第四章外部中斷

第四章外部中斷第一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

計算機與外設之間傳遞信息：如何解決快速的CPU與慢速的外部設備之間傳送數(shù)據(jù)的矛盾。中斷控制方式當外部設備需要進行輸入/輸出操作時，向CPU發(fā)出中斷請求信號，

CPU進行中斷處理。第二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

4.3.1中斷

一、中斷定義中斷是指當CPU在正常執(zhí)行程序時（事件A），由于外部或內部事件（事件B）強迫CPU停止當前執(zhí)行的程序，轉去為事件服務（中斷服務）,服務完畢,又能自動返回到被中斷的程序中繼續(xù)執(zhí)行。中斷服務程序正常程序斷點第三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

二、中斷的優(yōu)點：

1、實現(xiàn)CPU與外設的速度匹配和并行工作；

2、實現(xiàn)實時響應和控制；

3、實現(xiàn)故障檢測和自動處理，提高系統(tǒng)的可靠性。

三、幾個概念

1、中斷源：引起中斷的原因或發(fā)出中斷申請的來源。如：外部設備、定時時鐘、數(shù)據(jù)通信設備、故障源、程序調試。第四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

2、中斷的申請：中斷源向CPU發(fā)出處理申請。

3、中斷的響應：CPU停止當前執(zhí)行的程序A，轉去處理中斷申請的事件B。

4、中斷服務：對事件B的整個處理過程

5、中斷返回：處理結束后，CPU再回到原來被打斷的程序（事件A）繼續(xù)執(zhí)行。

6、中斷系統(tǒng)：實現(xiàn)上述功能的部件。第五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

四、中斷處理過程

執(zhí)行當前指令有請求否關中斷保護斷點和現(xiàn)場開中斷中斷服務關中斷恢復現(xiàn)場開中斷返回NY取下一條指令返回第六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五1、中斷源提出申請，并建立相應的中斷標志（由硬件置位標志位）；

2、CPU結束當前指令，響應該中斷申請，同時把主程序斷點處地址（程序計數(shù)器PC當前值）壓入堆棧，即保護斷點；

3、保護現(xiàn)場。把斷點處的有關信息（如工作寄存器、累加器、標志位的內容），壓入堆棧；第七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五4、執(zhí)行中斷服務程序；

5、恢復現(xiàn)場。把保存的現(xiàn)場內容從堆棧彈出，以恢復寄存器和存儲單元的原有內容；

6、返回主程序（或調用程序），執(zhí)行中斷返回指令，把斷點處地址從棧頂彈出，從斷點處繼續(xù)執(zhí)行主程序（或調用程序）。返回第八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

一、80C51的中斷系統(tǒng)結構

（一）80C51的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷嵌套

。與中斷有關的特殊功能寄存器有4個：1、IE：中斷允許寄存器，控制CPU是否響應中斷請求。2、IP：中斷優(yōu)先級寄存器，控制中斷請求的優(yōu)先級。3、TCON：定時/計數(shù)器控制寄存器，存放2個外部中斷和2個定時/計數(shù)器中斷中斷請求標志和觸發(fā)方式。4、SCON：串行口控制寄存器，存放串行口中斷標志。第九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五（二）80C51中斷系統(tǒng)的結構有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷嵌套

。第十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五外部中斷源：由P3.2端口線引入，低電平或下降沿引起。由P3.3端口線引入，低電平或下降沿引起。內部中斷源：

T0：定時器/計數(shù)器0中斷，由T0回零溢出引起。

T1：定時器/計數(shù)器1中斷，由T1回零溢出引起。

TI/RI：串行I/O中斷，串行端口完成一幀字符發(fā)送/接收后引起。第十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五二、中斷請求標志

1、TCON(定時/計數(shù)器控制寄存器)的中斷標志IT0/IT1（TCON.0/2），外部中斷0/1觸發(fā)方式控制位。當IT0=0時，為電平觸發(fā)方式。當IT0=1時，為邊沿觸發(fā)方式（下降沿有效）。IE0/1（TCON.1/3），外部中斷0/1中斷請求標志位。TF0（TCON.5），定時/計數(shù)器T0溢出中斷請求標志位。TF1（TCON.7），定時/計數(shù)器T1溢出中斷請求標志位。

利用中斷請求標志位來向CPU請求中斷！第十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五TF1—T1的溢出中斷標志硬件置1，硬件清0（也可軟件清0）TF0—T0的溢出中斷標志。IE1—

外部中斷1（/INT1）請求標志。外部有中斷請求時，硬件使IE1置1，硬件清0。IE0—

外部中斷0（/INT0）請求標志。IT1—

外部中斷1（/INT1）觸發(fā)類型控制位。

IT1=0，低電平觸發(fā)。IT1=1，下降沿觸發(fā)。

IT0—

外中斷0（/INT0）觸發(fā)類型控制位，用法同IT1。

第十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五2、SCON的中斷標志RI（SCON.0），串行口接收中斷標志位。當允許串行口接收數(shù)據(jù)時，每接收完一個串行幀，由硬件置位RI。同樣，RI必須由軟件清除。TI（SCON.1），串行口發(fā)送中斷標志位。當CPU將一個發(fā)送數(shù)據(jù)寫入串行口發(fā)送緩沖器時，就啟動了發(fā)送過程。每發(fā)送完一個串行幀，由硬件置位TI。CPU響應中斷時，不能自動清除TI，TI必須由軟件清除。

第十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

一、中斷允許控制

CPU對中斷系統(tǒng)所有中斷以及某個中斷源的開放和屏蔽是由中斷允許寄存器IE控制的。4.3.480C51中斷的控制

EX0(IE.0)，外部中斷0允許位；ET0(IE.1)，定時/計數(shù)器T0中斷允許位；

EX1(IE.2)，外部中斷0允許位；ET1(IE.3)，定時/計數(shù)器T1中斷允許位；ES（IE.4)，串行口中斷允許位；EA(IE.7)，CPU中斷允許（總允許）位。

若為“1”，開關接通，允許。

若為“0”，開關斷開，不允許。第十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五為什么要有中斷優(yōu)先級？CPU同一時間只能響應一個中斷請求。若同時來了兩個或兩個以上中斷請求，就必須有先有后。

為此將5個中斷源分成高級、低級兩個級別，高級優(yōu)先，由IP控制。

第十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

二、中斷優(yōu)先級控制

80C51單片機有兩個中斷優(yōu)先級，可實現(xiàn)二級中斷服務嵌套。每個中斷源的中斷優(yōu)先級都是由中斷優(yōu)先級寄存器IP中的相應位的狀態(tài)來規(guī)定的

。PX0（IP.0）:外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT0（IP.1）:定時/計數(shù)器T0優(yōu)先級設定位；PX1（IP.2）:外部中斷0優(yōu)先級設定位；PT1（IP.3）:定時/計數(shù)器T1優(yōu)先級設定位；PS

（IP.4）:串行口優(yōu)先級設定位。

該位是“1”時，為高級優(yōu)先級該位是“

0”時，為低級優(yōu)先級第十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

同一優(yōu)先級中的中斷申請不止一個時，則有中斷優(yōu)先權排隊問題。同級的中斷優(yōu)先權排隊，由中斷系統(tǒng)硬件確定的自然優(yōu)先級形成，其排列如所示：第十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五80C51單片機的中斷優(yōu)先級有三條原則：

CPU同時接收到幾個中斷時，首先響應優(yōu)先級別最高的中斷請求。正在進行的中斷過程不能被新的同級或低優(yōu)先級的中斷請求所中斷。正在進行的低優(yōu)先級中斷服務，能被高優(yōu)先級中斷請求所中斷。第十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五事件1事件2子程序2子程序1中斷嵌套的概念：

主程序中斷中斷第二十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

三、中斷響應過程和中斷服務程序的執(zhí)行

1響應中斷，由系統(tǒng)硬件將當前PC的內容壓棧保護，將相應的中斷服務程序的入口地址送PC。2執(zhí)行中斷服務程序

5個中斷源中斷入口地址如下：

INT00003HT0000BHINT10013HT1001BH

串行口0023H第二十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五

四、中斷的返回中斷服務程序的最后一條指令為將壓棧保護的PC的內容彈出，送回PC。CPU可由被中斷的位置繼續(xù)執(zhí)行原有程序。

返回第二十二頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五主程序在運行過程中中斷源出現(xiàn)中斷信號（P3.2引腳出現(xiàn)下降沿信號）相應的中斷標志（IE0）硬件自動置1向CPU申請中斷CPU根據(jù)IE（EA=1，EX0=1）、IP的設置決定是否相應中斷相應的中斷標志位（IE0）自動復位將斷點的地址存入堆棧將相應的中斷服務的入口地址0003H賦予程序計數(shù)器PC，執(zhí)行中斷程序執(zhí)行完中斷程序后，堆棧中斷點地址由硬件自動賦予PC，程序返回主程序繼續(xù)執(zhí)行。第二十三頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五C51編譯器支持在C源程序中直接以函數(shù)形式編寫中斷服務程序。常用的中斷函數(shù)定義語法如下：

void函數(shù)名（）interruptnn為中斷類型號，C51編譯器允許0～31個中斷，n取值范圍0～31。下面給出了8051控制器所提供的5個中斷源所對應的中斷類型號和中斷服務程序入口地址：

中斷源 n入口地址 外部中斷0 0 0003H

定時/計數(shù)器01 000BH

外部中斷1 2 0013H

定時/計數(shù)器1 3 001BH

串行口 40023H第二十四頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五voidtime0（void）interrupt1using0//定時器T0的中斷服務函數(shù)，T0的編號為1，使用第0組工作寄存器{ ……//中斷服務程序}第二十五頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五main(){IT0=1;//中斷邊沿觸發(fā)EX0=1;//允許外部中斷0EA=1;//總允許while(1);//等待中斷}int0()interrupt0{

P2_0=!P2_0;//中斷內容

}前面不需要函數(shù)說明不能有返回值不能有形參主程序中沒有調用中斷函數(shù)的語句第二十六頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五main(){IT0=1;//中斷邊沿觸發(fā)EX0=1;//允許外部中斷0EA=1;//總允許while(1);//等待中斷}int0()interrupt0{

P2_0=!P2_0;//中斷內容

}前面不需要函數(shù)說明不能有返回值不能有形參主程序中沒有調用中斷函數(shù)的語句第二十七頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五中斷函數(shù)一般函數(shù)前面不需要函數(shù)說明前面需要函數(shù)說明不能有返回值可以有返回值不能有形參可以有形參主程序中不需要調用語句主程序中需要調用語句函數(shù)執(zhí)行時間是隨機的函數(shù)執(zhí)行時間是確定的函數(shù)的入口地址是固定的函數(shù)的入口地址是隨機的第二十八頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五1.用外部中斷0測量負跳變信號的累計數(shù)，同時在LED數(shù)碼管上顯示出來。第二十九頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五#include<reg51.h>#defineucharunsignedcharucharcodeled[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f};//各數(shù)字的數(shù)碼管段碼ucharcounter=0;main(){EA=1;EX0=1;IT0=1;while(1){P1=led[counter];}}voidint0()interrupt0{counter++;if(counter==10)counter=0;}第三十頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五程序要求：中斷前：P0.0~P0.7的8個燈依次亮。外部中斷0：P0.0~P0.7的左右4個燈閃爍亮8次外部中斷1：P0.0~P0.7的8個燈間隔閃爍8次⑴設定外部中斷0為高優(yōu)先級，先執(zhí)行外部1中斷，過程中用外部0中斷來將其中斷，反之不行。注意保護現(xiàn)場。⑵設定外部中斷1為高優(yōu)先級，先執(zhí)行外部0中斷，過程中用外部1中斷來將其中斷，反之不行。注意保護現(xiàn)場。第三十一頁，共三十五頁，編輯于2023年，星期五在中斷服務程序中，通常首先要保護現(xiàn)場，然后才是真正的中斷處理程序。中斷返回時需要恢復現(xiàn)場。在保護和恢復現(xiàn)場時，為了不使現(xiàn)場的數(shù)據(jù)遭到破壞，一般規(guī)定此時CPU不再響應新的中斷請求。在編寫中斷服務程序的過