第5章 AT89C51單片機的中斷系統(tǒng)

第5章AT89C51單片機的中斷系統(tǒng)實時測控，單片機能及時地響應和處理單片機外部事件或內部事件所提出的中斷請求。5.1中斷的概念CPU正在執(zhí)行程序時，單片機外部或內部發(fā)生的某一事件，請求CPU迅速去處理。CPU暫時中止當前的工作，轉到中斷服務處理程序處理所發(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的中斷響應過程。

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）。圖5-1能夠實現(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)。

進入中斷→保護現(xiàn)場→中斷處理恢復現(xiàn)場→中斷返回優(yōu)點：大大地提高了CPU的工作效率。5.2AT89C51單片機中斷系統(tǒng)的結構有5個中斷請求源，兩個中斷優(yōu)先級，可兩級嵌套。5.2.1中斷請求源中斷系統(tǒng)結構示意圖如圖5-2所示。

圖5-2五個中斷請求源：（1）INT0*—外部中斷請求0，由引腳INT0*輸入，中斷請求標志為IE0。（2）INT1*—外部中斷請求1，由引腳INT1*輸入，中斷請求標志為IE1。（3）定時器/計數(shù)器T0溢出中斷請求，中斷請求標志為TF0。（4）定時器/計數(shù)器T1溢出中斷請求，中斷請求標志為TF1。（5）串行口中斷請求，中斷請求標志為TI或RI。5.2.2中斷請求標志寄存器特殊功能寄存器TCON和SCON的相應位鎖存5個中斷請求源的中斷請求標志。1.TCON寄存器TCON為定時器/計數(shù)器的控制寄存器，字節(jié)地址為88H。各標志位的功能：

（1）TF1—T1溢出中斷請求標志位。T1計數(shù)后，溢出時，由硬件置“1”TF1，向CPU申請中斷，CPU響應TF1中斷時，硬件自動清“0”TF1，TF1也可由軟件清0。（2）TF0—T0的溢出中斷請求標志位，功能和TF1類似。（3）IE1—外部中斷請求1的中斷請求標志位。IE1=0，無中斷請求。IE1=1，外部中斷1有中斷請求。當CPU響應該中斷，轉向中斷服務程序時，由硬件清“0”IE1。

（4）IE0—外部中斷請求0的中斷請求標志位。（5）IT1—選擇外中斷請求1為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式： IT1=0，為電平觸發(fā)方式。 IT1=1，為跳沿觸發(fā)方式?？捎绍浖谩?”或清“0”。（6）IT0—外部中斷請求0為跳沿觸發(fā)方式還是電平觸發(fā)方式，意義與IT1類似。注意：TR1、TR0

2個位與中斷無關。僅與定時器/計數(shù)器T1和T0有關，將在第6章定時器/計數(shù)器中介紹。當AT89C51復位后，TCON被清0，則CPU關中斷，所有中斷請求被禁止。2.SCON寄存器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志TI和RI，格式如圖5-4。各標志位的功能：（1）TI—發(fā)送中斷請求標志位。串口每發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，硬件自動置“1”TI。必須在中斷服務程序中用軟件對TI標志清“0”。

（2）RI—接收中斷請求標志位。串口接收完一個數(shù)據(jù)幀，硬件自動置“1”RI標志。必須在中斷服務程序中用軟件對RI標志清“0”。5.3中斷控制5.3.1中斷允許寄存器IE

CPU對中斷源的開放或屏蔽，由片內的中斷允許寄存器IE控制。字節(jié)地址A8H，可位尋址。格式如圖5-5。IE對中斷的開放和關閉為兩級控制

總的開關中斷控制位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。AT89C51復位后，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相應的位的被置“1”，還必須使EA位=1。

改變IE的內容，可由位操作指令來實現(xiàn)，即：

SETBbit；CLRbit。例5-1若允許片內2個定時器/計數(shù)器中斷，禁止其它中斷源的中斷請求。編寫設置IE的相應程序段（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5.3.2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?？蓺w納為下面兩條基本規(guī)則：（1）低優(yōu)先級可被高優(yōu)先級中斷，反之則不能。（2）同級中斷不會被它的同級中斷源所中斷。圖5-6若CPU正在執(zhí)行高優(yōu)先級的中斷，則不能被任何中斷源所中斷。中斷優(yōu)先級寄存器IP，其字節(jié)地址為B8H，格式如圖5-7。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。89C51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。在同時收到幾個同一優(yōu)先級的中斷請求時，優(yōu)先響應哪一個中斷，取決于內部的查詢順序。查詢順序如表5-1：

表5-1 中斷查詢次序

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 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

5.4響應中斷請求的條件

一個中斷請求被響應，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，即該中斷源對應的中斷請求標志為“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。中斷響應的主要過程：首先由硬件自動生成一條長調用指令:

LCALLaddr16接著就由CPU執(zhí)行該指令,將PC的內容壓入堆棧以保護斷點，再將中斷入口地址裝入PC。各中斷源服務程序的入口地址固定，如表5-2所示：

表5-2 中斷入口地址表

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中斷響應是有條件的，遇到下列三種情況之一時，中斷響應被封鎖：

（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所當前正在執(zhí)行指令的最后一個機器周期。只有在當前指令執(zhí)行完畢后，才能進行中斷響應。（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將丟棄中斷查詢結果，不能對中斷進行響應。5.5外部中斷的響應時間外部中斷的最短的響應時間為3個機器周期:（1）中斷請求標志位查詢占1個機器周期。（2）子程序調用指令LCALL轉到相應的中斷服務程序入口，需2個機器周期。外部中斷響應的最長的響應時間為8個機器周期：（1）發(fā)生在CPU進行中斷標志查詢時，剛好是開始執(zhí)行RETI或是訪問IE或IP的指令，則需把當前指令執(zhí)行完再繼續(xù)執(zhí)行一條指令后，才能響應中斷，當前指令執(zhí)行完最長需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）加上硬件子程序調用指令LCALL的執(zhí)行，需要2個機器周期。所以，外部中斷響應最長時間為8個機器周期。如果已在處理同級或更高級中斷，響應時間無法計算。在一個單一中斷的系統(tǒng)里，AT89C51單片機對外部中斷請求的響應的時間總是在3～8個機器周期之間。5.6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。5.6.1電平觸發(fā)方式CPU在每個機器周期采樣到的外部中斷輸入線的電平。在中斷服務程序返回之前，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中斷。適于外中斷以低電平輸入且中斷服務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。

5.6.2跳沿觸發(fā)方式

連續(xù)兩次采樣，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，則置“1”中斷請求標志，直到CPU響應此中斷時，該標志才清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。5.7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:除了標志位清“0”之外，還需在中斷響應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。圖5-8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指令得到：

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

ORLP1，#01H ；P1.0為“1”電平方式的外部中斷請求信號的完全撤消，是通過軟硬件相結合的方法來實現(xiàn)的。3．串行口中斷請求的撤消響應串行口的中斷后，CPU無法