哈工大单片机张毅刚课件-第5章

第5章MCS-51的中断系统实时测控，单片机能及时地响应和处理单片机外部事件或内部事件所提出的中断请求。5.1中断的概念CPU正在执行程序时，单片机外部或内部发生的某一事件，请求CPU迅速去处理。CPU暂时中止当前的工作，转到中断服务处理程序处理所发生的事件。处理完该事件后，再回到原来被中止的地方，继续原来的工作，这称为中断。CPU处理事件的过程，称为CPU的中断响应过程。图5-1所示。对事件的整个处理过程，称为中断处理（或中断服务）。能够实现中断处理功能的部件称为中断系统；产生中断的请求源称为中断请求源。中断源向CPU提出的处理请求，称为中断请求(或中断申请)。进入中断→保护现场→中断处理→恢复现场→中断返回中断方式优点：大大地提高了CPU的工作效率。5.2MCS-51中断系统的结构有5个中断请求源，两个中断优先级，可两级嵌套。中断系统结构示意图如下图所示。5.3中断请求源五个中断请求源：（1）INT0*—外部中断请求0，由引脚INT0*输入，中断请求标志为IE0。（2）INT1*—外部中断请求1，由引脚INT1*输入，中断请求标志为IE1。（3）定时器/计数器T0溢出中断请求，中断请求标志为TF0。（4）定时器/计数器T1溢出中断请求，中断请求标志为TF1。（5）串行口中断请求，中断请求标志为TI或RI。标志位分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。TCON为定时器/计数器的控制寄存器，字节地址为88H。包含：（1）T0和T1的溢出中断请求标志位TF1和TF0（2）外部中断请求标志位IE1与IE0。格式如下所示：各标志位的功能：（1）IT0—选择外部中断请求0为跳沿触发方式还是电平触发方式：IT0=0，为电平触发方式。IT0=1，为跳沿触发方式。可由软件置“1”或清“0”。（2）IE0—外部中断请求0的中断请求标志位。IE0=0，无中断请求。IE0=1，外部中断0有中断请求。当CPU响应该中断，转向中断服务程序时，由硬件清“0”IE0。（3）IT1—外部中断请求1为跳沿触发方式还是电平触发方式，意义与IT0类似。（4）IE1—外部中断请求1的中断请求标志位，意义与IE0类似。（5）TF0—T0溢出中断请求标志位。T0计数后，当最高位产生溢出时，由硬件置“1”TF0，向CPU申请中断，CPU响应TF0中断时，清“0”TF0，TF0也可由软件清0。（6）TF1—T1的溢出中断请求标志位，功能和TF0类似。TR1、TR02个位与中断无关。当MCS-51复位后，TCON被清0，则CPU关中断，所有中断请求被禁止。SCON为串行口控制寄存器，字节地址为98H。串行口的发送中断和接收中断的中断请求标志TI和RI，格式如下：各标志位的功能：（1）TI—发送中断请求标志位。串口每发送完一帧串行数据后，硬件自动置“1”TI。必须在中断服务程序中用软件对TI标志清“0”。（2）RI—接收中断请求标志位。串口接收完一个数据帧，硬件自动置“1”RI标志。必须在中断服务程序中用软件对RI标志清“0”。5.4中断控制5.4.1中断允许寄存器IECPU对中断源的开放或屏蔽，由片内的中断允许寄存器IE控制。字节地址为A8H，可位寻址。格式如下：IE对中断的开放和关闭为两级控制总的开关中断控制位EA（IE.7位）:EA=0，所有中断请求被屏蔽。EA=1，CPU开放中断，但五个中断源的中断请求是否允许，还要由IE中对应的5个中断请求允许控制位的状态来决定。IE中各位的功能如下：（1）EA：中断允许总控制位0：CPU屏蔽所有的中断请求(CPU关中断)；1：CPU开放所有中断(CPU开中断)。（2）ES：串行口中断允许位0：禁止串行口中断；1：允许串行口中断。（3）ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位0：禁止T1溢出中断；1：允许T1溢出中断。（4）EX1：外部中断1中断允许位0：禁止外部中断1中断；1：允许外部中断1中断。（5）ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位0：禁止T0溢出中断；1：允许T0溢出中断。（6）EX0：外部中断0中断允许位。0：禁止外部中断0中断；1：允许外部中断0中断。MCS-51复位后，IE清0，所有中断请求被禁止。若使某一个中断源被允许中断，除了IE相应的位的被置“1”，还必须使EA位=1。改变IE的内容，可由位操作指令来实现，即：SETBbit；CLRbit。例5-1若允许片内2个定时器/计数器中断，禁止其它中断源的中断请求。编写设置IE的相应程序段（1）用位操作指令来编写如下程序段：CLRES；禁止串行口中断CLREX1；禁止外部中断1中断CLREX0；禁止外部中断0中断SETBET0；允许定时器/计数器T0中断SETBET1；允许定时器/计数器T1中断SETBEA；CPU开中断（2）用字节操作指令来编写：MOVIE，#8AH或者用：MOV0A8H，#8AH；A8H为IE寄存器字节地址5.4.2中断优先级寄存器IP两个中断优先级，可实现两级中断嵌套。如下图示。一个正在执行的低优先级中断程序能被高优先级的中断源所中断，但不能被另一个低优先级的中断源所中断。若CPU正在执行高优先级的中断，则不能被任何中断源所中断。可归纳为下面两条基本规则：（1）低优先级可被高优先级中断，反之则不能。（2）同级中断不会被它的同级中断源所中断。某一中断源被设置为高优先级中断，则不能被任何其它的中断源的中断请求所中断。中断优先级寄存器IP，其字节地址为B8H。IP各个位的含义：（1）PS——串行口中断优先级控制位1：高优先级中断；0：低优先级中断。（2）PT1——定时器T1中断优先级控制位1：高优先级中断；0：低优先级中断。（3）PX1——外部中断1中断优先级控制位1：高优先级中断；0：低优先级中断。（4）PT0——定时器T0中断优先级控制位1：高优先级中断；0：低优先级中断。（5）PX0——外部中断0中断优先级控制位1：高优先级中断；0：低优先级中断。由软件可改变各中断源的中断优先级。MCS-51的中断系统有两个不可寻址的“优先级激活触发器”。用来指示某高优先级的中断正在执行，所有后来的中断均被阻止。另一个触发器指示某低优先级的中断正在执行，所有同级的中断都被阻止，但不阻断高优先级的中断请求。在同时收到几个同一优先级的中断请求时，优先响应哪一个中断，取决于内部的查询顺序。查询顺序如下：中断源中断级别外部中断0最高T0溢出中断外部中断1T1溢出中断串行口中断最低例5-2设置IP寄存器的初始值，使2个外中断请求为高优先级，其它中断请求为低优先级。（1）用位操作指令SETBPX0；2个外中断为高优先级SETBPX1CLRPS；串行口、2个定时器/计数器为低优先级中断CLRPT0CLRPT1（2）用字节操作指令MOVIP，#05H或：MOV0B8H，#05H；B8H为IP寄存器的字节地址5.5响应中断请求的条件一个中断请求被响应，需满足以下必要条件：（1）IE寄存器中的中断总允许位EA=1。（2）该中断源发出中断请求，即该中断源对应的中断请求标志为“1”。（3）该中断源的中断允许位=1，即该中断没有被屏蔽。（4）无同级或更高级中断正在被服务。中断响应的主要过程：首先由硬件自动生成一条长调用指令:LCALLaddr16。接着就由CPU执行该指令,将PC的内容压入堆栈以保护断点，再将中断入口地址装入PC。各中断源服务程序的入口地址是固定的，如下所示：中断源入口地址外部中断00003H定时器/计数器T0000BH外部中断10013H定时器/计数器T1001BH串行口中断0023H中断响应是有条件的，遇到下列三种情况之一时，中断响应被封锁：（1）CPU正在处理同级的或更高优先级的中断。（2）所查询的机器周期不是所当前正在执行指令的最后一个机器周期。只有在当前指令执行完毕后，才能进行中断响应。（3）正在执行的指令是RETI或是访问IE或IP的指令。需要再去执行完一条指令，才能响应新的中断请求。如果存在上述三种情况之一，CPU将丢弃中断查询结果，不能对中断进行响应。5.6外部中断的响应时间外部中断的最短的响应时间为3个机器周期:（1）中断请求标志位查询占1个机器周期。（2）子程序调用指令LCALL转到相应的中断服务程序入口，需2个机器周期。外部中断响应的最长时间为8个机器周期：发生在CPU进行中断标志查询时，刚好是开始执行RETI或是访问IE或IP的指令，则需把当前指令执行完再继续执行一条指令后，才能响应中断，最长需2个机器周期。接着再执行一条指令，按最长指令（乘法指令MUL和除法指令DIV）来算，也只有4个机器周期。加上硬件子程序调用指令LCALL的执行，需要2个机器周期。所以，外部中断响应最长时间为8个机器周期。如果已在处理同级或更高级中断，响应时间无法计算。在一个单一中断的系统里，MCS-51单片机对外部中断请求的响应的时间总是在3～8个机器周期之间。5.7外部中断的触发方式选择两种触发方式：电平触发方式和跳沿触发方式。5.7.1电平触发方式CPU在每个机器周期采样到的外部中断输入线的电平。在中断服务程序返回之前，外部中断请求输入必须无效（即变为高电平），否则CPU返回主程序后会再次响应中断。适于外中断以低电平输入且中断服务程序能清除外部中断请求（即外部中断输入电平又变为高电平）的情况。5.7.2跳沿触发方式连续两次采样，一个机器周期采样到外部中断输入为高，下一个机器周期采样为低，则置“1”中断请求标志，直到CPU响应此中断时，该标志才清0。这样不会丢失中断，但输入的负脉冲宽度至少保持1个机器周期。5.8中断请求的撤消1．定时器/计数器中断请求的撤消中断请求被响应后。硬件会自动清TF0或TF1。2．外部中断请求的撤消（1）跳沿方式外部中断请求的撤消是自动撤消的。（2）电平方式外部中断请求的撤消。除了标志位清“0”之外，还需在中断响应后把中断请求信号引脚从低电平强制改变为高电平，如下图所示。只要P1.0端输出一个负脉冲就可以使D触发器置“1”，从而撤消了低电平的中断请求信号。所需的负脉冲可增加如下两条指令得到：ORLP1，#01H；P1.0为“1”ANLP1，#0FEH；P1.0为“0”电平方式的外部中断请求信号的完全撤消，是通过软硬件相结合的方法来实现的。3．串行口中断请求的撤消响应串行口的中断后，CPU无法知道是接收中断还是发送中断，还需测试这两个中断标志位的状态，以判定是接收操作还是发送操作，然后才能清除。所以串行口中断请求的撤消只能使用软件的方法CLRTI；清TI标志位CLRRI；清RI标志位5.9中断服务程序的设计一、中断服务程序设计的任务基本任务：（1）设置中断允许控制寄存器IE。（2）设置中断优先级寄存器IP。（3）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。（4）编写中断服务程序，处理中断请求。前3条一般放在主程序的初始化程序段中。例5-3假设允许外部中断0中断，并设定它为高级中断，其它中断源为低级中断，采用跳沿触发方式。在主程序中编写如下程序段：SETBEA；CPU开中断SETBET0；允许外中断0产生中断SETBPX0；外中断0为高级中断SETBIT0；外中断0为跳沿触发方式二、采用中断时的主程序结构常用的主程序结构如下：ORG0000HLJMPMAINORG中断入口地址LJMPINT⋮ORGXXXXHMAIN：主程序INT：中断服务程序三、中断服务程序的流程例5-4根据图5-9的中断服务程序流程，编出中断服务程序。假设，现场保护只需将PSW和A的内容压入堆栈中保护。典型的中断服务程序如下：INT：CLREA；CPU关中断PUSHPSW；现场保护PUSHACC；SETBEA；CPU开中断中断处理程序段CLREA；CPU关中断POPACC；现场恢复POPPSWSETBEA；CPU开中断RETI；中断返回，恢复断点几点说明：（1）现场保护仅涉及到PSW和A的内容，如还有其它需保护的内容，只需要在相应的位置再加几条PUSH和POP指令即可。（2）“中断处理程序段”，应根据任务的具体要求，来编写。（3）如果本中断服务程序不