MCS-51单片机中断系统

单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束第5章MCS-51单片机中断系统教学目标5.1中断概述5.2MCS-51中断系统5.3中断系统的应用本章小结思考题与习题单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束教学目标通过本章教学，要求达到以下目标：1．熟记MCS-515个中断源及其中断入口地址。2．熟悉TCON、SCON、IE、IP的结构、控制作用和设置方法。3．理解MCS-51中断响应过程。4．了解中断响应等待时间。5．理解中断请求撤除情况和应对措施。6．熟悉中断优先控制的方法。7．掌握中断应用程序的编制方法。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束5.1中断概述1、中断概念2、为什么要设中断3、中断源4、中断优先级5、中断嵌套6、中断处理过程单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束5.1中断概述由于内部或外部的某种原因,而CPU必须暂时中止其正在执行的程序，转去执行请求中断的那个外设或事件的服务程序，等处理完毕后再返回执行原来中止的程序，这一过程叫做中断。1.中断概念单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束中断概念类比看电视中断处理中断请求实际生活中断返回电话铃响接听电话看电视主程序计算机事件发生事件处理主程序图5.1中断概念示意图单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束主程序A响应返回断点RETI……中断服务程序B图5.2中断过程示意图中断源中断申请单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束7“中断”响应之后所执行的相应的处理程序通常称之为中断服务或中断处理子程序，原来正常运行的程序称为主程序。主程序被断开的位置（或地址）称为“断点”。引起中断的原因，或能发出中断申请的来源，称为“中断源”。中断源要求服务的请求称为“中断请求”（或中断申请）。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束8调用中断服务程序的过程类似于调用子程序，其区别在于调用子程序在程序中是事先安排好的，而何时调用中断服务程序事先却无法确定。因为“中断”的发生是由外部因素决定的，程序中无法事先安排调用指令，因此，调用中断服务程序的过程是由硬件自动完成的。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束2．为什么要设中断中断解决了快速主机与慢速I/O设备的数据传送速度匹配的问题，还具有如下优点：（1）分时操作：（2）实时响应：（3）可靠性高：CPU具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用率；CPU能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束10中断源是指在计算机系统中向CPU发出中断请求的来源,中断可以人为设定，也可以是为响应突发性随机事件而设置。通常有I/O设备、实时控制系统中的随机参数和信息故障源等。3．中断源外部设备中断源控制对象中断源故障中断源定时脉冲中断源通讯中断源单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束4．中断优先级如果正在执行主程序时只有1个中断源请求中断,而这时CPU又是对中断开放的，此时中断立即响应。由于中断是随机产生的,中断源一般又不止1个,因此会出现：几个中断源同时请求中断；或者当某一个中断正在响应中(即正在执行该中断源的中断服务程序),又有其它的中断源请求中断，这时中断系统应如何处理呢?单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束在一般情况下，首先把各个中断源分成若干个优先级，然后再按如下原则进行处理：(1)不同级的中断源同时申请中断时—先高后低；(2)同级的中断源同时申请中断时—事先规定；(3)处理低级中断又收到高级中断请求时—停低转高；(4)处理高级中断又收到低级中断请求时—高不理低。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束中断优先级越高,则响应优先权就越高。当CPU正在执行中断服务程序时,又有中断优先级更高的中断申请产生,这时CPU就会暂停当前的中断服务转而处理高级中断申请,待高级中断处理程序完毕再返回原中断程序断点处继续执行,这一过程称为中断嵌套。5.中断嵌套响应低级中断请求返回主程序RETI低级中断程序断点响应高级中断请求返回低级中断程序断点主程序继续执行主程序继续执行高级中断服务程序单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束146中断处理过程主程序A响应返回断点RETI……中断服务程序B图5.2中断过程示意图中断源中断申请单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束156中断处理过程实现中断响应和中断返回CPU中断响应过程如下：首先，将断点处的PC值（即下一条应执行指令的地址）推入堆栈保留下来，这称为保护断点，由硬件自动执行。然后，将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留下来，这称为保护现场，由用户自己编程完成。保护断点和现场后即可执行中断服务程序，执行完毕，CPU由中断服务程序返回主程序。主程序A响应返回断点RETI……中断服务程序B单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束16中断返回过程如下：首先恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现场，由用户编程完成。然后，再加返回指令RETI，RETI指令的功能是恢复PC值，使CPU返回断点，这称为恢复断点。恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此为止。实现中断响应和中断返回主程序A响应返回断点RETI……中断服务程序B单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束17中断响应、返回过程流程图断点主程序继续执行主程序响应中断请求返回主程序中断服务程序保护现场保护断点恢复现场恢复断点执行继续执行中断源中断申请单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束5.2MCS-51中断系统5.2.1中断源及中断系统构成5.2.2中断标志与中断控制5.2.3中断处理过程单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束5.2MCS-51中断系统的结构5.2.1中断源及中断系统构成1.中断源：单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束5.2.1中断源及中断系统构成IE0EX0TF0IE1TF1TIESET1EX1ET0RIIP硬件查询高级中断请求低级中断请求中断入口地址中断源INT0INT1中断入口地址中断源10IEPX0PSPT1PX1PT0111111111100000EA1≥1SCON11T0T1RXTXIT0IT100TCON图5.3MCS-51中断系统结构示意图中断申请中断控制中断排队单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束5.2.2中断标志与中断控制1．中断标志定时器控制寄存器TCON串行控制寄存器SCON2．中断控制中断允许控制寄存器IE单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束5.2.2中断标志与中断控制1．中断标志(1)定时器控制寄存器TCONSFR之一，锁存中断请求标志，字节地址88H，可位寻址。其结构、位名称、位地址及其功能如表5.1所示。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束表5.1TCON的结构、位名称、位地址和功能位编码位名称TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H功能T1中断标志位T1启停控制位T0中断标志位TCON.0/INT1中断标志位/INT0中断标志位/INT1触发方式位/INT0触发方式位T0启停控制位TCON.1TCON.2TCON.3TCON.4TCON.5TCON.6TCON.7在每个机器周期的S5P2时检测（或接收）中断源发来的中断请求信号后使相应的中断标志位置1，然后便在下个机器周期检测这些中断标志位的状态，以决定是否响应中断。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束表5.1TCON的结构、位名称、位地址和功能位编码位名称TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H状态TCON.0TCON.1TCON.2TCON.3TCON.4TCON.5TCON.6TCON.7外部中断0采用电平触发0外部中断0采用边沿触发111外部中断1采用边沿触发0外部中断1采用电平触发0000单片机复位时或无中断请求发生时，这些位均为0外部中断1发出中断请求时外部中断0发出中断请求时111T0发出中断请求时T1发出中断请求时停止T0计数启动T0开始计数停止T1计数启动T1开始计数0011单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束（2）串行控制寄存器SCONSFR之一，锁存中断请求标志，字节地址98H，可位寻址。结构、位名称、位地址及其功能如表5.2所示。其中只有TI和RI两位用来表示串行口中断标志位。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束位编码位名称SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI位地址9FH9EH9DH9CH9BH9AH99H98H功能SCON.0串行发送中断标志位串行接收中断标志位SCON.1SCON.2SCON.3SCON.4SCON.5SCON.6SCON.7表5.2SCON的结构、位名称、位地址和功能单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束1)TI：为串行口发送中断标志位，位地址为99H。在串行口发送完一组数据时，TI由硬件自动置位(TI=1)，请求中断，当CPU响应中断进入中断服务程序后，TI状态不能被硬件自动清除，而必须在中断程序中由软件来清除。2)RI：为串行口接收中断标志位，位地址为98H。在串行口接收完一组串行数据时，RI由硬件自动置位(RI=1)，请求中断，当CPU响应中断进入中断服务程序后，也必须由软件来清除RI标志。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束1)中断允许控制寄存器IE2.中断控制MCS-51没有专门的开中断和关中断指令，中断的开放和关闭是通过中断允许寄存器IE各位的状态进行两级控制的。所谓两级控制是指所有中断允许的总控制位和各中断源允许的单独控制位，每位状态靠软件来设定。中断允许控制寄存器IE各位的定义及其功能等如表5.3所示。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束表5.3IE的结构、位名称、位地址和功能位编码IE.7IE.6IE.5IE.4IE.3IE.2IE.1IE.0位名称EA—ET2ESET1EX1ET0EX0位地址AFH—ADHACHABHAAHA9HA8H功能中断总允许控制位定时器T1的溢出中断允许控制位外部中断1的中断允许控制位定时器T0的溢出中断允许控制位外部中断0的中断允许控制位串行口中断允许控制位定时器T2的溢出中断允许控制位SFR之一，控制中断开关，字节地址A8H，可位寻址。单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束表5.3IE的结构、位名称、位地址和功能位编码IE.7IE.6IE.5IE.4IE.3IE.2IE.1IE.0位名称EA—ET2ESET1EX1ET0EX0位地址AFH—ADHACHABHAAHA9HA8H功能禁止所有中断开通外部中断/INT0禁止其他中断0000000开通总中断1所有中断仍被禁止000001010010开通T0和串行口中断禁止其他中断111111开通所有中断单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束2）中断优先级控制寄存器IPMCS-51的中断源优先级是由中断优先寄存器IP来进行控制的。其5个中断源划分为两个中断优先级：高优先级和低优先级。相应位置“1”，定义为高级中断相应位清“0”，定义为低级中断单片机原理及其接口技术主目录上一页下一页结束表5.4IP的结构、位名称、位地址和功能位编码IP.7IP.6IP.5IP.4IP.3IP.2IP.1IP.0位名称——PT2PSPT1PX1PT0PX0位地址——BDHBCHBBHBAHB9HB8H功能保留位保留位定时器T2中断优先级控制位串行口中断优先级控制位定时器T1中断优先级控制位定时器T0中断优先级控制位/INT0中断优先级控制位/INT1中断优先级控制位111111高级中断（同为1时亦称其为同级中断）低级中断（同为0时亦称其为同级中断）000000SFR之一