1、单片机原理及应用 （C语言版） 第5章 MCS-51单片机中断系统,主 编：周国运 本章制作：仝选悦中国水利水电出版社,第5章 MCS-51单片机中断系统,目 录5.1 中断概述 5.2 中断系统结构及控制 5.3 中断响应过程及处理过程 5.4 中断应用举例,本章主要讨论MCS-51单片机中断系统。内容主要有：MCS-51单片机中断系统结构、中断控制、中断优先级、中断处理过程，以及中断的应用。 通过本章的学习，应该理解中断系统结构、中断响应的条件和中断处理过程；掌握中断控制、中断优先级，灵活的应用中断解决实际问题。,第5章 MCS-51单片机的中断系统,5.1 中断概述,主要内容5.1.1
2、微机的输入/输出几种控制方式 5.1.2 中断的相关概念,5.1.1 微机的输入/输出几种控制方式,单片机系统中，CPU和外部设备之间不断进行信息的传输。通常CPU和外设之间的信息传送方式有以下几种： 程序控制方式中断方式直接存储器存取（DMA）方式,5.1.1 微机的输入/输出方式,1、 程序控制方式可以分为以下两种方式。 （1）无条件传送方式 外设始终处于就绪状态，CPU不必查询外设的状态，直接进行信息传输，称为无条件传送方式。此种信息传送方式只适用于简单的外设。如开关和数码段显示器等。,5.1.1 微机的输入/输出方式,（2）条件传送方式 CPU通过执行程序不断读取并测试外部设备状态，如
3、果输入设备处于准备好状态或输出设备为空闲状态时，则CPU执行传送信息操作。由于条件传送方式需要CPU不断地查询外部设备的状态，然后才进行信息传送，所以也称为“查询式传送”。,5.1.1 微机的输入/输出方式,2、 中断方式外部设备与CPU之间以中断信号作为数据交换的控制信号。当外部设备需要与CPU进行数据交换时，由接口部件向CPU发出一个请求信号，CPU响应这一中断请求后，在中断服务程序中完成一个字节或多个字节的信息交换。中断方式具有并行工作、实时传输、充分利用CPU效率等特点。 中断传送仍由CPU通过程序来传送，每次都要执行指令进行断点、现场的保护和恢复。对于高速I/O，就显得速度太慢了。,
4、5.1.1 微机的输入/输出方式,3、DMA方式(直接存储器存取)DMA控制方式主要用于存储器和外设之间直接传送、块传输。DMA请求总线：当某一外部设备需要输入/输出一批数据时，向DMA控制器发出请求，DMA控制器接收到这一请求后，向CPU发出总线请求信号。,5.1.1 微机的输入/输出方式,DMA控制数据传输：CPU响应DMA的请求，把总线使用权交给DMA控制器，DMA将外设数据读入、并直接写入存储器，或将数据从存储器读出并直接送给外设。传送过程不需要CPU参与。DMA释放总线：当一批数据传送后， DMA控制器再向CPU发出“结束总线请求”，CPU响应请求，收回总线使用权。DMA方式速度高、
5、效率高，可以与CPU并行工作。,1、中断的概念中断是一种过程。指CPU正常执行的程序被某种临时发生的事件所打断，当前程序暂时停止执行，CPU转去处理所发生的事件，处理完毕再返回继续执行暂时停止的程序，这一过程称为中断。,5.1.2 中断的相关概念,2、中断源引起CPU中断的设备和事件就是中断源。3、中断请求中断源向CPU发出的请求处理信号，即中断请求或中断申请。4、中断响应CPU暂时中止正在处理的事情，转去处理突发事件的过程，称为中断响应。,5.1.2 中断的相关概念,5、其他概念中断系统：实现中断功能的部件称为，又称中断机构。中断服务程序：CPU响应中断后，处理中断事件的程序。断点：CPU响
6、应中断请求，转去执行中断服务程序时的PC值，即为断点地址。中断返回：CPU执行完中断服务程序后回到断点的过程。,5.1.2 中断的相关概念,6、中断的功能中断是计算机的一项重要技术，计算机引入中断后，大大提高了它的工作效率和处理问题的灵活性，主要功能有以下几个方面。使CPU与外设同步工作实现实时处理故障及时处理,5.1.2 中断的相关概念,5.2 中断系统的结构及控制,主要内容5.2.1 MCS-51的中断结构 5.2.2 MCS-51的中断源 5.2.3 与中断相关的寄存器,5.2.1 MCS-51单片机的中断结构,中断系统构成：增强单片机主要由5个特殊功能寄存器、相关硬件查询电路等组成。有
7、6个中断源，两个中断优先级。特殊功能寄存器主要用于：控制中断的开放和关闭、保存中断信息、设置中断的优先级别。硬件查询电路主要用于：判定6个中断源的优先级别。MCS-51增强型单片机的中断结构如图5-2所示。,中断系统结构 （编程结构）主要由中断源、中断标志寄存器、中断控制寄存器、优先级寄存器等构成。,图5-2 增强型单片机的中断系统结构,IE0,PX0,EA,EX0,1,1,0,ET0,EX1,ET1,ES,IT0=0,TF0,IE1,1,TF1,TI,RI,T0,T,1,INT1,TX,RX,TCON,IE,IP,各中断,源允许,优先级,INT0,+,PT0,1,0,PX1,1,0,PT1,
8、1,0,PS,1,0,PT2,1,0,ET2,+,TF2,EXF2,T,2,T2EX,总允许,中断,矢量地址,中断,向量地址,硬件查询中断信号,PC,PC,自,然,优,先,级,自,然,优,先,级,高,级,中,断,请,求,低,级,中,断,请,求,IT0=1,IT1=0,IT1=1,5.2.2 MCS-51中断源,MCS-51中断系统主要是对6个中断源进行管理，依次为：外部中断0 （INT0，P3.2引脚）外部中断1 （INT1，P3.3引脚）定时器/计数器0溢出中断定时器/计数器1溢出中断定时器/计数器2溢出中断串行口中断CPU主要是通过标志寄存器、控制寄存器、优先级寄存器对中断源进行管理。,5
9、.2.2 MCS-51中断源,5.2.3 与中断相关的寄存器,（1）与中断标志相关的寄存器 主要有：定时器/计数器T0、T1控制寄存器TCON定时器/计数器2控制寄存器T2CON（第6章介绍）串行口控制寄存器SCON（2）中断控制寄存器：TCON、IE（3）中断优先级寄存器：IP,5.2.3 与中断相关的寄存器,1、串行口控制寄存器*SCON 字节地址98H。可以位寻址， 格式如下：TI（SCON.1）：串行口发送中断标志。串行口发送完一帧后，由硬件置1。响应中断后，必须用软件清 0。 如：CLR TI RI（SCON.0）：串行口接收中断标志。串行口接收完一帧后，由硬件置1。响应中断后，必须
10、用软件清 0。 如：CLR RI,5.2.3 与中断相关的寄存器,2、T0、T1 的控制寄存器*TCON TCON格式如下：,TCON可位寻址。复位后TCON=00H。 TF1（TCON.7）:T1溢出标志位当T1计满溢出时，由硬件置位；中断响应后自动清 0。 TF0：T0溢出标志位 功能同TF1。,5.2.3 与中断相关的寄存器,IT1：外中断1触发方式设置位IT1=0，外中断1为低电平触发 CPU在每一个机器周期的S5P2期间对P3.3引脚采样，若P3.3为低电平，则使IE1置1，否则IE1清0。IT1=1，外中断1为下降沿触发CPU在每一个机器周期的S5P2期间对P3.3引脚采样，若上一
11、个机器周期检测为高电平，紧挨着的下一个机器周期为低电平，则使IE1置1。IT0：外中断0触发方式控制位。功能同IT1,5.2.3 与中断相关的寄存器,IE1：外中断1中断请求标志位外部中断1引脚有请求信号置1；IE1的清0问题：与外中断的触发方式有关若低电平触发，则P3.3引脚为高电平自动 对IE1清0，与CPU响应与否无关；若下降沿触发，则CPU响应中断后，由硬 件自动对IE1清0。 IE0：外部中断0中断请求标志位功能同IE1。,5.2.3 与中断相关的寄存器,3、中断允许寄存器*IE 可以位寻址，其格式如下：EA（IE.7)：中断允许总控位。也叫CPU中断控制位EA=0，屏蔽所有的中断请
12、求；EA=1，开放中断总控制位。 其它各位：T2 S T1 EX1 T0 EX0设置为0，禁止相应的中断；设置为1，允许相应的中断。,5.2.3 与中断相关的寄存器,例5-1 假设允许INT0、INT1、T0、T1中断，试设置IE的值。 解：（1）用C语言 字节方式操作：IE=0x8f； C语言位方式操作：EX0=1； /允许外部中断0中断ET0=1； /允许定时/计数器0中断EX1=1； /允许外部中断1中断ET1=1； /允许定时/计数器1中断EA = 1 /开总中断控制,5.2.3 与中断相关的寄存器,（2）用汇编语言 字节方式操作：MOV IE,#8FH 位方式操作指令：SETB EX
13、0 ；允许外部中断0中断SETB ET0 ；允许定时/计数器0中断SETB EX1 ；允许外部中断1中断SETB ET1 ；允许定时/计数器1中断SETB EA ；开总中断控制位,5.2.3 与中断相关的寄存器,4、中断优先级控制寄存器*IPMCS-51增强单片机的6个中断源，每个都有两个优先级：高优先级和低优先级。IP复位后为00H。其格式如下图所示：设置为0，相应中断为低优先级；设置为1，相应中断为高优先级,5.2.3 与中断相关的寄存器,中断优先级规则： （1）同优先级中断优先规则 多个中断同时请求响应次序（即优先次序）:外中断0T0外中断1T1串行口T2 多个中断不同时请求：不能够嵌套
14、中断 （2）不同优先级中断优先规则 多个中断同时请求：先响应高级中断请求 多个中断不同时请求：高级中断请求能够打断低级中断服务，实现中断嵌套。,5.2.3 与中断相关的寄存器,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,思考：当系统正在处理定时器0中断服务程序时，定时器1和外部中断0有中断请求，描述CPU的中断处理过程？,图5-2 增强型单片机的中断系统结构,IE0,PX0,EA,EX0,1,1,0,ET0,EX1,ET1,ES,IT0=0,TF0,IE1,1,TF1,TI,RI,T0,T,1,INT1,TX,RX,TCON,IE,IP,各中断,源允许,优先级,INT0,+,PT0,1,0,PX1
15、,1,0,PT1,1,0,PS,1,0,PT2,1,0,ET2,+,TF2,EXF2,T,2,T2EX,总允许,中断,矢量地址,中断,向量地址,硬件查询中断信号,PC,PC,自,然,优,先,级,自,然,优,先,级,高,级,中,断,请,求,低,级,中,断,请,求,IT0=1,IT1=0,IT1=1,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,例5-2 设串行口和三个定时器T0、T1、T2的中断为高优先级，两个外部中断为低优先级，试设置IP的值。 解：C语言程序 （1）按字节操作IP=0x3a； /0x3a：0011 1010 （2）按位操作 PX0=0; PX1=0; PT0=1; PT1=1; P
16、S=1; PT2=2;,5.2.2 MCS-51单片机的中断源,汇编语言程序： （1）使用字节操作指令：MOV IP,#3AH （2）使用位操作指令： CLR PX0 ；设置外部中断0为低级中断 CLR PX1 ；置外部中断1为低级中断 SETB PT0 ；置定时器/计数器0为高级中断 SETB PT1 ；置定时器/计数器0为高级中断 SETB PS ；置串行口中断为高优先级 SETB PT2 ；置定时器/计数器2为高级中断由于复位后IP=00H，外部中断在此可以不设置。,5.3 中断响应及处理过程,本节内容5.3.1 中断响应过程 5.3.2 中断处理和返回过程,中断处理过程一般分为三个阶段
17、：中断响应、中断处理、中断返回。,5.3.1 中断响应过程,讨论：响应条件、响应过程、响应时间。 一、中断响应条件 （1）中断源有中断请求； （2）中断总允许位EA为1； （3）相应中断源的中断控制位为1；在满足以上条件的基础上，有可能响应中断。以上是中断响应的基本条件、必要条件。 若有下列任何一种情况存在，其中断请求不能响应。,5.3.1 中断响应的过程,若有下列任何一种情况，其中断请求不能响应。 可能会遇到的情况： （1）CPU正在执行同级或高优先级的中断服务程序； （2）正在执行的指令尚未执行完； （3）正在执行RETI指令，或者对IE、IP进行读/写操作，则这些执行完后，需要再执行一条
18、指令，才能响应中断请求。前者是必须清楚的，而后者可以不予理会，不必考虑。,5.3.1 中断响应的过程,二、中断响应过程在中断响应过程中，MCS-51进行如下操作：1、查询中断源并置标志CPU在每个机器周期的S5P2期间，顺序对中断源查询、置中断请求标志。2、查询中断标志CPU在每个周期的S6状态，按优先级顺序查询中断标志，但本周期所置标志下次才能查到。,5.3.1 中断响应的过程,3、响应中断在查询中断标志后（也即请求后）的下一周期，开始按优先级顺序进行中断处理。中断响应过程的操作步骤：PC的内容（即断点地址）进栈。先低位地址，后高位地址。硬件自动生成长调用指令LCALL addr16, ad
19、dr16为各中断源的中断程序入口地址。将中断源的中断入口地址装入程序计数器PC，执行中断服务程序。,5.3.1 中断响应过程,三、中断响应的时间一般来说，中断的响应时间最短为3个机器周期，最长为8个机器周期。一般中断请求标志位查询占1个机器周期。而机器周期又恰好是指令的最后一个机器周期。执行此指令后，CPU将响应中断，产生硬件长调用指令。长调用LCALL指令需要2个机器周期。这样，中断响应时间为3个机器周期。,5.3.1 中断响应过程,响应时间最长的情况（8周期）：CPU正在执行的是RETI指令、或访问IP、IE指令； 如果其后恰好是4个机器周期的指令MUL、或DIV) 。 加上执行长调用指令
20、LCALL所需2个机器周期，则需要8个机器周期。如果中断请求遇到执行高级中断服务程序，其响应时间会更长。查询中断标志+执行长调用LCALL+ RETI等指令+ 4个机器周期的指令,1,2,1,4,5.3.2 中断处理和返回过程,一、中断服务程序一般包括四部分内容:保护现场(用PUSH使相关寄存器进栈，可关中断)中断处理程序恢复现场(用POP使相关寄存器出栈，可开中断)中断返回（RETI）现场： 是指中断发生时单片机中存储单元、寄存器、特殊功能寄存器中的数据或标志位等。例如A、B、Rn、PSW、DPTR等,5.3.2 中断的处理和返回过程,保护的方法可以有以下几种： 进栈（使用PUSH、POP）
21、切换工作寄存器组暂存内部存储器单元多使用堆栈方法，PUSH、POP成对使用。,5.3.2 中断处理和返回过程,二、中断返回使用RETI指令RETI指令包含两个功能：（1）将相应的优先级状态触发器清0，以开放同级或低级的中断请求；（2）从堆栈把断点地址弹出，送给程序计数器PC ，返回中断前指令执行。注意：不能用RET指令代替RETI指令。,5.4 中断应用举例,主要内容1、中断程序的组织结构 2、中断的初始化过程 3、中断服务程序的设计 4、中断程序举例,5.4 中断应用举例,一、程序组织的一般结构：ORG 0000HLJMP MAINORG 0003HLJMP INT_EX0 ORG 0030
22、H MAIN: ;主程序区;进行初始化SJMP $ ;等待中断 INT_EX0： ;外部中断0服务子程序RETI,5.4 中断应用举例,二、中断初始化的内容在中断之前，需要对相关特殊功能寄存器设置，主要操作有：设置中断优先级设置中断触发方式（外中断）清除中断请求标志（对串行口、T2）开中断源中断开中断总控制位,5.4 中断应用举例,三、中断处理程序设计保护、恢复现场时关闭中断对于低优先级中断，有可能嵌套高优先级中断。在保护现场或恢复现场时，总是不希望发生中断，因此在保护和恢复现场时关闭中断。方法是：EA清0 （关CPU中断） 在保护现场后、恢复现场后，开中断。 方法是：EA置1（开CPU中断）
23、,5.4 中断应用举例,例5-3 如图5-9所示，将P1口的P1.4P1.7作为输入位，P1.0P1.3作为输出位。要求利用89C52将开关所设的数据读入单片机内，并依次通过P1.0P1.3输出，驱动发光二极管，以检查P1.4P1.7输入的电平情况（若输入为高电平则相应的LED亮）。要求外中断用边沿触发方式，中断一次，完成一次读/写操作。,5.4 中断应用举例,双稳态电路去抖动,S1与1连输出高，与2连则输出低,1,0,74LS07,5.4 中断应用举例,分析：在图5-9中，用外部中断0，中断请求从P3.2输入，并采用双稳态电路去抖动。当P1.0P1.3的某一位输出为0时，相应的发光二极管就会
24、发光。当开关S1来回拨动一次时，将产生一个下降沿信号，发出中断请求。 C语言程序 ： #include void main(void) IT0=1; /设置边沿触发方式EX0=1; /允许外部中断0中断 EA=1; /开CPU中断while(1); /等待中断 ,5.4 中断应用举例,void main(void) IT0=1; /设置边沿触发方式EX0=1; /允许外部中断0中断 EA=1; /开CPU中断while(1); /等待中断 void int0_int(void) interrupt 0 unsigned char data d;P1=0xff; /设P1.4P1.7为输入d=P
25、1; /取开关数P1=(d4); /驱动LED发光 ,5.4 中断应用举例,汇编程序：ORG 0000HSJMP MAIN ;上电，转向主程序ORG 0003H ;外部中断0入口地址SJMP INSER ;转向中断服务程序ORG 0030H ;主程序 MAIN： SETB EX0 ;允许外部中断0中断SETB IT0 ;选择边沿触发方式SETB EA ;CPU开中断SJMP $ ;等待中断,5.4 中断应用举例,INSER： ;中断服务程序MOV P1,#0F0H ;设P1.4P1.7为输入MOV A,P1 ;取开关数据SWAP A ;A的高、低四位互换CPL A ;A的值取反MOV P1,A
26、 ;输出驱动LED发光RETI ;中断返回END,5.4 中断应用举例,例5-4 对图5-10所示的单片机系统进行编程，实现系统的故障显示。当系统的各部分正常工作时，4个LED全不亮，当有某个部分出现故障时，使相应的发光二极管亮。,4002,5.4 中断应用举例,C语言程序清单： #include sbit P1_0=P10; sbit P1_1=P11; void main() P1=0x55; /P1.0，P1.2，P1.4，P1.6/为输入，其他引脚输出EX0=1; /允许外部中断0中断IT0=1; /选择边沿触发方式EA=1; / CPU开中断while (1); /等待中断 ,sbi
27、t P1_2=P12; sbit P1_3=P13; sbit P1_4=P14; sbit P1_5=P15; sbit P1_6=P16; sbit P1_7=P17;,5.4 中断应用举例,void int0_serv() interrupt 0 if (P1_0) P1_1=1;if (P1_2) P1_3=1;if (P1_4) P1_5=1;if (P1_6) P1_7=1; ,中断服务程序也可写为： void int0_serv() interrupt 0 unsigned char data d;P1=0x55;d=P1;P1=0x55(d1); ,5.4 中断应用举例,汇编程
28、序清单：ORG 0000HLJMP MAIN ;上电，转向主程序ORG 0003H ;外部中断0入口地址LJMP INSER ;转向中断服务程序 MAIN:MOV SP,#0DFH ;设置堆栈指针ANL P1,#55H ;P1.0，P1.2，P1.4，P1.6;为输入，其他引脚为输出SETB EX0 ;允许外部中断0中断SETB IT0 ;选择边沿触发方式SETB EA ;CPU开中断SJMP $ ;等待中断,5.4 中断应用举例,INSER:JNB P1.0,L1 ;查询中断,P1.0=0,转L1SETB P1.1 ;是P1.0引起的中断，;使相应的二极管亮 L1: JNB P1.2,L2
29、;继续查询SETB P1.3 ;是P1.2引起的中断 L2: JNB P1.4,L3SETB P1.5 ;是P1.4引起的中断 L3: JNB P1.6,L4SETB P1.7 ;是P1.6引起的中断 L4: RETI ;中断返回END,本章小结,本章介绍了中断的基本概念，中断系统的逻辑结构，中断控制的过程、以及中断的应用。89C52单片机内部有6个中断源，它们分别是外部中断0、外部中断1、定时器0、1、2中断和串行口中断。对应8个中断标志，6个中断允许和优先级控制位。不同中断源有不同的中断入口地址，读者在编制程序时一定要注意正确区分中断源，从而保证中断功能的正确实现。,作 业,2、3、4 5、15,
