1、单片机的定时与中断系统,中断系统：包含中断源、中断方式、中断控制寄存器、中断响应和中断请求的撤除。,本章主要内容,定时/计数器：包含定时/计数器的定时和计数功能 、定时/计数器的控制寄存器、工作方式及其应用。,单片机在某一时刻只能处理一个任务，当多个任务同时要求单片机处理时，这一要求应该怎么实现呢？通过中断可以实现多个任务的资源共享。,MCS-51的中断系统,看书,电话 铃响,接电话,继续 看书,中断响应,中断返回,中断请求,中断的基本概念,主程序,断点,执行中断服务（或处理）子程序,继续执行程序,中断响应,中断返回,中断请求,中断的基本概念,所谓的中断就是，当CPU正在处理某项事务的时候，如
2、果外界或者内部发生了紧急事件，要求CPU暂停正在处理工作而去处理这个紧急事件，待处理完后，再回到原来中断的地方，继续执行原来被中断的程序，这个过程称作中断。,中断的定义,实现这种功能的部件称为中断系统（中断机构）。产生中断的请求源称为中断源。中断过程中又有中断发生称为中断嵌套。 中断执行的程序称为中断服务子程序。,中断功能强弱是计算机性能优劣的重要标志 提高CPU效率 解决速度矛盾 实现并行工作 实时处理 应付突发事件,中断源是指在计算机系统中向CPU发出中断请求的来源。,MCS-51的中断系统中断源,8051单片机有5个中断源：,外部中断源：外部中断0（INT0 ）外部中断1（INT1 ）,
3、内部中断源：定时/计数中断0（T0）定时/计数中断1（T1） 串行中断,1. 外部中断源,外部中断请求两种方式：电平触发方式（低电平有效）下降沿触发方式（脉冲的下降沿有效，至少要维持一个机器周期）,2. 内部中断源,定时/计数中断0（T0）：定时/计数发生溢出时，产生中断请求。 定时/计数中断1（T1）：定时/计数发生溢出时，产生中断请求。,串行中断：为完成串行数据传送而设置。单片机完成接受或发送一组数据时，产生中断请求。,说明：外部中断源中断请求需设置，而内部中断源中断请求不需设置，自动产生。,MCS-51的中断系统中断标志,CPU,主程序,INT0,INT1,T0,T1,串口,IE0,TF
4、0,IE1,TF1,中断源,中断标志位,每一个中断源都有相应的中断标志位；某一个中断源申请中断，相应中断标志位置1。,MCS-51的中断系统中断允许,CPU,主程序,INT0,INT1,T0,T1,串口,IE0,TF0,IE1,TF1,中断源,中断标志位,EA总中断允许位，EA=1开放所有中断，EA=0，禁止所有中断；某一个中断源还有相应的中断允许位，1允许相应中断源的中断，0禁止相应中断源的中断。,中断允许,ES,ET0,EX0,EX1,ET1,EA,MCS-51的中断系统中断优先级,CPU,主程序,INT0,INT1,T0,T1,串口,IE0,TF0,IE1,TF1,中断源,中断标志位,单
5、片机中有两个中断优先级，即高优先级中断和低优先级中断，前者优先权高于后者（在程序中设置，相应位=1，为高优先级）；同一优先级别的中断源按照自然优先级顺序确定优先级别（硬件形成，无法改变）。,中断允许,ES,ET0,EX0,EX1,ET1,EA,自然优先级,优先控制,PS,PT0,PX0,PX1,PT1,IE0,TCON,SCON,TF0,IE1,TF1,T0,T1,TI,RI,TXD,RXD,ES,ET0,EX0,EX1,ET1,EA,自然优先级,矢量地址,高级中断请求,自然优先级,矢量地址,低级中断请求,PX0,PT0,PX1,PT1,PS,IE,IP,MCS-51的中断系统结构图,中断标志
6、位,中断源允许,总允许,中断优先级,表 5.1 8051 中 断 源,定时器控制寄存器（TCON） 串行口控制寄存器（SCON） 中断允许控制寄存器（IE） 中断优先级控制寄存器（IP）,中断控制寄存器（4个）：,TCON,T1溢出中断标志(TCON.7):T1启动计数后，计满溢出由硬件置位TF1=1，向CPU请求中断，此标志一直保持到CPU响应中断后，才由硬件自动清0。也可用软件查询该标志，并由软件清0。,1.定时器控制寄存器（TCON）,计数溢出标志位的使用有两种情况： 采用中断方式时，作中断请求标志位来使用； 采用查询方式时，作查询状态位来使用。,TCON88H,外部中断INT1中断标志
7、位(TCON.3) :IE11，外部中断1向CPU申请中断,外部中断INT1触发方式控制位(TCON.2)：IT1=0，电平触发方式IT1=1, 下降沿触发方式,IE0和IE1外中断请求标志位,返回,TI (SCON.1)串行发送中断标志。RI (SCON.0)串行接收中断标志。,SCON98H,注意：该寄存器可以位寻址。,2.SCON寄存器,TI串行口发送中断请求标志位当发送完一帧串行数据后，由硬件置“1”；在转向中断服务程序后，用软件清“0”。,RI串行口接收中断请求标志位当接收完一帧串行数据后，由硬件置“1”；在转向中断服务程序后，用软件清“0”。串行中断请求由TI和RI的逻辑或得到。,
8、其中与中断有关的控制位共2位：,IE A8H,例：允许定时器T0中断：SETB EASETB ET0 或 MOV IE，#82H,（3）中断允许寄存器IE,（4）中断优先级控制寄存器（IP）,MCS-51有两个优先级,1为高,0为低 字节地址:B8H 位地址： 0BFH0B8H,51单片机有两个中断优先级高级和低级专用寄存器IP为中断优先级寄存器，用户可用软件设定相应位为1，对应的中断源被设置为高优先级，相应位为0，对应的中断源被设置为低优先级系统复位时，均为低优先级,IP B8H,对同时发生多个中断申请时： 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
9、序执行 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,中断优先级处理原则,自然优先级:,INT0 高 T0 INT1 T1 RI/TI 低,CPU正在执行,低中断源,高中断源,RETI,RETI,中断控制寄存器汇总,例如, 某软件中对寄存器IE、 IP设置如下:MOV IE,#00HMOV IE, 8FH(10001111B)MOV IP, 06H(00000110B)SETB EA; SETB EX0;SETB ET0;SETB EX1;SETB ET1;CLR ES,中断设计举例,则此时该系统中: CPU中断允许; 允许外部中断0、外部中断1、定时
10、器 /计数器0、定时器/计数器1提出的中断申请; 允许中断源的中断优先次序为: 定时器/计数器0外部中断1外部中断0定时器/计数器1。,在中断服务程序编程时,首先要对中断系统进行初始化,也就是对几个特殊功能寄存器的有关控制位进行赋值。 初始化的内容包括：(1)开总中断和相应中断源的中断(2)设置所用中断源的优先级;(3)若是外部中断,则应规定是低电平触发还是下降沿触发。,中断初始化,例1：若规定外部中断1为电平触发方式,高优先级,试写出有关的初始化程序。SETB EA ;开中断SETB EX1 ;允许外中断1中断SETB PX1 ;外中断1定为高优先级CLR IT1 ;电平触发,例2：使用外部
11、中断0（INT0）和外部中断1（INT1）， INT1为高优先级，电平触发方式， INT0为低优先级，下降沿触发方式。,则初始化程序如下：,MOV IP, #04H MOV TCON, #01H MOV IE, #85H,MOV IP, #04H MOV TCON, #01H SETB EA SETB EX0 SETB EX1,或使用位操作指令如下：,中断处理过程,中断处理过程分为三个阶段：中断响应、中断处理和中断返回。中断响应中断处理(又称中断服务)中断返回中断请求的撤除,中断响应条件:, 有中断源发出中断请求。 中断总允许位EA = 1。 申请中断的中断源允许。,满足以上基本条件，CPU一
12、般会响应中断。,aCPU正在响应同级或高优先级的中断。 b当前指令未执行完。 c正在执行RETI中断返回指令或访问专用寄存器IE和IP的指令。,但若有下列任何一种情况存在，则中断响应会受到阻断。,一、中断响应过程,CPU在每个机器周期的S5P2期间采样中断请求信号。,1.采样：,如果有中断请求，将中断请求信号锁定到相应的请求标志位（TCON中）。,2.锁定：,在S6P2状态按一定的顺序（INT0、T0、 INT1、 T1、 RI/TI）查询请求标志，并将有效的中断请求按优先级次序排好。,3.查询：,如果查询到某标志位为“1” （在TCON中），硬件自动产生一条LCALL指令，转到相应的中断入口
13、地址（也称中断向量或中断矢量）。,4.产生LCALL指令：,程序存储器ROM,0000H：复位后，程序的入口地址(PC=0000H),0023H：串行口中断入口,0003H：外部中断0入口,000BH：定时器0溢出中断入口,0013H：外部中断1入口,001BH：定时器1溢出中断入口,002AH,使用时，通常在这些入口地址处存放一条跳转指令，使程序跳转到用户安排的中断服务子程序起始地址上去！,中断源 入口地址,INT0 0003H T0 000BH INT1 0013H T1 001BH RI/TI 0023H,特别注意：这些工作是硬件自动完成的！,如：ORG 0003HLJMP INTT0I
14、NTT0: 中断服务子程序RETI,5.中断入口地址安排跳转指令：,二、中断处理,中断服务程序从中断子程序入口地址开始执行，直到返回指令RETI为止，这个过程称为中断处理(或中断服务)。 中断服务子程序一般包括两部分内容，一是保护和恢复现场，二是处理中断源的请求。,入口地址,RETI,中断处理,INTT0: PUSH ACCPUSH DPHPUSH DPLPUSH PSW中断源服务POP PSWPOP DPLPOP DPHPOP ACCRETI,保护现场,恢复现场,三、中断返回,中断返回是指中断服务完后，计算机返回到原来暂停的位置(即断点)，继续执行原来的程序。中断返回由专门的中断返回指令RE
15、TI来实现。,RETI指令功能：把断点地址取出，送回到程序计数器PC中去。另外，它还通知中断系统已完成中断处理，将清除优先级状态触发器。特别注意：不能用RET指令代替RETI指令！,程序存储器ROM,0000H：复位后，程序的入口地址(PC=0000H),0023H：串行口中断入口,0003H：外部中断0入口,000BH：定时器0溢出中断入口,0013H：外部中断1入口,001BH：定时器1溢出中断入口,002AH,包含T0中断服务子程序的程序结构：ORG 0000HAJMP MAINORG 000BHAJMP INTT0ORG 0100H MAIN: . INTT0:.RETIEND,AJM
16、P MAIN,AJMP INTT0,中断请求的撤销,外中断包括：边沿触发方式 和电平触发方式,一、外部中断的撤销,1.边沿触发方式 （自动撤销） 中断响应完由硬件自动将中断标志位（IE0或IE1 ）清0。,电平触发外部中断撤除方法较复杂。因为在电平触发方式中，CPU响应中断时不会自动清除IE1或IE0标志，所以在响应中断后应立即撤除INT0或INT1引脚上的低电平。 在硬件上，CPU对INT0和INT1引脚的信号不能控制，所以这个问题要通过硬件，再配合软件来解决。,2.电平触发方式,图 撤除外部中断请求的电路,当CPU响应中断后，可在中断服务程序中采用两条指令：CLR P1.0SETB P1.
17、0 （或 ANL P1，#0FEHORL P1，#01H ） 来撤除外部中断请求。,即：定时中断标志位（TF0或TF1 ）清0（中断响应完由硬件自动清0。）,二、定时中断的撤销（自动撤销）,即：串行中断标志位（TI或RI ）清0。,三、串行中断的撤销,中断响应后，还需测试这两个标志位的状态，以判定是接收操作还是发送操作，然后才能清除。,串行中断请求的撤销使用软件方法，在中断服务子程序中进行。,在中断服务程序编程时,首先要对中断系统进行初始化,也就是对几个特殊功能寄存器的有关控制位进行赋值。具体来说,就是要完成下列工作：(1)开中断和允许中断源中断(2)确定各中断源的优先级;(3)若是外部中断,
18、则应规定是电平触发还是边沿触发。,中断程序举例,例1：若规定外部中断1为边沿触发方式, 在中断服务程序中将寄存器B的内容左环移一位。试编写主程序与中断服务程序。 ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H LJMP INTT1 ;中断服务程序转至INTT1处,MAIN:SETB EA ;开中断SETB EX1 ;允许外中断1中断SETB IT1 ;边沿触发MOV B,0FEH ;设B的初值SJMP $ ;暂停等待中断 INTT1: MOV A,B ;ABRL A ;左环移一位MOV B,A ;回送(MOV P1，A) ;输出到P1口RETI ;中断返回,此例的实际意义：在INT
19、1引脚接一个脉冲按钮，每按一下按钮就申请一次中断，中断服务则是：依次点亮八盏灯中的一盏。,ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HLJMP INTT0ORG 0013HLJMP INTT1,例2:当外中断0响应时，由P1.2口输出点亮灯,当外中断1响应时，由P1.2口输出熄灭灯。,ORG 0030H MAIN: SETB EASETB EX0 SETB EX1SETB IT0SETB IT1 SJMP $,INTT0: CLR P1.2RETI INTT1: SETB P1.2RETIEND,ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HLJMP INTT0ORG 001
20、3HLJMP INTT1,例3:无中断时，灯全亮，当外中断0响应时，低四位灯亮,当外中断1响应时，高四位灯亮。,ORG 0030H MAIN: MOV SP,#60HMOV P1,#00HSETB EASETB EX0 SETB EX1SETB IT0SETB IT1SJMP $,INTT0: PUSH P1MOV P1,#0F0HPOP P1RETI INTT1: PUSH P1MOV P1,#0FHPOP P1RETIEND,1.无中断时，灯循环亮，当外中断0响应时，低四位灯亮,当外中断1响应时，高四位灯亮。,思考:,ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HLJMP INTT
21、0ORG 0013HLJMP INTT1,ORG 0100H MAIN: MOV P1,#FEHMOV R7,#07HMOV SP,#60H LOOP: MOV A,P1RL AMOV P1,ADJNZ R7,LOOP,SETB IT0SETB EASETB EX0 SETB EX1SJMP $,ORG 1000H INTT0: PUSH P1MOV P1,#0F0HACALL DELAYPOP P1RETI,INTT1: PUSH P1MOV P1,#0FHACALL DELAYPOP P1RETIEND,注明:DELAY为延时程序。,2.无中断时，奇偶灯每隔1S交替闪烁亮，当外中断0响应时
22、，低四位灯亮,当外中断1响应时，高四位灯亮。,思考:,3.无中断时，灯全亮，当外中断0响应时，灯左移亮,当外中断1响应时，灯右移亮。（设初值为7FH）,思考:,ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HLJMP INTT0ORG 0013HLJMP INTT1,ORG 0100H MAIN: MOV SP,#60HMOV R7,#7FHMOV R6,#7FHSETB IT0SETB EASETB EX0 SETB EX1 LP: MOV P1,#00H SJMP LP,ORG 1000H INTT0: PUSH P1 LOOP: MOV A,R6RL AMOV R6,AMOV P1
23、,R6 POP P1RETI,ORG 2000H INTT1: PUSH P1 LOOP: MOV A,R7RR AMOV R7,AMOV P1,R7 POP P1RETIEND,1.无中断时，灯全亮，当外中断0响应时，灯每隔1S左移循环亮,当外中断1响应时，灯每隔1S右移循环亮。,实验:,补充：外部中断源扩展,INT1服务程序:,INT1:PUSH PSWPUSH ACCJNB P1.0,PIT0JNB P1.1,PIT1JNB P1.2,PIT2 INTR:POP ACCPOP PSWRETI,PIT0: AJMP INTR PIT1: AJMP INTR PIT2: AJMP INTR,
