1、第4章 单片机的中断系统,单片机原理、接口及应用,MCS-51单片机的中断系统 中断的基本概念 中断的系统结构 中断的响应过程 中断的的应用编程 小结,内容提要,4.1.1 中断技术的概念在CPU和外设交换信息时，存在着快速CPU和慢速外设间的矛盾，机器内部有时也可能出现突发事件，为此，计算机中通常采用中断技术。 中断CPU和外设并行工作，当外设数据准备好( 或有某种突发事件发生)时向CPU提出请求，CPU暂停正在执行的程序转而为该外设服务(或处 理紧急事件)，处理完毕再回到原断点继续执行原程序。 中断源引起中断的原因,中断申请的来源，中断源可以是I/O设备、故障、时钟、调试中人为设置。,4.
2、1 中断概述,中断优先级当有多个中断源同时 向CPU申请中断时，CPU优先响应最需紧急处理的中断请求，处理完毕再响应优先级别较低的 ，这种预先安排的响应次序。 中断的嵌套在中断系统中，高优先级的 中断请求能中断正在进行的较低级的中断源处理，本章将讨论MCS-51系列单片机的中断系统。,8XX51有5个中断源，3个在片内，2个在片外，它们在程序存贮器中有固定的中断入口地址， 当CPU响应中断时，硬件自动形成这些地址，由此进入中断服务程序；5个中断源有两级中断优先级，可形式中断嵌套.,4.2 MCS-51单片机中断系统的结构,4.2.1 中断源8XX51有5个中断源，其符号、名称、产生条件及中断服
3、务程序的入口地址如下表。,说明：IT0和IT1为外中断INT0 和INT1中断触发方式选择，若选下降沿触发则相应位置1；若选低电平触发 ，IT相应位置0。某中断源有中断请求，该中断标志置1，无中断请求，该中断标志置0 TR0 和 TR1 为定时器T0和T1 工作启动和停止控制。,4.2.2 中断标志寄存器 1.定时器控制寄存器TCON,2.串行口的空制寄存器SCON8XX51串行通信的方式选择 ,接受和发送控制及串行口的标志均由专用寄存器SCON控制和指示,其格式如下:,TI: 发送中断标志位。发送前必须用软件清零，发送过程中TI保持零电平,发送完一帧数据后，由硬件置 “1”，如果再发送,必须
4、用软件再清零。 RI: 接收中断标志位。接收前,必须用软件清零,接收过程中RI保持零电平，接收完一帧数据后由片内硬件自动置“1”。如果再接收必须用软件清零。,4.2.3 中断控制寄存器,(1)中断的允许和禁止中断控制寄存器IE IE寄存器的各位对应相应的中断源，如果允许该中断源中断则该位置1，禁止中断则该位置0 。IE可以位寻址,EA：中断总控开关，是CPU是否响应中断的前提。EA=1，CPU开中断;EA=0， CPU关中断。 ES： 串行口中断允许位， ES=1，允许串行口发送/接收中断；ES=0，禁止串行口中断。 ET1：定时器T1中断允许位，ET1=1，允许T1计数溢出中断；ET1=0，
5、禁止T1中断。,ET0： 定时器T0中断允许位,ET0=1，允许T1计数溢出中断；ET0=0，禁止T0中断。 EX1： 外部中断INT1允许位，EX1=1，允许INT1中断；EX1= 0，禁止INT1中断。 EX0： 外部中断INT0允许位，EX0=1，允许INT0中断；EX0= 0，禁止INT0中断。,(2)中断优先级管理寄存器IP,T0,INT0,INT1,T1,串行口,当 某几个中断源在IP寄存器相应位同为1或同为零时，由内部查询确定优先级，查询的顺序是：,CPU优先响应 先查询的中断请求,五个中断源的优先级别由IP寄存器管理，相应位置1，则该中断源优先级别高，置0的优先级 别低。,4.
6、3 中断响应过程,4.3.1 中断处理过程 中断处理过程分为四个阶段：中断请求，中断响应，中断处理、中断返回。MCS51系列单 片机的中断过程流程如图所示。,N,N,Y,Y,Y,N,执 行 指 令,中断标志1? (中断请求?),指令 最后一个T周期?,EA=1? 允 许 位 = 1?,CPU 判 别优 先权 ,响 应优 先权高 的中断,断点的PC进栈, 中断服务入口地址送PC,撤 除 中 断 标 志,中 断 服 务,中 断 返 回, 断 点 出 栈 送 PC,中断请求.,中断响应,中断服务,中断返回,中断请求、中断响应过程由硬件自动完成。 中断服务程序应根据需要进行编写。程序中要注意保护现场和
7、恢复现场。 中断返回是通过执行一条RETI中断返回指令，使堆栈中被压入的断 点地址送PC，从而返回主程序的断点继续执行主程序。另外RETI还有恢复优先级状态触发器 的作用，因此不能以RET指令代替“RETI”指令。,若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状态，并满足中断响应的条件，然而下面三种情 况单片机不响应此中断： 当前正在执行的那条指令没执行完； 当前响应了同级或高级中断； 正在操作IE、IP中断控制寄存器或执行RETI指令。在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要3个机器周期到8个机器周期。,4.3.2 中断请求的撤除 CPU响应中断后，应撤除该中断请求标志，否
8、则会再次中断。, 对电平触发的外部中断，CPU在响应中断时也不会自动清除中断标志，因此，在CPU响应中断后应立即撤除INT1或INT0的低电平信号。,对定时计数器T0、T1的溢出中断，CPU响应中断后，硬件自动清除中断请求标志TF0和TF1。,对边沿触发的外部中断INT1和INT0，CPU响应中断后硬件自动清除中断请求标志IE0和IE1。,对于串行口中断，CPU响应中断后，没有用硬件清除中断请求标志TI、RI，即这些中断标志 不会自动清除，必须用软件清除，这是在编串行通信中断服务中应该注意的。,4.4 中断的程序设计,用户对中断的控制和管理，实际是对4个与中断有关的寄存器IE、TCON、IP、
9、SCON进行控制 或管理。这几个寄存器在单片机复位时是清零的，因此必须根据需要对这几个寄存器的有关 位进行预置。在中断程序的编制中应注意：,开中断总控开关EA，置位中断源的中断允许位。,对外部中断INT0、INT1应选择中断触发方式。,编写中断服务程序，并注意用保护现场和恢复现场，以免中断返回时，丢失原寄存器、累加器中的信息。,多个中断源中断，应设定中断优先级，预置IP。,若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，可以采 用软件关CPU中断或禁止某中断源中断，在中断返回前再开放中断。,汇编语言的中断服务程序按规定的中断矢量地址存入，由于五个中断矢量地址0003H、000BH 、0013H、0
10、01BH、0023H之间相距很近，往往装不下一个中断服务程序，通常将中断服务程 序安排在程序存贮器的其他地址空间，而在矢量地址的单元中安排一条转移指令。,4.4.1 汇编语言中断程序的设计,例1.在图6.3中P1.4P1.7接有四个发光二极管，P1.0P1.3接有四个开关，消抖电路用于 产生中断请求信号，当消抖电路的开关来回拔动一次将产生一个下降沿信号，通过INT0向CPU申请中断，要求：初时发光二极管全黑，每中断一次，P1.0P1.3所接的 开关状态反映到发光二极管上，且要求开关断开的对应发光二极管亮，编程如下：,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H ；INT0中断入口
11、AJMP WBI ； 转中断服务程序ORG 0030H ；主程序MAIN: MOV P1，#0FH ；全灯灭，低四位输入SETB IT0 ； 边沿触发中断SETB EX0 ；允许外中断0中断SETB EA ；开中断开关 SJMP $WBI： MOV P1，#0FH ；P1先写入“1”且灯灭MOV A，P1 ；输入开关状态SWAP A MOV P1，A ；输出到P1高4位RETIEND,此例的执行现象是，每重置一次四个开关的开、合状态，四个发光二极管维持原来的亮、灭 状态，仅当来回拔动消抖电路开关后，产生了中断，发光二极管才反映新置的开关状态。,例2. 89C51的P1口接一个共阴极的数码管，利
12、用消抖开关产生中断请求信号，每来回拔动一 次开关，产生一次中断，用数码管显示中断的次数(最多不超过15次)。,ORG 0000H AJMP MAINORG 0013H ；INT1中断入口AJMP INT1 ；转中断服务程序ORG 0030H ；主程序 MAIN： SETB IT1 ；边沿触发中断SETB EX1 ；允许INT1中断SETB EA ；开中断开关MOV R0，#0 ；计数初值为0MOV A，#3FH ；“0”的字形码送A AL1： MOV P1，A ；显示数码 AL2： CJNE R0，#0FH，AL1 ；没满15次循环显示 MOV R7，#0FFH ；满15次，显F，延时,DJN
13、Z R7，MOV P1，#0 ；关显示CLR EA ；关中断SJMP ；结束 INT1： INC R0 ；中断次数加1MOV A，R0MOV DPTR，TAB ；DPTR指向字形码表首址 MOVC A，A+DPTR ；查表POP DPHPOP DPL ；弹出断点MOV DPTR，#AL1PUSH DPLPUSH DPH ；修改中断返回点，AL1压入堆栈 RETI ；从堆栈AL1地址PC，返主程序AL处 ,TAB： DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DHDB 7DH，07H，7FH，6FH，77H，7CHDB 39H，5EH，79H，71H ；段码表(字形码)END上面程序每中断一
14、次，执行一次中断服务程序INT1。在中断服务程序中，累计中断次数并 查字形表，返回到主程序AL1地址执行显示。,以上中断在AL1或AL2两指令处发生，究竟是哪一指令处中断是随机的，为保证返回到AL1显示F ，这里采用修改中断返回点的办法， 即先从栈中弹出中断响应时压入的断点弹到DPTR中，修改DPTR为用户需要的返回点，并将其压 入堆栈，再通过执行RETI指令弹出栈中内容到PC、弹出的即为修改后的地址，从而返回到主 程序中用所希望的地址执行。上例中中断次数在主程序判断，目的是使读者了解修改中断返回点的方法，如果改在中断服 务程序中判断，编程简洁些，下面仅介绍和上例中的不同部分的程序。,MOV
15、R0， #0 ；计数初值为0MOV P1， #3FH ；显示0MOV DPTR，#TAB ；指向字形码表 AGA： SJMP ；等待中断 INT1：INC R0 ；中断次数加1MOV A， R0MOVC A， A+DPTR ；查字形码表MOV P1， A ；显示CJNE R0， #0FH， RE ； 15次中断未到转RE CLR EA ；15次到关中断 RE： RETI ；返回主程序的AGA处 TAB： DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH,07H DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H,每个中断源有固定的中断服务程序的入口地址(称矢量地址
16、或向量地址)。当CPU响应中断以 后单片机内部硬件保证它能自动的跳转到该地址。因此，此地址是应该熟记的，在汇编程序 中，中断服务程序应存放在正确的向量地址内。(或存放一条转移指令)；而在C语言中是靠Interrupt n的关键字n自动设置的。,4.3 小 结,（1）中断技术是实时控制中的常用技术，51系列单片机有三个内部中断，二个外部中断。所谓 外部中断就是在外部引脚上有产生中断所需要的信号。,（2）单片机的中断是靠内部的寄存器管理的，这就是中断允许寄存器IE，中断优先权寄存器IP ，必须在CPU开中断即开全局中断开关EA，开各中断源的中断开关，CPU才能响应该中断源的 中断请求，其中缺一不可
17、。（3）从程序表面看来，主程序和中断服务程序好象是没有关连的，只有掌握中断响应的过程， 才能理解中断的发生和返回，看得懂中断程序，并能编写高质量中断程序。（4）本章重点应掌握中断的基本概念，并能熟练编制中断程序。,第5章 单片机的定时/计数器与串行接口,单片机原理、接口及应用,4.5 定时/计数器的结构及工作原理 定时计数器结构和工作原理 定时计数器的控制寄存器 定时器的四种工作方式 定时计数器的应用编程, 51系列单片机片内有二个十六位定时/计数器：定时器0(T0)和定时器1(T1)。 两个定时器都有定时或事件计数的功能，可用于定时控制、延时、对外部事件计数和检测等场合 定时/计数器实际上是
18、16位加1计数器。T0由2个8位持殊功能寄存器TH0和TL0构成，T1由2个8位持殊功能寄存TH1和TL1构成。 每个定时器都可由软件设置为定时工作方式或计数工作方式。 T0和T1受特殊功能寄存器TMOD和TCON控制。,4.5.1 定时/计数器结构,1. 定时工作方式, 设置为定时工作方式时，定时器计数的脉冲是由51单片机片内振荡器经12分频后产生的。每经过一个机器周期定时器(T0或T1)的数值加1直至计数满产生溢出。如：当8051采用12MHz晶体时，每个机器周期为1s，计5 个机器周期即为5 s，即定时5 s 。,4.5.2 定时/计数器的工作原理,2. 计数工作方式, 设置为计数工作方
19、式时，通过引脚T0(P34)和T1(P35)对外部脉冲信号计数。 当输入脉冲信号产生由1至0的下降沿时，定时器的值加1, 在每个机器周期CPU采样T0和T1的输入电平。若前一个机器周期采样值为高，下一个机器周期采样值为低，则计数器加 1。 由于检测一个1至0的跳变需要二个机器周期，故最高计数频率为振荡频率的二十四分之一。 虽然对输入信号的占空比无特殊要求，但为了确保某个电平在变化之前至少被采样一次，要求电平保持时间至少是一个完整的机器周期。,4.6定时/计数器工作方式 4.6.1 定时/计数器的控制寄存器 定时器共有两个控制寄存器：定时器控制TCON（88H)定时器工作模式寄存器TMOD(89
20、H),1. 工作模式寄存器TMOD(89H),TMOD用于控制T0和T1的操作模式。其各位的定义如下：,定时器T0,定时器T1, GATE：门控信号GATE=0，TRx=1时即可启动定时器工作 ；GATE=1，INTx=1才可启动定时器工作。 C/T：定时器/计数器选择位C/T=1，为计数器方式；C/T=0，为定时器方式。 M1 M0 工作模式选择位M1M0=00 工作方式0（13位方式）。M1M0=01 工作方式1（16位方式）。M1M0=10 工作方式2（8位自动再装入方式）。M1M0=11 工作方式3（T0为2个8位方式）。,2. 控制寄存器TCON(88H),TCON寄存器 中定时器控
21、制 仅用了其中高四位，其意义如下：TF1：T1溢出中断请求标志。TF1=1，T1有溢出中断请求。TF1=0，T1无溢出中断请求。TR1：T1运行控制位。TR1=1，启动T1工作。TR1=0，停止T1工作。,TF0：T0溢出中断请求标志。TF0=1，T0有溢出中断请求。TF0=0，T0无溢出中断请求。TR0：T0运行控制位。TR0=1，启动T0工作。TR0=0，停止T0工作。,C/T,C/T,4.6.2 定时器的工作方式,对TMOD寄存器的M1、M0位的设置，可选择四种工作方式，即方式0、方式1、方式2和方式3。 下面用THX、TLX（X=1或0）表示TH1 TL1 TH0 TL0。1.方式 0
22、 定时器(T0或T1)工作于13位定时、计数方式。 用于计数方式时最大计数值为 213 8192个脉冲 用于定时工作时，定时时间为：t(213一T0初值) 时钟周期12 在这种模式下，16寄存器(THX和TLX)只用13位，其中THX占高8位。其中TLX占低5位， TLX的高3位末用。 当TLX的低5位溢出时向THX进位,而THX溢出时硬件置位TF0，并申请中断。, 定时、计数溢出否可查询TF0是否置位，如果开中断则产生溢出中断。,2 .方式1当TMOD中M1M0=01时，定时计数器工作在方式1。 该模式是一个16位定时计数方式。 寄存器TH0和TL0是以全16位参与操作， 计数方式时最大计数
23、 21665536(个外部脉冲) 用于定时工作方式时，定时时间为： t(216一T0初值) 时钟周期12 16寄存器(THX和TLX) 中THX提供高8位、TLX提供低8位计数初值,3. 方式2当TMOD中M1M0=10时，定时器工作在方式2。方式2是8位的可自动重装载的定时计数方式。 16位的计数器被拆成两个8位，其中TL0用作8位计数器， TH0用以保持计数初值。当TL0计数溢出，置位TF0，TH0中的初值自动装入TL0，继续计数，循环重复计数。 用于计数工作方式时，最大计数值为：28256(个外部脉冲)。 用于定时工作方式时，其定时时间为；t(28TH0初值)振荡周期12 这种工作方式可
24、省去用户重装常数的程序，并可产生精确的定时时间，特别适用作串行口波待率发生器。,4.方式3 当TMOD中M1M0=11时，定时器工作在方式3。 若将T0设置为模式3，TL0和TH0被分成为两个互相独立的8位计数器TH0和 TL0 。 TL0可工作为定时方式或计数方式。占用原T0的各控制位、引脚和中断源。即CT、GATE、TR0、TF0和T0 (P3.4)引脚、INT0 (P3.2)引脚。 TH0只可用作定时功能，占用定时器T1的控制位TR1和T1的中断标志位TF1，其启动和关闭仅受TRl的控制。 定时器T1无模式 3, 可工作于方式0、1、2，但不能使用中断方式。 只有将T1用做串行口的波特率
25、发生器时，T0才工作在方式3，以便增加一个定时器。,5.1.4 定时计数器的应用编程,5.1.4.1 定时器的计数初值C的计算和装入如前所述，8xx51定时器/计数器不同工作方式的模值不同，由于采用加1计数，因此计数初值应为负值，计算机中用有符号数采用补码表示。计数初值（C）的求法如下。 计数方式：计数初值 C=模-X（其中X为要计的脉冲个数） 定时方式：计数初值 C= t / MC补=模t / MC其中t为欲定时时间，MC为8xx51的机器周MC=12/fosc当采用12MHZ晶振时，MC=1us；,定时计数器的初始化编程步骤： 1）根据定时时间要求或计数要求计算计数器初值； 2）工作方式控
26、制字送TMOD寄存器； 3）送计数初值的高八位和低八位到THx和TLx寄存器中； 4）启动定时（或计数），即将TRx置位。如果工作于中断方式，需要置位EA（中断总开关）及ETx（允许定时/计数器中断）。并编中断服务程序。,例4.3 使P1.0接的发光二极管，间隔1秒钟闪烁。（用定时器1，方式0实现1s的延时。）,解： 因方式0采用13位计数器，其最大定时时间为：8192 1us=8.192ms，可选择定时时间为5ms，再循环200次，即得到1s的延时。 采用定时方式0，先计算计数初值：每个脉冲周期MC =1s 5ms/1s =5000C=M-计数值=8192-5000=3192=C78H=1100 0111 1000因13位计数器中TL1的高3位未用，TH1占高8位，所以，M0的实际填写值应为：M0=0110 0011 0001 1000TH1=0X63HTL1=0X18H,查询方式如下： DELAY: MOV R3,#200MOV TMOD,#00HMOV TH1,#63HMOV TL1,#18HSETB TR1LP1: JBC TF1, LP2SJMP LP1 LP2 : MOV TH1,#63HMOV TL1,#18H DJNZ R3,LP1RET,
