第5章1單片機原理及應(yīng)用-中斷系統(tǒng)

第5章MCS-51的中斷系統(tǒng)

學(xué)習(xí)要點掌握中斷的工作原理中斷程序編寫1、生活中的中斷※看書過程中的電話響了課本頁※生活中的中斷現(xiàn)象就是正常的工作過程被外部的事件打斷了。2、單片機的中斷概念（什么是中斷？中斷的過程是什么？）類比5.1中斷的概念CPU正在執(zhí)行程序時，單片機外部或內(nèi)部發(fā)生的某一事件，請求CPU迅速去處理。CPU暫時中止當(dāng)前的工作，轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)處理程序處理所發(fā)生的事件。處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續(xù)原來的工作，這稱為中斷。CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應(yīng)過程。

實時測控，單片機能及時地響應(yīng)和處理單片機外部事件或內(nèi)部事件所提出的中斷請求。采用中斷技術(shù)可以使多項任務(wù)共享一個資源，中斷技術(shù)實質(zhì)就是資源共享技術(shù)。圖5-1所示。對事件的整個處理過程，稱為中斷處理（或中斷服務(wù)）。能夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為中斷系統(tǒng)；產(chǎn)生中斷的請求源稱為中斷（請求）源。中斷源向CPU提出的處理請求，稱為中斷請求(或中斷申請)。中斷方式優(yōu)點：1）利用率提高。CPU可以分時地為多個IO設(shè)備服務(wù)。2）實時性增強。CPU能及時處理系統(tǒng)的隨機事件。3）可靠性提高。CPU能處理故障及掉電等突發(fā)事件。5.2MCS-51中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有5個中斷請求源，兩個中斷優(yōu)先級，可兩級嵌套。中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如下圖所示。

電氣開關(guān)5.3中斷請求源五個中斷請求源：（1）INT0*—外部中斷請求0，由引腳INT0*（P3.2）輸入，中斷請求標(biāo)志為IE0。（2）INT1*—外部中斷請求1，由引腳INT1*（P3.3）輸入，中斷請求標(biāo)志為IE1。（3）定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為TF0。（4）定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求，中斷請求標(biāo)志為TF1。（5）串行口中斷請求，中斷請求標(biāo)志為TI或RI。由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應(yīng)位鎖存。TCON為定時器/計數(shù)器的控制寄存器，字節(jié)地址為88H。包含：（1）T0和T1的溢出中斷請求標(biāo)志位TF1和TF0（2）外部中斷請求標(biāo)志位IE1與IE0。格式如下所示：各標(biāo)志位的功能：（1）IT0—選擇外部中斷請求0為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式：IT0=0，為電平觸發(fā)方式。

（中斷響應(yīng)并不自動對IE0清零）

IT0=1，為跳沿觸發(fā)方式。（中斷響應(yīng)自動對IE0清零）。（2）IE0—外部中斷請求0的中斷請求標(biāo)志位。IE0=0，無中斷請求。IE0=1，外部中斷0有中斷請求。當(dāng)CPU響應(yīng)該中斷，轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時。（3）IT1—外部中斷請求1為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式，意義與IT0類似。（4）IE1—外部中斷請求1的中斷請求標(biāo)志位，意義與IE0類似。（5）TF0—T0溢出中斷請求標(biāo)志位。T0計數(shù)后，溢出時，由硬件置“1”TF0，向CPU申請中斷，CPU響應(yīng)TF0中斷時，硬件自動清“0”TF0。（6）TF1—T1的溢出中斷請求標(biāo)志位，功能和TF0類似。TR1、TR02個位與中斷無關(guān)?！?/p>

中斷標(biāo)志的作用當(dāng)使用某一中斷，將該中斷對應(yīng)的中斷標(biāo)志位置為高電平，用JB、JNB、JBC指令查詢，判斷有沒有中斷請求。當(dāng)硬件連接上，與CPU的中斷請求信號相連，CPU允許，立即響應(yīng)中斷。當(dāng)MCS-51復(fù)位后，TCON被清0，則CPU關(guān)中斷，所有中斷請求被禁止。SCON為串行口控制寄存器，字節(jié)地址為98H。串行口的發(fā)送中斷和接收中斷的中斷請求標(biāo)志TI和RI，格式如下：各標(biāo)志位的功能：（1）TI—發(fā)送中斷請求標(biāo)志位。串口每發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，硬件自動置“1”TI。必須在中斷服務(wù)程序中用軟件對TI標(biāo)志清“0”。

（2）RI—接收中斷請求標(biāo)志位。串口接收完一個數(shù)據(jù)幀，硬件自動置“1”RI標(biāo)志。必須在中斷服務(wù)程序中用軟件對RI標(biāo)志清“0”。

5.4中斷控制

5.4.1中斷允許寄存器IE

CPU對中斷源的開放或屏蔽，由片內(nèi)的中斷允許寄存器IE控制。字節(jié)地址為A8H，可位尋址。格式如下：IE對中斷的開放和關(guān)閉為兩級控制

總的開關(guān)中斷控制位EA（IE.7位）:EA=0，所有中斷請求被屏蔽。EA=1，CPU開放中斷，但五個中斷源的中斷請求是否允許，還要由IE中的5個中斷請求允許控制位決定。IE中各位的功能如下：（1）EA：中斷允許總控制位

0：CPU屏蔽所有的中斷請求(CPU關(guān)中斷)；

1：CPU開放所有中斷(CPU開中斷)。（2）ES：串行口中斷允許位

0：禁止串行口中斷；

1：允許串行口中斷。

（3）ET1：定時器/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位

0：禁止T1溢出中斷；

1：允許T1溢出中斷。（4）EX1：外部中斷1中斷允許位

0：禁止外部中斷1中斷；

1：允許外部中斷1中斷。（5）ET0：定時器/計數(shù)器T0的溢出中斷允許位

0：禁止T0溢出中斷；

1：允許T0溢出中斷。（6）EX0：外部中斷0中斷允許位。

0：禁止外部中斷0中斷；

1：允許外部中斷0中斷。

MCS-51復(fù)位后，IE清0，所有中斷請求被禁止。若使某一個中斷源被允許中斷，除了IE相應(yīng)的位被置“1”，還必須使EA位=1。改變IE的內(nèi)容，可由位操作指令來實現(xiàn)，即：

SETBbit；CLRbit。例5-1若允許片內(nèi)2個定時器/計數(shù)器中斷，禁止其它中斷源的中斷請求。編寫設(shè)置IE的相應(yīng)程序段（1）用位操作指令來編寫如下程序段：

CLRES ；禁止串行口中斷 CLREX1 ；禁止外部中斷1中斷 CLREX0 ；禁止外部中斷0中斷

SETBET0；允許定時器/計數(shù)器T0中斷SETBET1；允許定時器/計數(shù)器T1中斷SETBEA；CPU開中斷（2）用字節(jié)操作指令來編寫：

MOVIE，#8AH或者用：

MOV0A8H，#8AH；A8H為IE寄存器字節(jié)地址5.4.2中斷優(yōu)先級寄存器IP兩個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)兩級中斷嵌套。如圖5-6示。

中斷優(yōu)先級寄存器IP，其字節(jié)地址為B8H。IP各個位的含義：（1）PS——串行口中斷優(yōu)先級控制位

1：高優(yōu)先級中斷；

0：低優(yōu)先級中斷。（2）PT1——定時器T1中斷優(yōu)先級控制位

1：高優(yōu)先級中斷；

0：低優(yōu)先級中斷。（3）PX1——外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位

1：高優(yōu)先級中斷；

0：低優(yōu)先級中斷。（4）PT0——定時器T0中斷優(yōu)先級控制位

1：高優(yōu)先級中斷；

0：低優(yōu)先級中斷。（5）PX0——外部中斷0中斷優(yōu)先級控制位

1：高優(yōu)先級中斷；

0：低優(yōu)先級中斷。

由軟件可改變各中斷源的中斷優(yōu)先級。MCS-51的中斷系統(tǒng)有兩個不可尋址的“優(yōu)先級激活觸發(fā)器”:一個用來指示某高優(yōu)先級的中斷正在執(zhí)行，所有后來的中斷均被阻止。另一個用來指示某低優(yōu)先級的中斷正在執(zhí)行，所有同級中斷都被阻止，但不阻斷高優(yōu)先級的中斷請求。CPU同一時間只能響應(yīng)一個中斷請求,在同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷請求時，就必須有先有后?。?！優(yōu)先響應(yīng)哪一個中斷，取決于內(nèi)部的查詢順序(自然優(yōu)先級)。查詢順序如下：

中斷源中斷級別

外部中斷0 最高 T0溢出中斷 外部中斷1 T1溢出中斷 串行口中斷 最低例5-2

設(shè)置IP寄存器的初始值，使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 SETBPX1 CLRPS；串口為低優(yōu)先級中斷中斷優(yōu)先原則：（概括為四句話）1)低級不打斷高級2)高級可打斷低級3)同級不能打斷，按先后依次響應(yīng)4)同級、同時中斷，按自然優(yōu)先級

CLRPT0；2個定時器/計數(shù)器低優(yōu)先級中斷 CLRPT1（2）用字節(jié)操作指令

MOVIP，#05H 或： MOV0B8H，#05H；B8H為IP寄存器的字節(jié)地址5.5響應(yīng)中斷請求的條件

CPU中斷處理過程分為三個階段：中斷響應(yīng)、中斷處理和中斷返回。一個中斷請求被響應(yīng)，需滿足以下必要條件：（1）IE寄存器中的中斷總允許位EA=1。（2）該中斷源發(fā)出中斷請求，即該中斷源對應(yīng)的中斷請求標(biāo)志為“1”。（3）該中斷源的中斷允許位=1，即該中斷沒有被屏蔽。（4）無同級或更高級中斷正在被服務(wù)。各中斷源服務(wù)程序的入口地址是固定的，如下所示：

中斷響應(yīng)過程進入中斷響應(yīng)周期。CPU在中斷響應(yīng)周期要完成下列操作：（1）置位相應(yīng)的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，以標(biāo)明所響應(yīng)中斷的優(yōu)先級（2）由硬件自動生成長調(diào)用指令:LCALLaddr16，并清除中斷源的中斷請求標(biāo)志注意：串行口中斷請求的撤消須軟件清零；外部中斷請求為電平方式，在中斷返回前引腳上必須為高電平。（3）執(zhí)行長調(diào)用指令，將PC的內(nèi)容壓入堆棧以保護斷點，（4）將中斷入口地址裝入PC，轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序（5）中斷返回，先將優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器清0，再將斷點地址送入PC，使程序返回到斷點處

中斷源入口地址

外部中斷0 0003H定時器/計數(shù)器T0 000BH 外部中斷1 0013H

定時器/計數(shù)器T1 001BH 串行口中斷 0023H例如中斷響應(yīng)是有條件的，遇到下列三種情況之一時，中斷響應(yīng)被封鎖：

（1）CPU正在處理同級的或更高優(yōu)先級的中斷。（2）所查詢的機器周期不是當(dāng)前正在執(zhí)行指令的最后一個機器周期。只有在當(dāng)前指令執(zhí)行完畢后，才能進行中斷響應(yīng)。外部中斷0申請PC內(nèi)容入棧保護0003H裝入PC執(zhí)行中斷程序

（3）正在執(zhí)行的指令是RETI或是訪問IE或IP的指令。需要再去執(zhí)行完一條指令，才能響應(yīng)新的中斷請求。如果存在上述三種情況之一，CPU將丟棄中斷查詢結(jié)果，不能對中斷進行響應(yīng)。5.6外部中斷的響應(yīng)時間外部中斷的最短的響應(yīng)時間為3個機器周期:（1）中斷請求標(biāo)志位查詢占1個機器周期。（2）子程序調(diào)用指令LCALL轉(zhuǎn)到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口，需2個機器周期。外部中斷響應(yīng)的最長的響應(yīng)時間為8個機器周期：（1）發(fā)生在CPU進行中斷標(biāo)志查詢時，剛好是開始執(zhí)行RETI或是訪問IE或IP的指令，則需把當(dāng)前指令執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行一條指令后，才能響應(yīng)中斷，最長需2個機器周期。（2）接著再執(zhí)行一條指令，按最長指令（乘法指令MUL和除法指令DIV）來算，也只有4個機器周期。（3）加上硬件子程序調(diào)用指令LCALL的執(zhí)行，需要2個機器周期。所以，外部中斷響應(yīng)最長時間為8個機器周期。如果已在處理同級或更高級中斷，響應(yīng)時間無法計算。在一個單一中斷的系統(tǒng)里，MCS-51單片機對外部中斷請求的響應(yīng)的時間總是在3～8個機器周期之間。5.7外部中斷的觸發(fā)方式選擇兩種觸發(fā)方式：電平觸發(fā)方式和跳沿觸發(fā)方式。5.7.1電平觸發(fā)方式外部中斷輸入線為電平，但在中斷服務(wù)程序返回之前，外部中斷請求輸入必須無效（即變?yōu)楦唠娖剑?，否則CPU返回主程序后會再次響應(yīng)中斷。適于外中斷以低電平輸入且中斷服務(wù)程序能清除外部中斷請求（即外部中斷輸入電平又變?yōu)楦唠娖剑┑那闆r。

5.7.2跳沿觸發(fā)方式

連續(xù)兩次采樣，前一個機器周期采樣到外部中斷輸入為高，下一個機器周期采樣為低，則中斷請求標(biāo)志置“1”，直到CPU響應(yīng)此中斷時，該標(biāo)志才自動清0。這樣不會丟失中斷，但輸入的負脈沖寬度至少保持1個機器周期。5.8中斷請求的撤消1．定時器/計數(shù)器中斷請求的撤消

中斷請求被響應(yīng)后。硬件會自動清TF0或TF1。2．外部中斷請求的撤消

（1）跳沿方式外部中斷請求的撤消是自動撤消的。（2）電平方式外部中斷請求的撤消:除了標(biāo)志位清“0”之外，還需在中斷響應(yīng)后把中斷請求信號引腳從低電平強制改變?yōu)楦唠娖?，如圖5-8所示。只要P1.0端輸出一個負脈沖就可以使D觸發(fā)器置“1”，從而撤消了低電平的中斷請求信號。所需的負脈沖可增加如下兩條指令得到：

ORLP1，#01H ；P1.0為“1” ANLP1，#0FEH ；P1.0為“0”

電平方式的外部中斷請求信號的完全撤消，是通過軟硬件相結(jié)合的方法來實現(xiàn)的。3．串行口中斷請求的撤消響應(yīng)串行口的中斷后，CPU無法知道是接收中斷還是發(fā)送中斷，還需測試這兩個中斷標(biāo)志位的狀態(tài)，以判定是接收操作還是發(fā)送操作，然后才能清除。所以串行口中斷請求的撤消只能用軟件清除

CLRTI；清TI標(biāo)志位 CLRRI；清RI標(biāo)志位5.9中斷服務(wù)程序的設(shè)計一、中斷服務(wù)程序設(shè)計的任務(wù)

基本任務(wù)：

（1）設(shè)置中斷允許控制寄存器IE。（2）設(shè)置中斷優(yōu)先級寄存器IP。（3）對外中斷源，是采用電平觸發(fā)還是跳沿觸發(fā)。（4）編寫中斷服務(wù)程序，處理中斷請求。前3條一般放在主程序的初始化程序段中。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。在主程序中編寫如下程序段：

SETBEA；CPU開中斷SETBET0；允許外中斷0產(chǎn)生中斷SETBPX0；外中斷0為高級中斷SETBIT0；外中斷0為跳沿觸發(fā)方式

二、采用中斷時的主程序結(jié)構(gòu)常用的主程序結(jié)構(gòu)如下：

ORG0000H LJMPMAIN

ORG中斷入口地址 LJMPINT

?

ORGXXXXHMAIN：主程序

INT：中斷服務(wù)程序三、中斷服務(wù)程序的流程

(1)因各入口地址之間只相隔8個字節(jié)，所以通常在中斷入口地址單元處存放—條無條件轉(zhuǎn)移指令，使中斷服務(wù)程序靈活地安排在64KB程序存儲器的任何空間。(2)若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時禁止更高優(yōu)先級中斷，可先用軟件關(guān)閉CPU中斷，或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前再開放中斷。(3)注意保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場。(4）中斷服務(wù)程序的最后一條是返回指令RETI，該指令將清除響應(yīng)中斷時被置位的優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器，然后自動將斷點地址從棧頂彈出，裝入PC，使程序返回到被中斷的處，繼續(xù)向下執(zhí)行。

例5-4

根據(jù)圖5-9的中斷服務(wù)程序流程，編出中斷服務(wù)程序。假設(shè)，現(xiàn)場保護只需將PSW和A的內(nèi)容壓入堆棧中保護。典型的中斷服務(wù)程序如下：

INT： CLREA ；CPU關(guān)中斷

PUSHPSW ；現(xiàn)場保護

PUSHACC ； SETBEA ；CPU開中斷

中斷處理程序段

CLREA ；CPU關(guān)中斷

POPACC ；現(xiàn)場恢復(fù)

POPPSW

SETBEA ；CPU開中斷

RETI ；中斷返回，恢復(fù)斷點幾點說明：（1）現(xiàn)場保護僅涉及到PSW和A的內(nèi)容，如還有其它需保護的內(nèi)容，只需要在相應(yīng)的位置再加幾條PUSH和POP指令即可。（2）“中斷處理程序段”，應(yīng)根據(jù)任務(wù)的具體要求，來編寫。（3）如果本中斷服務(wù)程序不允許被其它的中斷所中斷?？蓪ⅰ爸袛嗵幚沓绦蚨巍鼻昂蟮摹癝ETBEA”和“CLREA”兩條指令去掉。（4）中斷服務(wù)程序的最后一條指令必須是返回指令RETI?！袛喑绦蛟O(shè)計的一般方法：(1)主程序中的中斷系統(tǒng)初始化1）設(shè)置中斷系統(tǒng)特殊功能寄存器（例中斷源的觸發(fā)方式）；2）設(shè)置中斷優(yōu)先極；3）設(shè)置中斷允許寄存器（開中斷）；4）中斷服務(wù)程序的前期初始化（例如入口參數(shù)等）。(2)中斷響應(yīng)與中斷服務(wù)程序一般中斷服務(wù)程序的結(jié)構(gòu)包括：現(xiàn)場保護，處理程序，恢復(fù)程序，返回等。由于各中斷服務(wù)程序的入口地址之間只有8個字節(jié)的空間，因此一般在入口處要安排一轉(zhuǎn)移指令。

中斷程序設(shè)計中斷程序設(shè)計的一般格式ORG0000HLJMPMAIN；主程序ORG00YYHLJMPINT ；中斷服務(wù)程序ORGXXXXHMAIN：INT：………中斷初始化…RETI初始狀態(tài)設(shè)置：優(yōu)先級、觸發(fā)方式開中斷：IE中斷服務(wù)程序先期初始化返回之前清中斷請求標(biāo)志位（需要時）中斷應(yīng)用前后要做的幾項工作

1、中斷初始化開中斷允許：必須選擇優(yōu)先級：根據(jù)需要選擇，可有/可無設(shè)置控制位：INTx—觸發(fā)方式(ITx)Tx—TCON,TMOD,TRx,初值……RI/TI—SCON,REN,RB8,TB8,……2、中斷后進入中斷服務(wù)后：關(guān)中斷，保護現(xiàn)場，……退出中斷服務(wù)前：恢復(fù)現(xiàn)場,開中斷,設(shè)Tx的初值,清TI/RI,……中斷服務(wù)程序的最后一條指令必是RETI小結(jié)例1一個外部中斷源時的編程如圖所示電路，設(shè)外部中斷信號為負脈沖，引入外部中斷1引腳。要求每中斷一次,從P1.4~P1.7輸入外部開關(guān)狀態(tài),然后從P1.0~P1.3輸出。

中斷應(yīng)用程序舉例主程序如下：ORG0000HSJMPMAINORG0013HAJMPINT1 ；轉(zhuǎn)入服務(wù)程序ORG0030HMAIN:SETBIT1；設(shè)INT1為邊沿觸發(fā)

SETBEX1 ；允許INT1中斷

SETBEA；開放總允許

SJMP$中斷服務(wù)程序：INT1:ORLP1,#0F0H；

MOVA,P1；從P1口高4位輸入開關(guān)狀態(tài)

SWAPA；交換高、低4位

MOVP1,A；輸出

RETI

例2：AT89C51單片機的P3.2/INT0引腳接一個開關(guān)，模擬外部中斷源，編寫程序，當(dāng)外部中斷發(fā)生時，對其作出響應(yīng)（以發(fā)光二極管的燈的狀態(tài)來顯示）

外部中斷的初始化設(shè)置共有三項內(nèi)容:

中斷總允許EA=“1”，外部中斷允許

EXi

=“1”（i=“0”或“1”），中斷方式設(shè)置。中斷方式設(shè)置一般有兩種方式，即電平方式和脈沖方式，本例選用脈沖方式，其前一次為高電平后一次為低電平時為有效中斷請求。因此，高電平狀態(tài)和低電平狀態(tài)至少維持一個周期，中斷請求信號由引腳INT0(P3.2)和INT1（P3.3）引入，本例由INT0(P3.2)引入。LED BIT P1.0LEDBUF BIT 30H ORG 0000H LJMP START ORG 0003HLJMP INTERRUPTORG0100HSTART:CLR LEDBUF CLR LED MOV TCON,#01H ;外部中斷0下降沿觸發(fā)

MOV IE,#81H ;打開外部中斷允許位（EX0）及總中斷允許位（EA）

LJMP $ ;等待中斷INTERRUPT: PUSH PSW ;保護現(xiàn)場

CPL LEDBUF ;取反LED MOV C,LEDBUF MOV LED,C POP PSW ;恢復(fù)現(xiàn)場

RETI

END5.10多外部中斷源系統(tǒng)設(shè)計兩個外部中斷請求源往往不夠用。5.10.1定時器/計數(shù)器作為外部中斷源的使用方法定時器/計數(shù)器選為計數(shù)器工作模式，T0（或T1）引腳上發(fā)生負跳變時，T0（或T1）計數(shù)器加1，利用該特性，可以把T0（或T1）引腳作為外部中斷請求輸入引腳，計數(shù)器初值設(shè)為FFH，TF0（或TF1）作為外部中斷請求標(biāo)志。

ORG0000H AJMPMAIN；跳到初始化程序

ORG000BHLJMP:INTT0ORG0100H

MAIN: MOVTMOD，#06H；設(shè)置T0的工作方式 MOVT