中斷及串行口

第四章中斷系統(tǒng)及串行口4.1中斷系統(tǒng)

一、中斷系統(tǒng)的基本概念中斷系統(tǒng)又叫作中斷管理系統(tǒng)或中斷服務(wù)系統(tǒng)功能:是使CPU對(duì)外界突發(fā)事件具有應(yīng)急處理能力。

主要用于系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制，實(shí)時(shí)處理，故障自動(dòng)處理，數(shù)據(jù)傳輸，人機(jī)交換等方面。中斷涉及主要內(nèi)容：中斷源，中斷的嵌套，中斷的開放與屏蔽，中斷優(yōu)先級(jí)，中斷響應(yīng)過程，中斷響應(yīng)條件，中斷入口地址，中斷的響應(yīng)時(shí)間等內(nèi)容。中斷舉例在這個(gè)過程中，看報(bào)紙相當(dāng)于正常運(yùn)行的程序，電話響是中斷標(biāo)志，中斷源是電話，接電話相當(dāng)于響應(yīng)中斷，與朋友聊天相當(dāng)于中斷服務(wù)程序，返回看報(bào)相當(dāng)于中斷返回，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。中斷：指CPU對(duì)系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的某個(gè)事件的一種響應(yīng)過程，即CPU暫時(shí)停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，而自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行安排好的處理該事件的服務(wù)子程序，當(dāng)處理結(jié)束后，再返回到被暫停程序的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序，實(shí)現(xiàn)這種中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)稱為中斷系統(tǒng)。引起突發(fā)事件的來源，稱為中斷源

在中斷系統(tǒng)中，存在著多個(gè)中斷源，如果幾個(gè)中斷同時(shí)被觸發(fā)的時(shí)候，CPU先執(zhí)行誰呢？中斷嵌套：當(dāng)CPU正在處理一個(gè)中斷源請(qǐng)求的時(shí)候，又發(fā)生了另一個(gè)優(yōu)先級(jí)比它高的中斷源請(qǐng)求，如果CPU能夠暫時(shí)中止對(duì)原來中斷處理程序的執(zhí)行，轉(zhuǎn)而去處理優(yōu)先級(jí)更高的中斷源請(qǐng)求，待處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行原來的低級(jí)中斷處理程序，這樣的過程稱為中斷嵌套。

中斷源和中斷標(biāo)志8051單片機(jī)有5個(gè)中斷源，2個(gè)外部中斷，2個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器中斷，1個(gè)串行口中斷中斷源中斷請(qǐng)求1外部中斷ITx=0，電平觸發(fā)。每個(gè)T采樣INTx的狀態(tài)，為低電平則直接觸發(fā)外中斷。此方式下，中斷源須持續(xù)請(qǐng)求，直到中斷實(shí)際產(chǎn)生為止，且在中斷返回前，須撤除中斷請(qǐng)求信號(hào)，否則發(fā)生另一次中斷（誤中斷）。中斷響應(yīng)服務(wù)結(jié)束撤除適用于外部中斷輸入為低電平，且中斷服務(wù)程序中能夠清除該中斷源申請(qǐng)信號(hào)的情況。ITx=1，邊沿觸發(fā)。在INTx端連續(xù)采樣到一個(gè)T的高電平和緊接著一個(gè)T的低電平則IEx=1，由該位申請(qǐng)中斷，既使CPU不能立即響應(yīng)，中斷標(biāo)志仍保留等待響應(yīng)，一旦進(jìn)入中斷程序，IEx被CPU自動(dòng)清除。此情況適用于以負(fù)脈沖形式輸入的外部中斷請(qǐng)求。2、定時(shí)器中斷8051內(nèi)部有兩個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器，對(duì)內(nèi)部定時(shí)脈沖（主脈沖經(jīng)12分頻后）或T0/T1引腳上輸入的外部脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。定時(shí)器T0/T1在計(jì)數(shù)脈沖作用下從全“1”變?yōu)槿?”時(shí)自動(dòng)向CPU提出溢出中斷請(qǐng)求，以表明定時(shí)器T0或T1的定時(shí)時(shí)間已到或計(jì)數(shù)器已溢出。當(dāng)CPU響應(yīng)定時(shí)器中斷并轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序時(shí)由硬件清0中斷標(biāo)志。不使用中斷方式時(shí)可由軟件清0中斷標(biāo)志。中斷控制1中斷的開放與屏蔽中斷允許寄存器IE外部中斷0允許控制位0：禁止；1：允許定時(shí)器0中斷允許控制位0：禁止；1：允許EA-ET2ESET1EX1ET0EX0外部中斷1允許控制位0：禁止；1：允許定時(shí)器1中斷允許控制位0：禁止；1：允許串行口中斷允許控制位0：禁止；1：允許定時(shí)器2中斷允許控制位0：禁止；1：允許（8052特有）允許中斷總控制位0：禁止；1：允許IED0D7中斷允許寄存器TF1中斷開放（總開關(guān)）EAEX0ET0EX1ET1ESIE0IT0=1IT0=0INT0IE1IT1=1IT1=0INT1TF0RITI(引腳)(引腳)串行口中斷允許(分開關(guān)）T1中斷允許(分開關(guān)）外部中斷1中斷允許(分開關(guān)）外部中斷0中斷允許(分開關(guān)）T0中斷允許(分開關(guān)）+向CPU申請(qǐng)中斷中斷優(yōu)先級(jí)別的設(shè)定MCS?51系列單片機(jī)具有兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)。對(duì)于所有的中斷源，均可由軟件設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)中斷或低優(yōu)先級(jí)中斷，并可實(shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套。一個(gè)正在執(zhí)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序，能被高優(yōu)先級(jí)中斷源所中斷。同級(jí)或低優(yōu)先級(jí)中斷源不能中斷正在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序。每個(gè)中斷源的中斷優(yōu)先級(jí)都可以通過程序來設(shè)定，由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP統(tǒng)一管理。

PX0:外部中斷0中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT0:定時(shí)計(jì)數(shù)器T0的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PX1:外部中斷1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT1:定時(shí)計(jì)數(shù)器T1的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PS:串行口中斷優(yōu)先級(jí)控制位PT2:定時(shí)計(jì)數(shù)器T2的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。各個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)控制位設(shè)置為1，表示設(shè)置為高優(yōu)先級(jí)；設(shè)置為0，表示設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)。8051單片機(jī)有2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，具有5個(gè)中斷源，那么，當(dāng)多個(gè)中斷源同時(shí)產(chǎn)生中斷時(shí)，首先響應(yīng)中斷優(yōu)先級(jí)高的中斷源中斷請(qǐng)求，然后再響應(yīng)中斷優(yōu)先級(jí)低的中斷源中斷請(qǐng)求。然而，多個(gè)中斷源有可能處在同一優(yōu)先級(jí)，當(dāng)處于同一優(yōu)先級(jí)的多個(gè)中斷源同時(shí)產(chǎn)生中斷時(shí)，CPU應(yīng)響應(yīng)那個(gè)中斷源？各中斷源在同一優(yōu)先級(jí)時(shí)從高到低的排列順序?yàn)椋和獠恐袛?→定時(shí)器0中斷→外部中斷1→定時(shí)器1中斷→串行口中斷→(定時(shí)器2中斷)。

低優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求INT0T0T2串行口T1INT1查詢順序INT0T0T2串行口T1INT1中斷允許寄存器TF1中斷優(yōu)先級(jí)寄存器高優(yōu)先級(jí)中斷請(qǐng)求中斷開放（總開關(guān)）EAEX0PX010ET0PT010EX1PX110ET1PT110ESPS10ET2PT210IE0IT0=1IT0=0INT0IE1IT1=1IT1=0INT1TF0(8052)TF2EXF2RITI(引腳)(引腳)T2中斷允許(分開關(guān)）串行口中斷允許(分開關(guān)）T1中斷允許(分開關(guān)）外部中斷1中斷允許(分開關(guān)）外部中斷0中斷允許(分開關(guān)）T0中斷允許(分開關(guān)）中斷響應(yīng)過程1中斷響應(yīng)條件開放中斷。無同級(jí)或高級(jí)中斷服務(wù)程序正在執(zhí)行?，F(xiàn)行指令執(zhí)行到最后一個(gè)機(jī)器周期且已結(jié)束。若現(xiàn)行指令為RETI或訪問IP,IE指令時(shí)，執(zhí)行完該指令且緊隨其后的另一條指令也已執(zhí)行完畢。⑴中斷響應(yīng)過程

CPU在每個(gè)機(jī)器周期中采樣中斷標(biāo)志，在下一個(gè)機(jī)器周期中按先后順序查詢中斷標(biāo)志。在查詢到某一中斷標(biāo)志為1時(shí)，則在下一個(gè)機(jī)器周期S1期間按優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行中斷處理。中斷系統(tǒng)通過硬件生成長調(diào)用指令LCALL，將程序轉(zhuǎn)移到中斷入口地址單元，執(zhí)行相應(yīng)的中斷服務(wù)程序

響應(yīng)中斷時(shí)，CPU先置位優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器，接著再執(zhí)行由硬件產(chǎn)生的長調(diào)用指令LCALL。該指令將程序計(jì)數(shù)器PC的內(nèi)容壓入堆棧保護(hù)起來。中斷入口地址

中斷源中斷入口地址外部中斷00003H定時(shí)計(jì)數(shù)器T0中斷000BH外部中斷10013H定時(shí)計(jì)數(shù)器T1中斷001BH串行口中斷0023H定時(shí)計(jì)數(shù)器T2中斷002BH中斷響應(yīng)時(shí)間中斷響應(yīng)時(shí)間：指CPU檢測(cè)到中斷請(qǐng)求信號(hào)到轉(zhuǎn)入中斷服務(wù)程序入口所需要的機(jī)器周期數(shù)。51單片機(jī)響應(yīng)中斷的最短時(shí)間為3個(gè)機(jī)器周期。若CPU檢測(cè)到中斷請(qǐng)求信號(hào)時(shí)間正好時(shí)一條指令的最后一個(gè)機(jī)器周期，則不需等待，就可以立即響應(yīng)。這時(shí)響應(yīng)時(shí)間包含1個(gè)檢測(cè)的機(jī)器周期和內(nèi)部硬件執(zhí)行一條長調(diào)用指令，2個(gè)機(jī)器周期。中斷響應(yīng)時(shí)間一般為3——8個(gè)機(jī)器周期例1：由P1.0引腳輸出一個(gè)1KHz的方波信號(hào)。設(shè)fosc=12MHz。分析2、算法：采用定時(shí)中斷，每隔500μS將P1.0取反。

定時(shí)器方式選擇及初值計(jì)算：

計(jì)數(shù)脈沖頻率fp=（振蕩器12分頻） 計(jì)數(shù)脈沖周期Tp=＝=1μS 如果N為計(jì)數(shù)器的初值，n為計(jì)數(shù)器的長度，則： 定時(shí)時(shí)間T＝（2n－N）Tp N＝0時(shí)定時(shí)時(shí)間最長，故當(dāng)n（計(jì)數(shù)器長度）為確定值時(shí)，最長定時(shí)時(shí)間Tmax與n和Tp的關(guān)系如下：

Tmax≤2n×Tp當(dāng)n＝13（方式0），Tp＝1μS時(shí)：Tmax≤8192μS當(dāng)n＝16（方式1），Tp＝1μS時(shí)：Tmax≤65536μS當(dāng)n＝8（方式2），Tp＝1μS時(shí)：Tmax≤256μS在本例中選用定時(shí)器0方式1計(jì)數(shù)器初值N＝216－＝65536－

＝65036＝（FE0C）16

TpTusus1500流程圖程序

ORG 0000H LJMPMAIN ORG000BH LJMPT0I ORG0030HMAIN：MOVTMOD，#01H MOVTH0，#0FEH MOVTL0，#0CH SETBTR0 MOVIE，#82HMAIN1：SJMPMAIN1T0I：

MOVTH0,#0FEH；中斷服務(wù)子程序

MOVTL0,#0CH CPLP1.0 RETI；中斷返回

END例2：外部中斷通過外部中斷0,使P1口的發(fā)光二極管全亮,保持2秒,全滅,再保持2秒,全亮,如此循環(huán)往復(fù)ORG 0000HSTART：LJMP MAIN ；轉(zhuǎn)主程序

ORG 0003H

LJMP INT0 ORG 0013H

LJMP INT1 ORG 1000HMAIN： MOV IE，#85H

SETB PX1 SETB IT0 SETB IT1LOOP： MOV P1，#0FFH

SJMP LOOP ORG 2000HINT0： MOV R3，#0AH D1： MOV P1，#0FH

LCALL DELAY

DJNZ R3，D1 RETI ORG 2100HINT1： MOV A，R3 PUSH A

MOV R3，#02H MOV P1，#0F0H D2： LCALL DELAY ；調(diào)用延時(shí)程序

DJNZ R3，D2 ；循環(huán)2次，延時(shí)POP A

MOV R3，A RETI 延時(shí)子程序：DELAY:MOV R7,#64HDL0:MOV R6,#0FFHDL1:DJNZ R6,DL1DJNZ R7,DL0RET

END例3:設(shè)T0工作于方式2，TL0為8位計(jì)數(shù)器，TH0作數(shù)據(jù)緩沖器，可自動(dòng)裝入時(shí)間常數(shù)，產(chǎn)生500

s定時(shí)中斷，在中斷服務(wù)程序中把A的內(nèi)容減1，送P1口顯示。晶振為6MHz。 ORG000BHDECA MOVP1，A RETI ORG1000H MOVTMOD，#02H；方式2，定時(shí)

MOVTL0，#06H MOVTH0，#06H SETBTR0 SETBET0 SETBEA SJMP$例4:當(dāng)GATE=1,TRx=1,只有INTx引腳輸入高電平,Tx才被允許計(jì)數(shù)，利用GATE此功能，可測(cè)試INTx引腳上正脈沖寬度。方法：T0從0計(jì)數(shù)對(duì)T0初始化GATE=1T0停止計(jì)數(shù)讀T0數(shù)值ORG1000HMOVTMOD，#09H；MOVTL0，#00HMOVTH0，#00HL1：JBP3.2，L1；SETBTR0L2：JNBP3.2，L2L3：JBP3.2，L3CLRTR0MOVR0，TL0MOVR1，TH0等待INT0腳為低電平；等待INT0腳升高；等待INT0腳下降例5:設(shè)T0工作于方式3，TL0，TH0為兩個(gè)獨(dú)立的8位計(jì)數(shù)器，分別產(chǎn)生250

s和500

s定時(shí)中斷，使P1.1和P1.2產(chǎn)生500s和1000s的方波，晶振為12MHz。（兩種方法）ORG000BHMOVTL0,#83HCPLP1.1RETIORG001BHMOVTH0,#06HCPLP1.2RETI256-125=83HTL0256-250=06HTH0ORG1000HMOVTMOD，#03HMOVTL0，#83HMOVTH0，#06HSETBTR0SETBTR1SETBET0SETBET1SETBEASJMP$串行口一、串行通信的基本概念通信:CPU與外界的信息交換。通信的基本方式:串行通信和并行通信并行通信:數(shù)據(jù)的各位同時(shí)傳送.特點(diǎn):傳送速度快,但若距離遠(yuǎn),位數(shù)又多時(shí),會(huì)導(dǎo)致通信線路復(fù)雜且成本高,不適宜遠(yuǎn)距離傳送.串行通信:數(shù)據(jù)一位接一位的順序傳送.特點(diǎn):通信線路簡單,只要一根傳輸線就可實(shí)現(xiàn)通信,成本低,特別適用于遠(yuǎn)距離通信,傳輸速度慢.串行通信與并行通信串行通信串行通信分為異步傳送和同步傳送.1、異步傳送:數(shù)據(jù)在線路上的傳送不連續(xù).傳送時(shí),數(shù)據(jù)以一個(gè)字符為單位進(jìn)行傳送.在異步傳送時(shí)，對(duì)字符必須規(guī)定一定的格式，以利于接收方判別何時(shí)有字符送來及何時(shí)是一個(gè)新的字符的開始。一個(gè)字符又稱為一幀信息.一幀信息由起始位,數(shù)據(jù)位,奇偶校驗(yàn)位和停止位4個(gè)部分組成.起始位為低電平(0),占一位.起始位后面為5～8個(gè)信息位，數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)總是低位在前，高位在后。數(shù)據(jù)位后的1位為奇偶校驗(yàn)位(選配).最后是停止位,它用高電平(信號(hào)1)來表示一幀信息的結(jié)束,可以是1位,1.5位,2位.異步傳送中,字符間隔不固定,在停止位后可以加空閑位,空閑位用高電平表示,用于等待傳送.波特率:數(shù)據(jù)的傳送速率,即每秒傳送的二進(jìn)制數(shù)的位數(shù).其單位為bps（bitspersecond）。它是衡量串行數(shù)據(jù)速度快慢的重要指標(biāo)。波特率＝一個(gè)字符的二進(jìn)制編碼位數(shù)×字符/秒例：在異步串行通信中，傳送一個(gè)字符包括12位（一個(gè)起始位，8個(gè)數(shù)據(jù)位，2個(gè)停止位，一個(gè)校驗(yàn)位），其傳輸速率是1200b/s,每秒鐘所能傳送的字符數(shù)是：1200/(1+8+2+1)=100個(gè)，即字符速率是100字符/秒.標(biāo)準(zhǔn)波特率：110、300、600、1200、1800、2400、4800、9600、14.4Kbps、19.2Kbps、28.8Kbps、33.6Kbps、56Kbps異步串行通信注意事項(xiàng)1、字符格式:通信雙方要事先約定字符的編碼格式,奇偶校驗(yàn)格式及起始位和停止位的規(guī)定.2、波特率:接收方和發(fā)送方的波特率保持一致.同步傳送同步傳送時(shí)是按數(shù)據(jù)塊傳送的，把傳送的字符順序地連接起來，組成數(shù)據(jù)塊。在數(shù)據(jù)塊前面加上特殊的同步字符，作為數(shù)據(jù)塊的起始符號(hào)，在數(shù)據(jù)塊的后面加上校驗(yàn)字符用于校驗(yàn)通信中的錯(cuò)誤。在同步通信中字符之間沒有空閑位，通信效率比較高。若數(shù)據(jù)塊之間有時(shí)間間隔,則發(fā)送同步字符填充.

串行通信的數(shù)據(jù)傳送方向1、單工方式2、半雙工方式：采用一條數(shù)據(jù)線。3、全雙工方式：采用兩條數(shù)據(jù)線。MCS-51單片機(jī)串行口51單片機(jī)內(nèi)部有一個(gè)功能很強(qiáng)的全雙工串行口,可同時(shí)接受和發(fā)送數(shù)據(jù),接收和發(fā)送數(shù)據(jù)均可工作在查詢方式或中斷方式.8051串行口的內(nèi)部有數(shù)據(jù)接收緩沖器和數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器。數(shù)據(jù)接收緩沖器只能讀出不能寫入，數(shù)據(jù)發(fā)送緩沖器只能寫入不能讀出，這兩個(gè)數(shù)據(jù)緩沖器都用符號(hào)SBUF來表示，地址都是99H。MCS-51串行口結(jié)構(gòu)一、串行口控制寄存器SCON特殊功能寄存器SCON存放串行口的控制和狀態(tài)信息，地址為98H，具有位尋址功能。串行口用定時(shí)器作為波特率發(fā)生器。

D7D6D5D4D3D2D1D0SM0SM1SM2RENTB8RB8TIRI特殊功能寄存器SCONSM0SM1SM0，SM1為串行口工作方式選擇位。SM0SM1方式功能000移位寄存器輸入/輸出方式（波特率為fosc/12）0118位UART方式，波特率可變（T1溢出率/n）1029位UART方式，波特率fosc/64或fosc/321139位UART方式，波特率可變（T1溢出率/n）注：UART為通用的異步接收/發(fā)送器特殊功能寄存器PCONPCON主要是為CHMOS型單片機(jī)的電源控制設(shè)置的專用寄存器，單元地址為87H，不能位尋址。

SMOD：波特率選擇位。在方式1、方式2和方式3時(shí)，串行通信的波特率和SMOD有關(guān)。當(dāng)SMOD=1時(shí)，通信波特率乘以2；否則波特率不變。波特率計(jì)算串行通信波特率的計(jì)算：方式0：移位寄存器方式。波特率=fosc/12方式2：9位UART。波特率=2SMOD

×fosc/64方式1、3：8、9位UART。 都是由定時(shí)器1作為串行口波特率發(fā)生器，由其溢出率決定。波特率=（2SMOD/32）×（定時(shí)器1溢出率）當(dāng)定時(shí)器1工作于方式2時(shí)：波特率=（2SMOD

/32）×(fosc/12)/(256?TH1)串行口工作方式一、方式0方式0為同步移位寄存器方式，其波特率固定，為fosc/12，數(shù)據(jù)由RXD（P3.0腳）端出入，同步移位脈沖由TXD（P3.1腳）端輸出，發(fā)送、接收的是8位數(shù)據(jù)，低位在先,高位在后。1、發(fā)送。執(zhí)行任何一條將SBUF作為目的寄存器的指令時(shí)，數(shù)據(jù)開始從RXD端串行發(fā)送，其波特率為振蕩頻率的1/12。方式0發(fā)送時(shí)的如圖4－13所示。在寫信號(hào)有效后，相隔一個(gè)機(jī)器周期，發(fā)送控制端SEND有效（高電平），允許RXD發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)，允許從TXD端輸出移位脈沖，1幀（即8位）數(shù)據(jù)發(fā)送完畢時(shí)，各控制端均恢復(fù)原狀態(tài)，只有TI保持高電平，呈中斷申請(qǐng)狀態(tài)。要再次發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)，必須用軟件將TI清零。圖4－13方式0同步移位寄存器發(fā)送2、接收。在滿足REN=1和RI=0的條件下，就會(huì)啟動(dòng)一次接收過程。此時(shí)，RXD為串行輸入端，TXD為同步脈沖輸出端。串行接收的波特率也為振蕩頻率的1/12。其時(shí)序如圖4－14所示。 同樣，當(dāng)接收完一幀數(shù)據(jù)后，控制信號(hào)復(fù)位，只有RI仍保持高電平，呈中斷申請(qǐng)狀態(tài)。再次接收時(shí)，必須通過軟件清零。圖4－14方式0同步移位寄存器接收二、方式1

在方式1狀態(tài)下，串行口為8位異步通信接口。一幀信息為10位，包括1位起始位（0），8位數(shù)據(jù)位（低位在先）和1位停止位（1）。TXD為發(fā)送端，RXD為接收端。波特率不變。1、發(fā)送。串行口以方式1發(fā)送時(shí)，數(shù)據(jù)由TXD端輸出，C