51单片机中断系统及应用

【本章提要】本章介绍MCS－51单片机重要功能硬件中断系统、定时/计数器、串行口的工作原理及应用。通过本章学习，熟悉中断的基本概念；掌握中断系统的硬件组成和中断系统的程序结构、初始化编程的设计方法；掌握定时/计数器、串行口的结构工作原理与应用。MCS－51单片机中断系统及应用中断计数流水灯电路【项目任务】本项目采用外部中断方式实现0～9循环计数和流水灯控制电路。在单片机I/O口连接一个按键，当开关断开时，单片机电路进行循环计数；当开关按下时，计数停止，单片机控制流水灯点亮。当流水灯点亮两轮后，计数按照中断时的计数值继续计数。通过本项目设计制作，熟悉单片机中断的基本概念，掌握MCS－51单片机中断系统的硬件结构、外部中断的基本原理和应用。4．2．1问题的提出——中断的概念中断是指计算机在执行某一程序的过程中，由于计算机系统内、外的某种原因而必须终止原程序的执行，转去完成相应紧迫任务的处理程序，待处理结束之后再返回继续执行被中断原程序的过程。实现这种中断功能的硬件系统和软件系统统称为中断系统。中断方式是单片机提高工作效率的最佳途经，掌握中断技术是学习单片机应用技术的重要内容之一。4．2．2中断响应过程主程序运行响应中断时，程序计数器PC的值称为断点；中断程序的地址称为中断程序入口；响应中断后执行的程序称为中断服务程序；中断程序执行完返回断点重新执行主程序称为中断返回。图4－3中断响应过程流程图中断检测由于中断发生时间是随机的，因此程序的断点是不确定的。当中断发生时产生时，低电平向CPU发中断请求信号，CPU在每个机器周期的S5P2期间采样是否为0，如果为0中断标志自动将IE0置1，如图4－4所示。图4－4CPU在S5P2检测中断请求信号中断入口表4－3中断入口地址表两个中断入口之间只有8个单元，一般情况都放不下中断服务程序，因此，通常将中断入口放置一条无条件转移指令。如LJMPI001单片机响应中断后，进入中断入口0003H，然后转移到代表I001的地址去执行中断服务程序I001。4．2．3MCS－51中断系统结构图4－5MCS－51单片机中断系统下一页上一页P3.4P3.2P3.3P3.5P3.0P3.11.5个中断源1．：外部中断0请求，由P3.2脚输入。它受外部电路控制实现中断0请求，由P3.2脚输入。通过IT0位来决定中断请求信号是低电平有效还是下降沿有效。一旦输入信号有效，则向CPU申请中断，并建立IE0标志。2．：外部中断1请求，由P3.3脚输入。通过IT1位来决定是低电平有效还是下降沿有效。一旦输入信号有效，则向CPU申请中断，并建立IE1标志。3．T0：定时/计数器T0溢出中断请求。当T0工作在计数状态时，计数脉冲从P3.4脚输入。当定时器T0产生溢出时，定时/计数器T0中断请求标志位置位（由硬件自动执行），请求中断处理。0INT1INT下一页上一页4．T1：定时器T1溢出中断请求。当T1工作在计数状态时，计数脉冲从P3.5脚输入。当定时器T1产生溢出时，定时器T1中断请求标志位（TCON.7）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。5．RX/TX：串行中断请求。当接收或发送完一串行帧时，内部串行口中断请求标志位RI（SCON.0）或TI（SCON.1）置位（由硬件自动执行），请求中断。串行口应用时，一般是RX、TX同时使用，相互配合完成串行数据传输工作。1.5个中断源下一页上一页2.4个中断有关的控制寄存器（1）中断控制寄存器TCON中断控制寄存器TCON有两个作用，即除了控制定时/计数器T0和T1的溢出中断外，还控制外部中断的触发方式和锁存外部中断请求标志位。TCON字节地址为88H，可位寻址，位地址范围为88H～8FH。地址位8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H位定义TF1TR1TF0TR1IE1IT1IE0IT0图4—6中断控制寄存器TCON各位定义下一页上一页地址位AFHAEHADHACHABHAAHA9HA8H位定义EAESET1EX1ET0IT0（2）串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器用于外部IO口扩展和单片机与计算机、单片机、外部设备之间通信，与外部中断控制无关，将在串行口应用中介绍。（3）中断允许控制寄存器IEMCS－51对中断源的开放或屏蔽是由中断允许寄存器IE控制的。IE的字节地址为A8H，可以按位寻址。2.4个中断有关的控制寄存器下一页上一页2.4个中断有关的控制寄存器IP规定了两个中断级别，称为低级优先级和高级优先级。每一个中断源均可由程序设置为高级优先级中断或低级优先级中断，从而实现中断嵌套。同一优先级中按照自然优先级的次序响应中断。在同一优先级同时发生几个的中断请求时，响应哪个中断取决于内部查询次序。（4）中断优先级控制寄存器IP表4－4同级内中断查询次序下一页上一页先同级查询次序后3．3级中断控制开关设置1.第一级开关——中断触发方式开关IT0/IT1=1时，外部中断信号取下降沿触发方式。IT0/IT1=0时，外部中断信号取电平触发方式，低电平维持时间过长时，一个中断申请会引发多个中断，因此必须采用措施撤消中断申请。2.第二级开关——中断允许和开放中断开关五个中断源各有一个开关进行控制，通过软件对IE的某位置1操作，实现相应中断允许开关闭合，于是某个中断申请被允许。注意，无论哪个或哪几个中断被允许，能否实现中断还必须开放总中断，即用软件设置EA=1。3．第三级开关——中断优先级开关设置中断优先级控制寄存器IP的字节地址是B8H，可以字节寻址，也可以位寻址。各位定义如下：图4—8中断优先寄存器IP各位定义3．3级中断控制开关设置PS：串行口中断优先级控制位PT1：定时器T1中断优先级控制位PX1：外部中断1中断优先级控制位PT0：定时器T0中断优先级控制位PX0：外部中断0中断优先级控制位2.中断服务子程序的结构（1）保护现场主程序使用一些常用特殊功能寄存器和工作存储器，例如ACC、DPTR、Rn等。一般在中断服务程序中可能也要应用这些常用的特殊功能寄存器、工作寄存器，执行中断程序之前，必须将这些单元的内容保存起来，这样在执行完中断服务程序返回主程序是能够恢复这些单元的内容，使主程序能够继续按照中断前的状态继续执行。4．2．4中断服务程序的结构图4－9中断程序结构图保护现场的主要指令有PUSH。下一页上一页（2）中断服务程序主体中断服务程序主体是中断系统中独立的子程序，根据中断的要求来设计。（3）恢复现场为了使中断服务程序返回主程序能够继续执行主程序，中断返回之前必须恢复堆栈的数据到原工作寄存器中。注意堆栈操作必须遵循后进先出的原则。恢复现场的指令有POP。（4）中断返回中断服务程序返回指令必须是RETI。CPU执行RETI时自动从SP中取回断点地址，继续执行主程序。4．2．4中断服务程序的结构下一页上一页【例4－2】某中断系统使用作外部中断控制端，低电平触发方式，设中断服务子程序名为EXINT0,试写出其初始化程序。ORG0000HLJMPMAINORG0003HLJMPEXINT0ORG0100HMAIN：……；主程序CLRIT0；设置为电平触发方式SETBEX0；允许中断SETBEA；开中断……EXINT0：……；中断服务子程序RETI；中断返回……END4．2．5中断计数流水灯硬件电路设计中断方式计数流水灯电路如图4－10所示，单片机P2口接一共阳极数码管显示器，实现0～9的循环计数显示。P0口接8个LED作流水灯，图中电阻均为限流电阻。中断由P3.2口（INT0）上连接一个开关SW1，作外部中断控制信号。发光二极管D9是指示开关状态而设立的。当开关断开时，单片机运行循环计数主程序；当开关闭合时，单片机运行流水灯中断程序，执行完中断程序后返回继续执行计数显示主程序。4．2．5中断计数流水灯硬件电路设计图4－10中断计数流水灯电路下一页上一页