令。,5.4 中断应用举例,例5-3 如图5-9所示，将P1口的P1.4P1.7作为输入位，P1.0P1.3作为输出位。要求利用89C52将开关所设的数据读入单片机内，并依次通过P1.0P1.3输出，驱动发光二极管，以检查P1.4P1.7输入的电平情况（若输入为高电平则相应的LED亮）。要求采用中断边沿触发方式，中断一次，完成一次读/写操作。,5.4 中断应用举例,5.4 中断应用举例,分析：
27、5-9中，用外部中断0，中断请求从P3.2输入，并采用去抖动电路。当P1.0P1.3的某一位输出为0时，相应的发光二极管就会发光。当开关S1来回拨动一次时，将产生一个下降沿信号，发出中断请求。中断服务程序的入口地址为0003H。C语言程序：#includevoid main()EX0=1;/允许外部中断0中断,5.4 中断应用举例,IT0=1;/选边沿触发方式EA=1;/CPU开中断while(1);/等待中断void int0_int(void)interrupt 0 unsignedchardatad;P1=0 xf0;/设P1.4P1.7为输入d=P1;/取开关数P1=(d4);/驱动L
28、ED发光,5.4 中断应用举例,汇编程序：ORG 0000HSJMPMAIN;上电，转向主程序ORG0003H;外部中断0入口地址SJMPINSER;转向中断服务程序ORG0030H;主程序MAIN：SETBEX0;允许外部中断0中断SETBIT0;选择边沿触发方式SETBEA;CPU开中断,5.4 中断应用举例,HERE：SJMPHERE;等待中断INSER：;中断服务程序MOV AMOV P1,#0F0H;设P1.4P1.7为输入MOV A,P1;取开关数据SWAP A;A的高、低四位互换 CPLMOV P1,A;输出驱动LED发光RETI;中断返回END,本章小结,本章介绍了中断的基本概念，中断系统的逻辑结构，中断控制的过程、以及中断的应用。89C52单片机内部有6个中断源，它们分别是外部中断0、外部中断1、定时器0，1，2和串行口。对应8个中断标志，6个中断允许和优先级控制位。不同中断源有不同的中断入口地址，读者在编制程序时一定要注意正确区分中断源，从而保证中断功能的正确实现。,
