微機原理與應(yīng)用-05 中斷系統(tǒng)

第5章MCS-51的中斷系統(tǒng)主要內(nèi)容中斷的概念中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及中斷控制中斷處理過程外部中斷源的應(yīng)用§5-1中斷的概念

1.輸入輸出方式無條件傳送

不需要測試外部設(shè)備的狀態(tài),CPU可以根據(jù)需要隨時進行數(shù)據(jù)傳送操作查詢傳送CPU在傳輸數(shù)據(jù)之前進行查詢DMA方式 直接存儲器存取方式，CPU讓出數(shù)據(jù)總線，使得外部設(shè)備和存儲器之間直接傳輸。中斷方式實現(xiàn)計算機對外界發(fā)生的事件進行及時實時處理。2.中斷的概念計算機暫時中止正在執(zhí)行的主程序,轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序,并在中斷服務(wù)程序執(zhí)行完了之后能自動回到原主程序處繼續(xù)執(zhí)行，這個過程叫做“中斷”。某人看書 執(zhí)行主程序 日常事務(wù)電話鈴響 中斷信號INT=0中斷請求暫?？磿?/p>

暫停執(zhí)行主程序中斷響應(yīng)書中作記號當(dāng)前PC入棧 保護斷點電話談話 執(zhí)行I/O程序中斷服務(wù)繼續(xù)看書 返回主程序 中斷返回2.中斷的概念日常事務(wù)主程序中斷服務(wù)程序中斷系統(tǒng)：實現(xiàn)處理功能的硬件和軟件系統(tǒng)中斷源：產(chǎn)生中斷的請求源中斷請求：中斷源向CPU提出處理要求斷點：原來程序被中斷的地方中斷服務(wù)：對中斷事件響應(yīng)的處理過程中斷返回：結(jié)束中斷服務(wù)程序，返回被中斷的主程序３.中斷的產(chǎn)生I/O設(shè)備:I/O設(shè)備向CPU發(fā)出中斷請求數(shù)據(jù)通道中的中斷源:如磁盤、磁帶等硬件故障:如電源掉電、存儲出錯等實時時鐘與計數(shù)為調(diào)試程序而設(shè)置的中斷４.中斷的功能分時操作。在多項外部設(shè)備同時提出中斷請求情況下，CPU能根據(jù)輕重緩急響應(yīng)外設(shè)的中斷請求；CPU可以分時為多個I/O設(shè)備服務(wù)，提高了計算機的利用率；

CPU與外部設(shè)備并行工作,以中斷方式相聯(lián)系,提高工作效率；實時響應(yīng)。根據(jù)現(xiàn)場隨時變化的各種參數(shù)、信息，做出實時監(jiān)控；對突發(fā)事故，做出緊急處理；可靠性高。CPU具有處理設(shè)備故障及掉電等突發(fā)性事件的能力，從而使系統(tǒng)可靠性提高。§5-2中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)一．中斷源信號2個外部中斷請求：INT0、INT12個定時器計數(shù)器溢出中斷請求：T0、T11個串行口1串行幀數(shù)據(jù)發(fā)送、接收結(jié)束中斷請求：TI、RI二.中斷允許控制總允許開關(guān)：EA源允許開關(guān)：ES、ET1、EX1、ET0、EX0三.2級中斷優(yōu)先級控制優(yōu)先級選擇開關(guān)：PS、PT1、PX1、PT0、PX0P3.2P3.3P3.4P3.5P3.0P3.1一.中斷控制寄存器§5-3中斷系統(tǒng)的控制

1.中斷標(biāo)志位TF1、TF0、IE1、IE0——TCON；RI、TI——SCON=1，有中斷請求；=0，無中斷請求。CPU響應(yīng)中斷后，中斷標(biāo)志位自動清零，但TI/RI標(biāo)志位須軟件清零。

2.外部中斷觸發(fā)方式選擇位：IT0、IT1——TCON=1：負跳沿觸發(fā)中斷請求；=0：低電平觸發(fā)中斷請求。

3.中斷允許控制位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0——IE=1開中斷；=0關(guān)中斷。

4.中斷優(yōu)先級控制位：PS、PT1、PX1、PT0、PX0——IP2級優(yōu)先級：=1，為高優(yōu)先級；=0，為低優(yōu)先級。 同一優(yōu)先級別按內(nèi)部查詢順序排列優(yōu)先級：

高INT0、T0、INT1、T1、RX/TX低。

5.單片機復(fù)位時TCON、SCON、IE、IP清0，所有中斷請求被禁止，5個中斷源均為低級中斷，按中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級排列：高INT0、T0、INT1、T1、RX/TX低二.中斷的嵌套CPU執(zhí)行主程序CPU執(zhí)行低級中斷服務(wù)程序CPU執(zhí)行高級中斷服務(wù)程序CPU同一時間只能響應(yīng)一個中斷請求,同時多個中斷申請時必須有先有后：?不同優(yōu)先級的中斷同時申請——先高后低?相同優(yōu)先級的中斷同時申請——按序執(zhí)行?正處理低優(yōu)先級中斷又接到高級別中斷——高打斷低?正處理高優(yōu)先級中斷又接到低級別中斷——高不理低§5-4中斷的處理過程中斷請求中斷判優(yōu)中斷條件中斷響應(yīng)中斷處理中斷返回硬件自動完成用戶編程完成1.中斷請求被響應(yīng)的條件一個中斷源的中斷請求被響應(yīng)的基本條件：CPU開中斷：EA=1，允許所有中斷源申請中斷；中斷源的中斷請求標(biāo)志位為1；中斷源的中斷允許標(biāo)志位為1；無同級或更高級的中斷正在被服務(wù)；2.中斷被封鎖的情況CPU正在處理一個同級或更高級別的中斷請求。因為此時相應(yīng)的中斷優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器被置1

當(dāng)前正執(zhí)行指令，不是該指令的最后一個周期。當(dāng)前正執(zhí)行的指令是返回指令（RETI）（本次中斷還沒有處理完）或訪問IP、IE寄存器（可能會開、關(guān)中斷或改變中斷的優(yōu)先級）的指令，則CPU至少再執(zhí)行一條指令才響應(yīng)中斷。CPU每個機器周期順序檢查每個中斷源，當(dāng)檢測到有中斷請求時，能否響應(yīng)中斷，還要看下述情況是否存在：存在上述情況之一，CPU不對中斷進行響應(yīng)。3.外部中斷的響應(yīng)時間外部中斷響應(yīng)時間：從CPU查詢外部中斷請求標(biāo)志位到轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序的入口地址所需的時間。對于１個單一中斷：中斷響應(yīng)最短3個機器周期：恰在當(dāng)前正執(zhí)行指令的最后１個機器周期查詢中斷請求標(biāo)志位＋執(zhí)行LCALL指令（響應(yīng)中斷時由硬件自動生成）需２個機器周期；中斷響應(yīng)最長8個機器周期：恰在當(dāng)前正執(zhí)行RETI或與IP、IE寄存器有關(guān)的指令需２個機器周期＋４（再執(zhí)行一條最長的乘、除法指令）＋２（執(zhí)行LCALL指令）4.外部中斷的觸發(fā)方式外部中斷觸發(fā)方式選擇位：IT0、IT1=1：負跳沿觸發(fā)中斷請求；=0：低電平觸發(fā)中斷請求。低電平觸發(fā)方式：外部中斷請求觸發(fā)器的狀態(tài)隨外部中斷輸入電平的變化而變化，適合外部中斷以低電平輸入且中斷程序能使輸入的低電平變?yōu)楦唠娖降那闆r；負跳沿觸發(fā)方式：CPU在前一機器周期采到INT0/INT1引腳為高,后一機器周期采到為低，則外部中斷請求觸發(fā)器被置１并鎖存負跳變，適合以負脈沖（負脈沖寬度至少保持１個機器周期，持續(xù)到中斷發(fā)生）形式輸入的外部中斷請求。5.中斷的撤銷CPU在中斷返回前，把它響應(yīng)的中斷標(biāo)志位(TCON、SCON中的IE0、IE1、TF0、TF1、TI、RI位)復(fù)位成“0”狀態(tài)。中斷源撤消中斷標(biāo)志的方法INT0/INT1負跳沿觸發(fā)中斷時，硬件置位，硬件復(fù)位。中斷請求信號自動撤銷。電平觸發(fā)中斷時，硬件置位，盡管CPU響應(yīng)中斷時可用硬件自動復(fù)位成“0”狀態(tài)，但必須人為撤消中斷請求信號（軟硬件結(jié)合）T0/T1由硬件置位和復(fù)位（也可由軟件清零），硬件自動撤消中斷請求。RI/TI由硬件置位，必須由軟件清零（CLRRI，CLRTI）電平方式外部中斷請求信號的軟硬件結(jié)合撤銷（教材P110頁）5.中斷的撤銷所需的負脈沖可通過在中斷服務(wù)程序中增加3條指令得到:0RLP1，＃01H；P1.0為1ANLP1，＃0FEH；P1.0為0

┆0RLP1，＃01H；P1.0為1利用D觸發(fā)器的置位端SD實現(xiàn)中斷請求的撤銷6.中斷的響應(yīng)過程CPU自動完成：CPU在T機器的S5P2，查詢中斷源，設(shè)置中斷標(biāo)志位；判斷中斷響應(yīng)條件滿足，CPU響應(yīng)中斷；由硬件自動生成LCALL指令（例如對INT1的響應(yīng)產(chǎn)生的LCALL指令為：LCALL0013H），自動把斷點地址壓入堆棧，并將對應(yīng)中斷入口地址裝入PC，執(zhí)行中斷服務(wù)程序。用戶必須完成：中斷初始化：開相應(yīng)中斷源的中斷（IE)、設(shè)定中斷優(yōu)先級(IP)、設(shè)定外部中斷的觸發(fā)方式；在中斷入口地址存放跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶編寫的中斷服務(wù)程序起始地址；開發(fā)設(shè)計中斷服務(wù)程序。１.主程序結(jié)構(gòu)

ORG0000HAJMPMAINORG0003HLJMPINT１O(jiān)RG000BHLJMPINT２┆ORG主程序入口地址MAIN：中斷初始化程序┆HERE：SJMPHERE;原地等待中斷申請（或：執(zhí)行其它任務(wù)）ORG中斷服務(wù)程序１入口地址

INT１：┆

RETI

ORG中斷服務(wù)程序２入口地址

INT２：┆

RETI§5-5中斷服務(wù)程序設(shè)計復(fù)位后，PC置成0000H，CPU從0000H單元開始執(zhí)行指令，所以用無條件轉(zhuǎn)移指令跳轉(zhuǎn)到主程序。每個中斷向量地址間隔8個單元，完成中斷程序空間少，在中斷處安排一個無條件轉(zhuǎn)移指令中斷源入口地址INT00003HT0000BHINT10013HT1001BHTI/RI0023H２．中斷初始化§5-5中斷服務(wù)程序設(shè)計例5-1設(shè)置IP寄存器的初始值，使得MCS－51的2個外中斷請求為高優(yōu)先級，其它中斷請求為低優(yōu)先級。

（1）用位操作指令SETBPX0；2個外中斷為高優(yōu)先級SETBPX1CLRPS；串行口、2個定時器/計數(shù)器為低優(yōu)先級中斷CLRPT0

CLRPT1（2）用字節(jié)操作指令

MOVIP，＃05H或者用:

MOV0B8H，＃05H；B8H為IP寄存器的字節(jié)地址MOVIP，#00000101B；例5-3假設(shè)允許外部中斷0中斷，并設(shè)定它為高級中斷，其它中斷源為低級中斷，采用跳沿觸發(fā)方式。在主程序中應(yīng)有如下程序段:SETBEA；EA位置1，CPU開中斷SETBEX0；EX0位置1，允許外部中斷0產(chǎn)生中斷SETBPX0；PX0位置1，外部中斷0為高級中斷SETBIT0；IT0位置1，外部中斷0為跳沿觸發(fā)方式

２．中斷初始化§5-5中斷服務(wù)程序設(shè)計§5-5中斷服務(wù)程序設(shè)計SETBEACLREAPUSHPSWPUSHACCPUSHDPHPUSHDPL

POPDPLPOPDPHPOPACCPOPPSW３.中斷服務(wù)程序保護現(xiàn)場：當(dāng)前PC值，PSW、工作寄存器和SFR等?；謴?fù)現(xiàn)場：完成中斷服務(wù)后，將保存在堆棧中的現(xiàn)場數(shù)據(jù)恢復(fù)。如果當(dāng)前中斷服務(wù)程序不允許被中斷，則其前后的開中斷和關(guān)中斷２條指令可去掉。RETI可去掉響應(yīng)過程：（假設(shè)已使某中斷請求標(biāo)志置1）（1）先使相應(yīng)優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器置1；（2）執(zhí)行一個硬件子程序的調(diào)用：1）硬件清零相應(yīng)中斷請求標(biāo)志（TI、RI除外）2）將當(dāng)前PC內(nèi)容壓入堆棧——保護斷點；3）將中斷服務(wù)子程序入口地址送PC——轉(zhuǎn)移。返回過程：（RETI執(zhí)行后）（1）使相應(yīng)優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器清0。（2）從堆棧中彈出棧頂?shù)膬蓚€字節(jié)內(nèi)容送PC——恢復(fù)斷點。（3）CPU接著中斷處繼續(xù)執(zhí)行原主程序?！?-5中斷服務(wù)程序設(shè)計３.中斷服務(wù)程序例5-4：中斷舉例用中斷控制完成這一輸入輸出過程，每請求中斷一次，完成一個讀/寫操作單片機讀P1.0口的狀態(tài)，把這個狀態(tài)送到P1.7的指示燈去。當(dāng)P1.0為高電平時指示燈亮，當(dāng)P1.0為低電平時則指示燈不亮。RS觸發(fā)器INT0+5VP1.7P1.0+5V+5V&&1KΩ1KΩ８０５１O(jiān)RG0000HAJMPMAIN;上電自動轉(zhuǎn)向主程序ORG0003H;INT0的入口地址AJMPWINT;指向中斷服務(wù)程序子程序ORG0100H;主程序MAIN:SETBIT0;選擇邊沿觸發(fā)方式SETBEX0;允許外部中斷0SETBEA;允許總中斷HERE:AJMPHERE;主程序踏步ORG0200HWINT:MOVA,#0FFH;

MOVP1,A;P1準(zhǔn)雙向口設(shè)定輸入態(tài)MOVA,P1;取開關(guān)數(shù)RRA;P1.0送P1.7MOVP1,A;輸出驅(qū)動燈泡發(fā)光RETI;中斷返回END中斷返回到何處？例5-5：中斷舉例通過外部中斷1,在中斷服務(wù)中將B寄存器里的內(nèi)容左環(huán)移一位。已知:(B)=01Ｈ,要求采用邊沿觸發(fā),低優(yōu)先級。此例的實際意義：在INT1引腳接一個按鈕開關(guān)到地，每按一下按鈕就申請一次中斷，中斷服務(wù)則是依次點亮八盞燈中的一盞P1.0P1.7INT13008051ORG0000HLJMPMAINORG0013H;中斷矢量LJMPINTMAIN:SETBEA;開總中斷允許“開關(guān)”SETBEX1;開外部中斷1允許“開關(guān)”CLRPX1;0優(yōu)先級（也可不要此句）SETBIT1;邊沿觸發(fā)MOVB,#01H;給B寄存器賦初值HERE:SJMPHERE;原地等待中斷申請INT：MOVA，B;自B寄存器中取數(shù)RLA;左環(huán)移一次MOVB，A;存回B,備下次取用MOVP1，A;輸出到P1口RETI;中斷返回當(dāng)外部中斷源多于中斷輸入引腳時，可采取以下措施：1.用定時器計數(shù)輸入信號端T0、T1作外部中斷入口引腳;2.用串行口接收端RXD作外部中斷入口引腳;3.用一個中斷入口接受多個外部中斷源，并加入中斷查詢