任務(wù)34中斷的原理及實現(xiàn)

1、3.2 中斷的概念和應(yīng)用任務(wù)3.4 中斷的概念和應(yīng)用3.4.1 任務(wù)介紹中斷和定時器是單片機中最重要的資源之一，中斷功能的存在很大程度上提高了單片機處理外部或者內(nèi)部事件的能力。什么是中斷，我們從一個生活中的例程引入。你正在家中看書，突然電話鈴響了，你放下書本，去接電話，和來電話的人交談，然后放下電話，回來繼續(xù)看你的書。這就是生活中的“中斷”的現(xiàn)象，就是正常的工作過程被突如其來的事件打斷了。本節(jié)的任務(wù)是：單片機外接兩個兩個發(fā)光二極管和一個按鍵，其中一個發(fā)光二極管以0.5Hz的頻率閃爍，另外一個發(fā)光二極管，按鍵每按下一次改變一下狀態(tài)，按鍵用采用外部中斷的方式。3.4.2知識準備1、中斷的基本概念（

2、1）單片機中為什么需要中斷我們先根據(jù)之前學(xué)過的知識試著編寫一下任務(wù)要求的程序，程序如下：/.省略了程序開頭部分while(1) LED1=1; /LED1滅DelayMs(1000); /延時1000msLED1=0; /LED1亮DelayMs(1000); /延時1000msif(KeyInput=0) /檢測按鍵是否按下 DelayMs(10); /10ms延時消抖 if(KeyInput=0) /再次判斷按鍵是否按下 LED2=!LED2; /按鍵按下，LED2狀態(tài)取反 while(!KeyInput); /等待按鍵彈起 燒錄到單片機后，我們發(fā)現(xiàn)程序運行的效果并非和我們想象中的一樣，如

3、果按鍵不按下，LED1閃爍正常，按鍵按下，LED1不再閃爍，直到按鍵彈起。LED2也并非是每次按鍵按下都改變狀態(tài)，按鍵有的時候沒有檢測到。我們先來分析一下按鍵為什么沒有檢測到的原因。主程序中有兩個任務(wù)，任務(wù)1：LED1以2Hz頻率閃爍，任務(wù)2：按鍵按下LED2狀態(tài)取反。這兩個任務(wù)在大循環(huán)中順序運行，即任務(wù)1執(zhí)行完后，才能執(zhí)行任務(wù)2。LED1閃爍一次需要2000ms（亮1000ms+滅1000ms），按鍵按下到彈起來大約需要200ms-500ms左右。如果程序剛開始執(zhí)行任務(wù)1，這個時候按鍵也按下了，那么按鍵所對應(yīng)的任務(wù)2必須等待任務(wù)1執(zhí)行完了，才能執(zhí)行。任務(wù)1執(zhí)行完了，2000ms過后，再掃描按

4、鍵，按鍵早就釋放了，本次按鍵無效。我們的生活中也會遇到這樣的問題，以接電話為例。你正在看著書，如果沒有別的事情會一直看下去，這個時候電話響了，如果我們按照程序的思路，任務(wù)1執(zhí)行完了，才能執(zhí)行任務(wù)2，那么我們只有把書看完了，才能去接電話，這顯然是不合理的。我們把所有需要處理的事件都放到大循環(huán)while(1)中去一個個的執(zhí)行的方式是行不通的，一些緊急的事件必須立即處理，不能等待。中斷就具有處理緊急事件的能力。（2）中斷的響應(yīng)過程正在看書，這是電話鈴響了，在接電話之前，我們要把正在看的那一頁書做個標記，接完電話后后我們按照之前的標記繼續(xù)看書。單片機響應(yīng)中斷的過程和看書接電話的過程類似。中斷事件產(chǎn)生后

5、，首先要保存當前執(zhí)行程序的地址，然后再去執(zhí)行中斷函數(shù)，中斷函數(shù)執(zhí)行完后，再從保存的地址處開始執(zhí)行程序。（3）中斷的種類傳統(tǒng)的8051單片機一共有5個中斷源（DIP封裝的STC89C52有6個中斷），它們的符號、名稱和產(chǎn)生的條件分別解釋如下：INT0：外部中斷0，由P32端口引入，低電平或下降沿引起。：INT1：外部中斷1，由P33端口引入，低電平或下降沿引起。：T0：定時/計數(shù)器0中斷，由定時/計數(shù)器0溢出引起。：T1：定時/計數(shù)器1中斷，由定時/計數(shù)器1溢出引起。：TI/RI：串行口中斷，由串行口發(fā)送或者接受一幀數(shù)據(jù)引起。本節(jié)當中我們只關(guān)注兩個外部中斷，定時器和串口的中斷在后面的章節(jié)會詳細介

6、紹。（4）中斷優(yōu)先級和嵌套在某些時刻，2個或者更多個中斷同時到來，單片機應(yīng)該響應(yīng)哪一個中斷呢？設(shè)想一下，你正在看書，電話鈴響了，同時又有人按了門鈴，你該先做那樣呢？如果你正在等一個很重要的電話，你一般不會去理會門鈴的，而反之，你正在等一個重要的客人，則可能就不會去理電話了。總之這里存在一個優(yōu)先級的問題，單片機的5個中斷也有優(yōu)先級，即兩個以上的中斷同時觸發(fā)，CPU先響應(yīng)哪一個。另外還可能存在這樣一種情況，你正在看書，電話鈴響了，去接電話，在接電話的過程當中，這時又有人按門鈴，我們的做法是先暫停通話，打開門，然后再接聽電話，接聽電話完后再繼續(xù)看書。一個正在執(zhí)行的中斷任務(wù)被另外一個級別更高的中斷任務(wù)

7、打斷，稱之為中斷的嵌套。51單片機的優(yōu)先級有兩大類：高優(yōu)先級和低優(yōu)先級，如果不對優(yōu)先級做任何的設(shè)置，系統(tǒng)默認的是低優(yōu)先級。在同類優(yōu)先級中，也有一個先后順序，稱為自然優(yōu)先級。在51單片機中自然優(yōu)先級的順序為，外部中斷0 > 定時/計數(shù)器0 > 外部中斷1 > 定時/計數(shù)器1 > 串口。在同類優(yōu)先級中，當同時有幾個中斷到達，自然優(yōu)先級高的中斷會先得到響應(yīng)，但不能實現(xiàn)中斷的嵌套，例如，定時/計數(shù)器0和外中斷0同為低優(yōu)先級，當它們同時到來時，由于外部中斷0 > 定時/計數(shù)器0，系統(tǒng)先進入到外部中斷0的程序，然后再執(zhí)行定時/計數(shù)器0的中斷程序。要想實現(xiàn)中斷的嵌套，中斷A能打

8、斷中斷B的執(zhí)行，則中斷A和中斷B不能在同一類型優(yōu)先級中，中斷A應(yīng)設(shè)置為高優(yōu)先級，中斷B設(shè)置為低優(yōu)先級。例如：串口中斷在同類優(yōu)先級中的排位是最低的，但如果把串口中斷設(shè)置為高優(yōu)先級，而其他中斷設(shè)為低優(yōu)先級，則串口中斷不僅可以在兩個中斷到來時優(yōu)先執(zhí)行，而且可以在別的中斷正在運行時，打斷別的中斷轉(zhuǎn)而執(zhí)行串口中斷。2、中斷的寄存器配置51單片機中斷系統(tǒng)框圖可用圖3.4.1來表示。圖3.4.1 51單片機中斷系統(tǒng)框圖中斷的系統(tǒng)框圖分為幾個部分:1 系統(tǒng)框圖的前半部分是5個中斷源及對應(yīng)的觸發(fā)標志。5個中斷源分別是外部中斷0()、定時器0（T0）、外部中斷1（）、定時器1（T1）和串口中斷（TI或RI）。對應(yīng)

9、的觸發(fā)標志分別為IE0、TF0、IE1、TF1和TI（RI），分別放在TCON和SCON寄存器當中，中斷沒有觸發(fā)，這些中斷觸發(fā)標志位置0，中斷觸發(fā)，則對應(yīng)的中斷觸發(fā)標志置1。2 系統(tǒng)框圖的后半部分是中斷的優(yōu)先級配置和中斷的響應(yīng)請求。5個中斷的優(yōu)先級配置位分別是PX0、PT0、PX1、PT1和PS，置1為高優(yōu)先級，置0或者默認為低優(yōu)先級，這些位在寄存器IP中。需要注意的是，這些位不可單獨位尋址，舉個例子：設(shè)置外部中斷0的優(yōu)先級為高優(yōu)先級，不能在程序中，寫成PX0=1，而應(yīng)該是對寄存器IP配置，即IP=0x01。中斷觸發(fā)后，根據(jù)優(yōu)先級的配置，向CPU申請響應(yīng)。3 系統(tǒng)框圖的中間部分是中斷的允許開關(guān)

10、。前面部分中斷觸發(fā)后，要得到后面CPU的響應(yīng)，必須把中間部分的開關(guān)合上去，即通常說的“開中斷”。中斷開關(guān)又分兩級，即總開關(guān)EA和每一個中斷源各自的開關(guān)（分別是EX0、ET0、EX1、ET1和ES），這些位的配置在于寄存器IE中，置0關(guān)中斷，置1開中斷，初始化為置0。這些位可以單獨尋址，舉例例子：開外部中斷0，程序應(yīng)該這樣配置：EA=1； /開總中斷EX0=1；/開外部中斷0IE寄存器和IP寄存器具體各個位的關(guān)系如表3.4.1和表3.4.2所示。表3.4.1 IP寄存器和IE寄存器位配置表位序號D7D6D5D4D3D2D1D0IE（開關(guān)）EAESET1EX1ET0EX0IP(優(yōu)先級)PSPT1P

11、X1PT0PX0說明總開關(guān)串口定時器1外中斷1定時器0外中斷03、外部中斷的特點和中斷服務(wù)函數(shù)的編寫51單片機有和兩個外部中斷源，分別由外部引腳P32和P33上的電平變化或狀態(tài)變化作為中斷觸發(fā)信號。（1）外部中斷觸發(fā)方式51單片機的外部中斷有兩種觸發(fā)方式：一種是電平觸發(fā)方式，另外一種是下降沿觸發(fā)方式。低電平觸發(fā)的特點是只要外中斷輸入引腳P32或P33保持低電平，將會一直產(chǎn)生中斷申請。下降沿觸發(fā)的特點是當檢測到外中斷輸入引腳P32或P33由高電平跳變到低電平的瞬間時產(chǎn)生中斷申請。外中斷觸發(fā)方式的選擇在TCON寄存器中配置，如表3.4.3所示。表3.4.3 TCON寄存器位配置表 定時/計數(shù)器 外

12、中斷位序號D7D6D5D4D3D2D1D0位符號TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0說明定時器1溢出標志位定時器1運行控制位定時器0運行控制位定時器0運行控制位外中斷1請求標志位外中斷1觸發(fā)方式選擇位外中斷0請求標志位外中斷0觸發(fā)方式選擇位TCON寄存器中的高四位用于定時/計數(shù)器，低四位用于外中斷。IE0和IT0屬于外部中斷0，IE1和IT1屬于外中斷1。IT0：外中斷0觸發(fā)方式選擇位：當IT0=0，為低電平觸發(fā)方式；當IT0=1，為下降沿觸發(fā)方式。IE0：外中斷0請求標志位，當觸發(fā)中斷時，IE0由0變1，中斷結(jié)束后IE0自動清零。IT1、IE1同IT0、IE1使用方法相同。（2）

13、中斷服務(wù)函數(shù)的編寫在講解中斷服務(wù)函數(shù)之前，我們先來了解一下中斷現(xiàn)場的保護和恢復(fù)。術(shù)語過于專業(yè)，我們以之前講過的看書接電話為例：看書類比于主程序在執(zhí)行任務(wù)，突然之間接到一個電話，類比于產(chǎn)生了中斷，在去接電話之前，需要把看到的那頁紙張做個標記（把正在看的紙張折一下），給紙張做標記的動作就是中斷現(xiàn)場保護，單片機在去處理中斷前，也需要給主程序中的任務(wù)做個標記，記錄主程序從哪一行暫停和當前運行變量的值。電話接完了，根據(jù)之前的書上的標記接著看書，單片機中斷也是，處理完了中斷任務(wù)后，CPU又從主程序被中斷的哪一行接著運行，這個過程稱為中斷現(xiàn)場的恢復(fù)。我們在用keilC51（高級語言開發(fā)環(huán)境）編寫中斷服務(wù)程序

14、時，不必考慮中斷現(xiàn)場的保護和恢復(fù)，這是由于編譯器在編譯中斷服務(wù)程序時，會在生成的目標代碼中自動加入相應(yīng)的中斷現(xiàn)場保護和恢復(fù)的指令。在keilC51中，中斷服務(wù)程序必須定義成一個特殊的函數(shù)，稱為中斷服務(wù)函數(shù)，函數(shù)按照以下格式定義：void 函數(shù)名() interrupt 中斷號 using 工作組 中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)函數(shù)的前半部分與普通函數(shù)的定義是一樣的，函數(shù)類型 函數(shù)名（）。不同之處在于中斷服務(wù)函數(shù)多了一個關(guān)鍵字interrupt。interrupt用來聲明該函數(shù)為中斷服務(wù)函數(shù)，Interrupt后是中斷向量號，CPU會根據(jù)中斷向量號去計算該中斷在中斷向量表里的位置，然后跳到中斷服務(wù)函數(shù)里，

15、每一個中斷源都會有一個特定的中斷向量號如表3.4.4所示。最后面的“using 工作組”是指這個中斷函數(shù)使用單片機內(nèi)存中4個工作寄存器中的哪一組。C51編譯器在編譯程序時自動分配工作組，我們在編寫程序時通常省略“using 工作組”。 表3.4.4 中斷號中斷名稱外部中斷0定時器0中斷外部中斷1定器1中斷串口中斷中斷號01234三、任務(wù)實施有了以上的知識準備，我們來完成本節(jié)的任務(wù)。按鍵接單片機的P3.2引腳(外部中斷0)，按鍵每按下一次，P3.2的引腳的電平從高電平到低電平變化一次，我們可以利用外部中斷0的下降沿觸發(fā)來完成按鍵的檢測。程序如下：#include<reg52.h>#d

16、efine uchar unsigned char#defien uint unsigned int sbit LED1=P10;sbit LED2=P11; /兩位LED分別接P10和P11 sbit KeyInput=P32; /按鍵接P3.2引腳 /ms級延時子函數(shù)void DelayMs(uint xms) uint i,j;for(i=0;i<xms;i+)for(j=0;j<122;j+);/主函數(shù)void main(void) IT0=1; /下降沿觸發(fā)外部中斷 EX0=1; /使能外部中斷0 EA=1; /使能總中斷 while(1)LED1=1; /LED1滅De

17、layMs(1000); LED2=0; /LED2亮DelayMs(1000); /外部中斷0函數(shù)void EXT0() interrupt 0 EX0=0; /關(guān)外部中斷0DelayMs(10); /消抖延時if(KeyInput=0) led2=!led2; /發(fā)光二極管2狀態(tài)取反 While(!KeyInput); EX0=1; /開外部中斷 程序解釋：（1） 外部中斷觸發(fā)的按鍵程序和查詢按鍵程序相比，按鍵的檢測不需要主程序去處理，而是直接交給了中斷服務(wù)函數(shù)，主函數(shù)只需要完成LED1的閃爍就可以了，一旦按鍵被按下，P3.2口的下降沿觸發(fā)外部中斷0，則CPU立即暫停主程序中的任務(wù)，以最快的速度去執(zhí)行中斷服務(wù)函數(shù)中的按鍵處理程序，中斷服務(wù)函數(shù)執(zhí)行完后，又回到主程序繼續(xù)執(zhí)行。按鍵由查詢方式改為中斷方式后，按鍵檢測的實時性得到了保證，也不會出現(xiàn)檢測不到按鍵按下的現(xiàn)象。（2）