1、第3章 MCS-51的中断系统及应用,3.1 中断的基本概念 3.2 MCS-51的中断源 3.3 中断的控制 3.4 中断查询与响应 3.5 外部中断 3.6 中断请求的撤除 3.7 中断响应时间 3.8 外部中断编程练习,中断：CPU执行正常程序时，系统中出现特殊请求（中断申请），CPU暂时中止当前的程序，转去处理更紧急的事件（执行中断服务程序），处理完毕后，CPU自动返回原程序（中断返回）的过程。,3.1 中断的基本概念,执行 主程序,继续执行主程序,断点,中断请求,中断响应,执行中断处理程序,中断返回,中断的作用,提高CPU的工作效率； 可使多项任务共享一个资源（CPU）； 可及时处理
2、突发事件，实现分时操作、实时处理； 解决CPU与外设之间的速度矛盾，使CPU高效率地对多个外部设备进行管理。,3.1 中断的基本概念,中断应用举例：打印机操作,CPU采用查询方式为打印机服务,3.1 中断的基本概念,3.2.1 MCS-51的中断系统结构,MCS-51有5个中断源：外部中断（2个）、定时器中断（2个）和串行口中断。,中断标志 寄存器,中断允许寄存器IE,3.2 MCS-51的中断源,返回,3.2.2 中断标志寄存器,1、控制寄存器TCON （SFR地址：88H）,2、串行口控制寄存器SCON （SFR地址：98H）,3.2 MCS-51的中断源,返回,3.3.1 中断的开放和关
3、闭控制,EA： 总允许位（一级控制） ES： 串行口中断允许位（二级控制）ES=1时，允许RI、TI引发中断，否则禁止串口中断。 ET1、ET0：定时器T1、T0允许位（二级控制） EX1、EX0：外中断/ int1、/int0允许位（二级控制） “1”允许；“0”禁止中断。,3.3 中断的控制,由中断允许寄存器IE实现两级控制（SFR地址: 0A8H）,返回,结构图,例如，要允许外部中断INT0开放，则可用下列指令：SETB EA SETB EX0,或mov IE，#81H,PS：串行口中断优先级设定位； PT1、PT0：定时器T1、T0中断优先级设定位； PX1、PX0：外中断 int1、
4、0中断优先级设定位；=1： 高优先级，=0：为低优先级。,3.3.2 中断的优先级控制,由中断优先级寄存器IP实现两级控制（SFR地址: 0B8H）,3.3 中断的控制,返回,结构图,由于IP寄存器的设定，将5个中断源分为两个级别。对同时发生多个中断申请时，中断优先级的处理将遵循下面基本原则：,3.3.3 中断的优先级排队,不同优先级的中断同时申请(很难遇到)先高后低 相同优先级的中断同时申请(很难遇到)按序执行（见图） 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,3.3 中断的控制,举例：如何改变中断源的优先级顺序,从中断系统的硬件结构图可以清楚地
5、看出同一级别中5个中断源的查询顺序。很明显，要改变这种顺序只能通过IP的设置。例如：要想将串行口的级别设为最高时，将IP中的PS置1。setb ip.4或 mov 0b8h,#10h,IP寄存器,3.3 中断的控制,3.4 中断查询与响应,在每个机器周期中，所有的中断源都要按照其顺序检查一遍。到S6状态时，就查找到所有被激活的中断申请并排好优先权。在下一个机器周期的S1状态，只要不受阻断，就开始响应高级中断。如果发生下列情况，中断将被阻止：1、同级或高级中断正在执行时；2、当前的机器周期不是指令的最后一个机器周期；3、CPU正在执行的指令是RETI或访问IE、IP寄存器时， CPU是不会响应中
6、断，而且要等到该指令的下一条指令执行完后中断才能响应。,3.4.1 中断的查询,返回,当满足中断条件时 CPU查询到某一中断源后，使相应的“优先级激活触发器”置位用以阻断同级或低级中断。 在硬件控制下，自动将当时PC的内容（断点地址）进栈，以备返回； 然后将相应的中断矢量装入PC,使CPU转向对应的中断服务程序。 中断服务程序最后一条指令是RETI，它将清除“优先级激活触发器”，从堆栈中弹出断点地址并装入PC中，使CPU回到原来主程序断点处继续运行。,3.4 中断查询与响应,0000H,0003H,000BH,0013H,001BH,0023H,3.4.2 中断的响应过程,3.5 外部中断,在
7、MCS-51引脚上有/INT0、/INT1两个外部的中断输入。作为外部事件的触发信号，其信号必须满足一定的要求，否则将不能正确地引发中断。,TCON （SFR地址：88H）,CPU在每个机器周期的S5P2期间对它们进行一次检测。 系统设定了两种触发方式： 下降沿触发、低电平触发，由控制寄存器TCON中的IT0、IT1位来确定。,IT=1时，下降沿触发；IT=0时，低电平触发。,返回,1、边沿触发方式：在相邻的两个机器周期，如果第一次采集是高电平，第二次采集是低电平时，则TCON中的标志IE0或IE1置位。所以，在边沿触发方式时：外部设备发出的边沿信号（高电平和低电平）的时间应大于一个机器周期，
8、否则信号将可能漏检。2、电平触发方式：CPU在每个机器周期的S5P2期间采集到INT0或INT1的引脚为低电平时将激活标志IE0或IE1。所以在这种触发方式中，外部的低电平至少应保留一个机器周期。,MCS51对外部中断触发信号的要求,3.5 外部中断,如果外电路的信号不能满足要求，可使用触发器等硬件电路解决。,3.6 中断请求的撤除,以外中断电平触发为例： 当CPU响应该中断进入到服务程序后，在执行RETI指令返回主程序前，必须将外部的低电平撤掉，否则当CPU返回主程序后，会因为外部过长的低电平信号而使其再次进入中断，这样不仅造成一次多余的错误操作，而且使主程序无法正常运行。 同理，其它中断源
9、也存在类似的问题。所以在使用中断时必须清楚在返回主程序前时，其中断请求（标志）是否要撤除、如何撤除等问题。,一种解决外部电平请求信号过长的硬件方案,此电路还可以解决外部脉冲过窄，不能正确引发中断的情况。,中断服务程序,撤消,“1”,“1”,申请,3.6 中断请求的撤除,解决外部中断信号过长的软件方案,在中断处理程序的最后、返回主程序之前，对外中断信号进行判断、等待，只有当外信号消失后再返回主程序； 软件方案的一优点：简化硬件电路；缺点：降低了程序的运行速度，同时不能解决外部中断信号过窄的问题。 具体问题具体对待，选用哪种方案要根据具体情况综合考虑。,3.6 中断请求的撤除,MCS-51的中断请
10、求的撤除方法,注：此表指使用中断服务程序来处理中断事件时的情况。 如果采用查询的方法来处理事件时，都需要软件来清除标志。,3.6 中断请求的撤除,3.7 中断响应时间（以INTx为例）,每个机器周期的S5P2时刻，INTx引脚的电平被锁存到内部寄存器中，待下一个周期查询。1、最短时间：中断请求有效，查询后在下一个周期便开始执行一条硬件的子程序的调用（时间是两个周期），然后开始执行服务程序的第一条指令。这样从锁存电平的周期到执行中断服务程序，中间相隔3个机器周期。,返回前一次,中断响应时间：从中断请求有效（外部中断请求标志置1）到转向中断入口地址所需要的响应时间,2、最长时间：如果中断信号发生在
11、前面所说的3种情况时，响应时间就要变长：（1）响应时间取决于正在执行的同级或高级中断的执行时间；（2）指当前CPU执行的指令是多周期指令，如乘除法指令（4个周期），最坏情况，还要等3个周期。这样响应周期变为3+3=6个周期；（3）CPU当前执行的指令是RETI或访问IE、IP寄存器时，本指令（1个周期）没有响应，且下一条指令执行完后才能响应，这样附加的等待时间最长不会超过5个周期（1+4）。整个响应为5+3=8个周期。这样，如果不考虑第1种情况，整个中断响应的时间范围应当是： 38个机器周期。,3.7 中断响应时间（以INTx为例）,3.8 外部中断编程练习,【例】电路如图。要求编程实现：主程
12、序将P1口的8个LED从上到下循环显示（间隔时间约1S ），中断时（INT0）使8个LED同时闪烁5次（间隔时间约1S，设单片机晶振为6MHz）。,+5V,INT0,P1.0,MCS-51,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,74LS245,R8,（1）主程序ORG 0000HLJMP START START：MOV IE，#10000001B；允许INT0中断MOV IP，#00000001B；INT0中断优先MOV TCON，#01H ；INT0边沿触发方式MOV SP，#70HMOV A，#80H ；左移初值 LOOP1：RL AMOV P1，ACALL
13、 DELAY；延时1sAJMP LOOP1,程序可分为3个模块：主程序、中断服务程序、延时子程序,3.8 外部中断编程练习,ORG 0003HLJMP EXT0 EXT0： PUSH ACCPUSH PSWSETB RS0CLR RS1MOV A，#0FFH；为使P1全亮MOV R2，# ；闪烁5次 LOOP3：MOV P1，ACALL DELAY；延时1sCPL ADJNZ R2， LOOP3 POP PSWPOP ACCRETI,10,3.8 外部中断编程练习,（2）中 断 服 务 程 序,（3）延时子程序（约1s） DELAY：MOV R5，#5D1：MOV R6，#200D2：MOV
14、R7，#250D3：DJNZ R7，D3；1msDJNZ R6，D2；约0.2sDJNZ R5，D1；约1sRET,3.8 外部中断编程练习,【例】故障诊断处理。当系统无故障时，4个故障源输入端全为低电平，显示灯全熄灭，只有当某部分出现故障，其相应的输入线才由低电平变为高电平从而引起中断。中断服务程序的任务就是判定故障源，并进行相应的灯光显示。（外中断扩展问题）,程序编制如下：,ORG 0000H AJMP MA1 ；转向主程序ORG 0003HAJMP SERVE ；转向中断服务程序 MA1: MOV P1,#55H ；全部指示灯灭，并为读入故障信号作准备SETB IT0 ；选取外中断为脉冲
15、触发方式SETB EX0 ；允许外中断0中断SETB EA ；开CPU中断 LOOP: MOV A,P1 ；ANL A,#55H ；JNZ LOOP ；有故障信号转LOOPMOV P1,#55H ；无故障信号灯全灭，并为读入故障信号作准备SJMP LOOP ；等待中断,SERVE：JNB P1.0,L1；中断服务程序，查询故障源，若有故障，将；相应的灯点亮SETB P1.1SJMP L2 L1: CLR P1.1 L2: JNB P1.2,L3SETB P1.3SJMP L4 L3: CLR P1.3 L4: JNB P1.4,L5SETB P1.5SJMP L6 L5: CLR P1.5 L
16、6: JNB P1.6,L7SETB P1.7SJMP L8 L7: CLR P1.7 L8: RETI,学习中断技术，要重点理解的内容 中断矢量的含义以及在ROM中的地址单元； 中断发生的条件（5个中断源）； CPU如何响应中断（转到中断服务程序）？ 与查询方式相比，中断方式的优点是什么？ 为什么中断调用后，会自动返回原程序？ 编制中断服务程序要注意什么问题？ 中断与子程序调用的区别是什么？,在CPU已经开放了外部中断允许的前提下： 在INT0/INT1引脚输入一个负脉冲或低电平， TCON寄存器中的IE0/IE1标志位自动变“1”， CPU检测到IE0/IE1变“1”后,将自动产生指令：L
17、CALL 0003H(/0013H)执行中断服务程序, 并将IE0/IE1标志位自动清“0”,以备下次申请。,外部中断(INT0,INT1)申请及CPU的处理过程：,中断与子程序调用区别在于： (1) 中断出现是随机的，可能出现，也可能不出现，更不知道什么会时候出现，即被中断程序的断点无法预测。而子程序的执行由调用指令LCALL或ACALL实现，只要满足特定条件，一定会发生，断点由程序员控制。,(2)中断服务程序入口地址（也称为中断向量）由硬件决定，与CPU类型有关，不能更改。而子程序入口地址由用户安排。,(3) 子程序中可以任意调用另一子程序，但中断有优先级，同级或低级中断不能打断正在执行的
18、同级或更高优先级中断服务程序。,(4) 尽管子程序返回指令RET和中断返回指令RETI均会将栈顶两个字节信息装入PC，恢复断点，但RETI还清除相应中断优先级触发器，因此中断返回指令不可用子程序返回指令RET代替。,3.2.4 MCS-51扩展外部中断请求输入口,8051单片机只提供了两个外部中断请求输入端，如果需要使用多于两个的中断源，就必须扩展外部中断请求输入口。1定时器/计数器用于扩展外部中断请求输入口8051单片机有两个定时器/计数器，它们作为计数器使用时，计数输入端T0（或T1）发生负跳变将使计数器加1，利用此特性，适当设置计数初值，就可以把计数输入端T0（或T1）作为外部中断请求输
19、入口。其特点是以占用内部定时中断为代价的。中断服务程序的入口地址仍然为000BH或001BH。,2查询方式扩展外部中断请求输入口把多个中断源通过硬件（如与非门）引入外部中断输入端，同时又连到某个I/O口。当有中断源申请中断时，在中断服务程序中通过软件查询可确定哪一个是正在申请的中断源，其查询的次序可由中断优先级决定。其特点是中断响应速度较慢。 适用于外部中断源较多的场合。下页例题中，我们采用74LS21A四输入端双与门实现该任务。 3使用专用芯片扩展外部中断请求输入口当外部中断源较多，同时又要求中断响应速度很高时，查询方式扩展外部中断请求输入口的方法很难满足要求。这时可以使用专用接口芯片进行外
20、部中断请求输入口的扩展。下面例题中，我们采用74LS21A四输入端双与门实现该任务。,查询方式扩展外部中断请求输入口的电路实现：,74ls21的逻辑表是：当输入全高时输出为高，任一输入低则输出就为低。 电路分析：当没有按键按下时，由于上拉电阻的作用，74ls21输出高，使INT0口为高电平，此时中断程序不被触发。如果任何一个按键按下，则74ls21输出低电平，触发中断程序。 中断程序设计为：如果程序设计检测次序是P1.0、P1.1、P1.2、P1.3口，优先级即按顺序排列，如果同时有多个键被按下，可根据实际要求设定为1、仅仅只响应最优先中断；2、按优先级顺序依次执行各个中断。,设计程序如下：O
21、RG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H ; 外部中断0中断服务入口地址LJMP INT ; 转中断服务ORG 0100H MAIN: SETB EA ; 开总中断允许SETB EX0 ; 开INT0中断SETB IT0 ; 下降沿有效 中断服务程序清单如下： INTI CALL D20 ; 延时去抖动MOV P1,#0FFH ;P1口送全1值（准双向口原因）MOV A, P1 ; 读P1口各引脚(设另四口未用）CJNE A, #0FFH，CLOSE ; 验证是否确实有键闭合AJMP INT0 ; 无键按下（按键时间过短）则退 ；出中断,CLOSE: JNB ACC.3, KEY 0 ; 查询0号键JNB ACC.2, KEY 1 ; 查询1号键JNB ACC.1, KEY 2 ; 查询2号键JNB ACC.0，KEY 3 ; 查询3号键INT0: RETIKEY 0: ; 7号键处理程序KEY 01: MOV A, P1 ; 再读P1口各引脚JNB ACC.0, FUNC71 ; 确认键是否释放RETIKEY 1: ; 其他键处理程序 D20: ; 20ms延时子程序 END,
