《單片機(jī)原理與應(yīng)用》課件第6章

項(xiàng)目六中斷的應(yīng)用

6.1項(xiàng)目基本技能

6.2項(xiàng)目基本知識6.3技能拓展6.4互動環(huán)節(jié)6.5習(xí)題

任務(wù)1LED控制電路

1．任務(wù)要求系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)如圖6-1所示，要求每按動按鍵S2一次，發(fā)光二極管LED改變一次亮滅狀態(tài)。6.1項(xiàng)目基本技能

2．程序設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)方法通過按鍵信號輸入觸發(fā)中斷，P1.0輸出高低電平控制LED亮滅狀態(tài)。中斷程序按以下步驟完成：

(1)中斷方式的選擇。外部中斷可用電平觸發(fā)，也可選擇邊沿觸發(fā)。當(dāng)采用電平觸發(fā)方式時，在程序中應(yīng)設(shè)置IT0為0。硬件上，在引腳接低電平，單片機(jī)就能采樣到中斷請求信號，硬件自動置IE0為1，為避免一次按鍵引起多次中斷響應(yīng)，應(yīng)在中斷返回前從硬件上撤消中斷請求信號(即釋放按鍵)，這可以通過在中斷返回前用軟件等待按鍵釋放來完成。

當(dāng)采用邊沿觸發(fā)方式時，在程序中應(yīng)設(shè)置IT0為1。硬件上，在引腳有負(fù)脈沖產(chǎn)生，只要中斷請求負(fù)脈沖的寬度大于1個機(jī)器周期，單片機(jī)就能采樣到中斷請求信號。通過按一次鍵產(chǎn)生一次負(fù)跳變，從而產(chǎn)生一次中斷請求。單片機(jī)將采樣到的信號鎖存到中斷請求標(biāo)志寄存器中，硬件自動置IE0為1。即使單片機(jī)暫時不響應(yīng)，這個標(biāo)志也不丟失，只有在外部中斷響應(yīng)之后，硬件才將IE0清除。圖6-1LED控制電路

(2)開放中斷。有了中斷請求不一定能夠產(chǎn)生中斷，還必須利用程序?qū)⒏鱾€“允許/禁止中斷”開關(guān)設(shè)置成開放狀態(tài)。51單片機(jī)的中斷控制分為兩級，一級是針對不同中斷源的，比如開放外部中斷0只要將EX0置1即可；另一級是總開關(guān)，必須用指令將總允許標(biāo)志位EA置1，這些均可在中斷程序初始化中進(jìn)行。

(3)中斷服務(wù)程序的位置。外部中斷0的入口地址是0003H，而中斷服務(wù)程序則可放在程序存儲器的任何位置，在編寫匯編語言代碼時須在0003H單元放一條跳轉(zhuǎn)指令，指向中斷服務(wù)程序的入口地址。中斷服務(wù)程序最后一條指令必須是RETI指令，以便在中斷服務(wù)程序執(zhí)行完后返回到被中斷的主程序。編寫C語言代碼則只需聲明中斷服務(wù)函數(shù)。

2)流程圖程序參考流程如圖6-2所示。其中圖6-2(a)為主程序流程圖，圖6-2(b)為中斷服務(wù)子程序流程圖。圖6-2程序流程圖

3)指令代碼

(1)編寫匯編語言代碼。采用電平觸發(fā)方式，用匯編語言編寫的指令代碼如下：；；；；程序名：A6_11.ASM；；；；功能:外部中斷0電平觸發(fā)方式控制燈的狀態(tài)

ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H ;中斷入口

AJMP IR0 ORG 0100H ;主程序MAIN： MOV SP，#40H ;設(shè)棧底

SETB EX0 ;中斷允許

CLR IT0 ;低電平觸發(fā)方式

SETB EA

;開中斷HERE：SJMP HERE ;等待中斷

ORG 0400H ;中斷服務(wù)程序IR0： CPL P1.0 ;改變LED的亮滅WAIT:JNB P3.2，WAIT ;查詢P3.2引腳，等待按鍵釋放

RETI ;中斷返回采用邊沿觸發(fā)方式，用匯編語言編寫的指令代碼如下：；；；；程序名：A6_12.ASM；；；；功能:外部中斷0邊沿觸發(fā)方式控制燈的狀態(tài)

ORG 0000H ;復(fù)位入口

AJMP MAIN ;跳轉(zhuǎn)到主程序

ORG 0003H ;中斷入口

AJMP IR0;響應(yīng)中斷，跳轉(zhuǎn)到中斷服務(wù)程序

ORG 0100H ;主程序開始MAIN：MOV SP，#40H ;設(shè)棧底

SETB IT0 ;設(shè)置邊沿觸發(fā)方式

SETB EX0 ;中斷允許

SETB EA ;CPU開中斷HERE:

SJMP HERE ;等待中斷

ORG 0400H ;中斷服務(wù)程序IR0：CPL P1.0 ;改變LED亮滅

RETI ;中斷返回

WAIT:JNB P3.2，WAIT指令說明：若P3.2=0，跳轉(zhuǎn)到WAIT處，即原地踏步；若P3.2=1，程序順序向下執(zhí)行。

(2)編寫C語言代碼。采用電平觸發(fā)方式，用C語言編寫的指令代碼如下：采用邊沿觸發(fā)方式，用C語言編寫的指令代碼如下：

while(P3_0==0);語句說明：查詢P3.0引腳是否為低電平，若為低電平執(zhí)行空語句，再查詢P3.0引腳的狀態(tài)，若再為低電平，繼續(xù)執(zhí)行空語句，循環(huán)往復(fù)，直到P3.0引腳為高電平，返回主函數(shù)體中。

P1=～P1;語句說明：上電復(fù)位后，P1=11111111B，第一次執(zhí)行語句后，P1=00000000B。任務(wù)2航標(biāo)燈控制電路

1.任務(wù)要求用單片機(jī)的定時器與中斷功能控制一個“航標(biāo)燈”，黑夜時發(fā)光二極管按指定頻率閃爍(如：亮2s，滅2s，循環(huán))；白天時發(fā)光二極管不亮。

2.硬件電路設(shè)計(jì)本任務(wù)選用光敏電阻來調(diào)節(jié)電路中的高低電平，光敏電阻如圖6-3所示，是一個光感應(yīng)器件，能隨外部光強(qiáng)改變電阻的阻值。當(dāng)外部光照強(qiáng)時電阻的阻值減小，當(dāng)外部光照弱時電阻的阻值增大。電路原理圖如圖6-4所示，由光敏電阻和電位器組成分壓電路，白天和夜晚光照強(qiáng)度不同，光敏電阻阻值發(fā)生變化，從而使P3.2引腳呈現(xiàn)高電平或低電平，P3.2引腳是的輸入端口，若為低電平，觸發(fā)中斷。圖6-3光敏電阻圖6-4航標(biāo)燈控制電路

3.軟件設(shè)計(jì)

1)設(shè)計(jì)方法主程序控制白天滅燈，黑夜時外部中斷0中斷服務(wù)子程序?qū)崿F(xiàn)LED燈亮2s，滅2s，如此循環(huán)。延時子程序采用定時器T1，方式1，查詢方式定時50ms，循環(huán)10次，從而獲取2秒的延時時間。

2)流程圖主程序及中斷服務(wù)子程序的流程圖如圖6-5(a)和圖6-5(b)所示：圖6-5程序流程圖

3)指令代碼

(1)編寫匯編語言源程序代碼，程序如下：

中斷初始化程序中中斷允許既可以按位來操作也可以按字節(jié)操作。如按字節(jié)操作指令:

MOVIE，#81H可以寫成按位操作指令:

SETBEA

SETBEX0(2)編寫C語言源程序代碼，程序如下：

while(!TF0);語句說明：溢出標(biāo)志位TF0若為0，則!TF0為1，滿足while語句循環(huán)條件，執(zhí)行空語句，若TF0=1，退出循環(huán)。當(dāng)定時時間未到，溢出標(biāo)志位TF0始終為0，則反復(fù)執(zhí)行空語句，無限循環(huán)，直到定時器0定時溢出，TF0=1為止。4.電路板制作

1)航標(biāo)燈電路元件清單所用器件如表6-1所示。表6-1航標(biāo)燈電路元件清單

2)航標(biāo)燈控制電路的面包板制作航標(biāo)燈控制電路面包板實(shí)物如圖6-6所示。圖6-6航標(biāo)燈控制電路

3)調(diào)試運(yùn)行單片機(jī)P1.0輸出高低電平控制三極管的導(dǎo)通與截止，從而控制LED燈的亮滅，所以要正確識別三極管的發(fā)射極、基極、集電極，才能保證連接電路正確。P3.2引腳是作為外部中斷0的中斷源端口，P3.2為低電平有中斷請求，來模擬夜晚到來。P3.2引腳的高低電平需要通過光敏電阻和電位器同時來調(diào)節(jié)。

將目標(biāo)代碼文件A6-2.hex或C6-2.hex加載到STC89C51單片機(jī)中，程序運(yùn)用了定時和中斷技術(shù)，調(diào)試程序時，可將斷點(diǎn)分別設(shè)置在中斷入口處、子程序內(nèi)部和中斷返回處等觀測點(diǎn)。然后通過觀察程序是否運(yùn)行到斷點(diǎn)所在的位置來判斷程序運(yùn)行控制過程是否正確。任務(wù)3定時器中斷應(yīng)用

1.任務(wù)要求在項(xiàng)目五任務(wù)1中，霓虹燈的控制使用定時器T0，工作方式1，查詢方式實(shí)現(xiàn)1s的延時，本任務(wù)采用定時器中斷方式來實(shí)現(xiàn)。

2.硬件電路設(shè)計(jì)參見項(xiàng)目五任務(wù)1。

3.軟件設(shè)計(jì)

1)編寫匯編語言源程序代碼。采用定時器T0中斷定時50ms，用R3作50ms計(jì)數(shù)單元，在此基礎(chǔ)上再用08H位作1s計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志，主程序從0100H開始，中斷服務(wù)程序名為CONT?？稍O(shè)計(jì)源程序如下：；；；；程序名：A6_3.ASM；；；；功能:定時器T0中斷方式實(shí)現(xiàn)延時1s的霓虹燈控制ORG 0000H ;程序入口AJMP 0100H ;指向主程序ORG 000BH ;定時器T0中斷入口AJMP CONT ;指向中斷服務(wù)程序ORG 0100HMAIN：MOV

TMOD，#01H;設(shè)置定時器T0為工作方式1定時

MOV TH0，#3CH ;置50ms定時初值

MOV TL0，#0B0H

SETB

ET0 ;允許定時器T0中斷

SETB EA ;開中斷

SETB TR0

;啟動定時器T0

CLR 08H

;清1s計(jì)滿標(biāo)志位

MOV R3，#20 ;置50ms循環(huán)初值DISP： MOV R2，#7 MOV A，#0FEHNEXT： MOV P1，AHERE1： JNB 08H，HERE1

;查詢1s時間到否 CLR 08H ;1s時間到，清標(biāo)志位 RL A DJNZ R2，NEXT MOV R2，#7NEXT1： MOV P1，AHERE2： JNB 08H，HERE2

;查詢1s時間到否 CLR 08H RR A DJNZ R2，NEXT1 AJMP DISPCONT：MOV TH0，#3CH ;重置50ms定時初值 MOV TL0，#0B0H DJNZ R3，EXIT ;判1s定時到否 MOV R3，#20 ;置50ms循環(huán)初值

SETB 08H ;標(biāo)志位置1 EXIT： RETI END

定時器采用查詢工作方式，在1s定時程序期間一直占用CPU；采用中斷工作方式，在1s定時程序期間CPU可處理其他指令，從而充分發(fā)揮定時器/計(jì)數(shù)器的功能，大大提高了CPU的效率。

2)編寫C語言源程序代碼設(shè)置flag作為延時1s的標(biāo)志位，定時器T0定時50ms產(chǎn)生1次中斷，count變量減1計(jì)數(shù)，中斷20次，count減到0，延時1s時間到，flag由中斷函數(shù)置1。主函數(shù)查詢flag是否為1，來判斷1s時間到否。源程序如下：

while(flag==0);語句說明：當(dāng)flag=0時，循環(huán)執(zhí)行空語句，flag=1時，退出循環(huán)體，向下執(zhí)行語句。此語句也可簡寫為“while(！flag);”。選擇變量類型時應(yīng)盡量選用無符號型，可以減少測試符號的額外操作，可以提高代碼效率。

4.電路板制作

1)準(zhǔn)備器件參照項(xiàng)目五任務(wù)1。

2)用面包板連接電路參照項(xiàng)目五任務(wù)1。

3)調(diào)試運(yùn)行在Keil環(huán)境中，對源程序A5_1.ASM或C5_1.C進(jìn)行編輯、匯編或編譯，生成機(jī)器代碼并下載到芯片里，接通電路板電源，可觀察到霓虹燈顯示效果。知識點(diǎn)1單片機(jī)中斷系統(tǒng)

1．單片機(jī)中斷系統(tǒng)

1)中斷的概念中斷是指計(jì)算機(jī)暫時停止源程序的執(zhí)行轉(zhuǎn)而為外部設(shè)備服務(wù)，并在服務(wù)完以后自動返回源程序執(zhí)行的過程。6.2項(xiàng)目基本知識

一個資源(CPU)面對多項(xiàng)任務(wù)，但由于資源有限，因此就可能出現(xiàn)資源競爭的局面，即幾項(xiàng)任務(wù)來爭奪一個CPU。而中斷技術(shù)就是解決資源競爭的有效方法，采用中斷技術(shù)可以使多項(xiàng)任務(wù)共享一個資源，所以中斷技術(shù)實(shí)質(zhì)上就是一種資源共享技術(shù)。

2)引入中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

(1)提高了CPU的工作效率，實(shí)現(xiàn)了CPU和外部設(shè)備的并行工作。

(2)實(shí)現(xiàn)實(shí)時控制。所謂實(shí)時控制，就是要求計(jì)算機(jī)能及時地響應(yīng)被控對象提出的分析、計(jì)算和控制等請求，使被控對象保持在最佳工作狀態(tài)，以達(dá)到預(yù)定的控制效果。由于這些控制參數(shù)的請求都是隨機(jī)發(fā)出的，而且要求單片機(jī)必須作出快速響應(yīng)并及時處理。對此，只有靠中斷技術(shù)才能實(shí)現(xiàn)。

(3)便于突發(fā)故障(如硬件故障、運(yùn)算錯誤、電源掉電、程序故障等)的及時發(fā)現(xiàn)，提高系統(tǒng)可靠性。

(4)能使用戶通過鍵盤發(fā)出請求，隨時可以對運(yùn)行中的計(jì)算機(jī)進(jìn)行干預(yù)。

3)中斷源向CPU發(fā)出中斷請求的來源稱之為中斷源。MCS-51系列單片機(jī)是一個多中斷源的單片機(jī)，以STC89C51單片機(jī)為例，共有5個中斷源，外部中斷源2個，定時中斷源2個和串行中斷源1個。

(1)外部中斷。外部中斷是由外部信號引起的，共有2個中斷源，即外部中斷0和外部中斷1。中斷請求信號分別由引腳(P3.2)和(P3.3)引入。外部中斷請求有兩種信號方式，即電平方式和脈沖方式?？赏ㄟ^設(shè)置有關(guān)控制位進(jìn)行定義。電平方式的中斷請求是低電平有效的，只要單片機(jī)在中斷請求引入端上采樣到有效的低電平時，就激活外部中斷。脈沖方式的中斷請求則是脈沖下降沿有效的，CPU在每個機(jī)器周期對中斷請求引入端進(jìn)行采樣，如前一次為高電平，后一次為低電平，即為有效中斷請求。

(2)定時中斷。定時中斷是為滿足定時或計(jì)數(shù)的需要而設(shè)置的。當(dāng)計(jì)數(shù)結(jié)構(gòu)發(fā)生計(jì)數(shù)溢出時，即表明定時時間到或計(jì)數(shù)值已滿。請求是在單片機(jī)芯片內(nèi)部發(fā)生的。

(3)串行中斷。串行中斷是為串行數(shù)據(jù)傳送的需要而設(shè)置的。每當(dāng)串行口接收或發(fā)送完一組串行數(shù)據(jù)時，就產(chǎn)生一個中斷請求。請求是在單片機(jī)芯片內(nèi)部自動發(fā)生的。

2．中斷控制

1)定時器控制寄存器(TCON)該寄存器用于保存外部中斷請求以及定時器的計(jì)數(shù)溢出。寄存器的內(nèi)容及位地址如表6-2所示。表6-2定時器控制寄存器TCON格式

(1)?IE0和IE1：外中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)CPU采樣到()端出現(xiàn)有效中斷請求時，IE0(IE1)位由硬件置“1”。在中斷響應(yīng)完成后轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時，再由硬件自動清“0”。

(2)?IT0和IT1：外中斷請求觸發(fā)方式控制位。IT0(IT1)=1脈沖觸發(fā)方式，脈沖下降沿有效；IT0(IT1)=0電平觸發(fā)方式，低電平有效。IT0和IT1控制位由軟件置“1”或清“0”。

(3)?TF0和TF1：計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位。當(dāng)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生計(jì)數(shù)溢出時，相應(yīng)的溢出標(biāo)志位由硬件置“1”。當(dāng)轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)時，再由硬件自動清“0”。計(jì)數(shù)溢出標(biāo)志位的使用有兩種情況：采用中斷方式時，作中斷請求標(biāo)志位來使用；采用查詢方式時，作查詢狀態(tài)位來使用。

2)串行口控制寄存器(SCON)串行口寄存器的內(nèi)容及位地址如表6-3所示。表6-3串行口控制寄存器SCON格式

SCON是串行口控制寄存器，其低兩位TI和RI為串行口發(fā)送中斷標(biāo)志和接收中斷標(biāo)志，其他位請參考項(xiàng)目八內(nèi)容。

(1)?TI：串行口發(fā)送中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)發(fā)送完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1”，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，用軟件清“0”。

(2)?RI：串行口接收中斷請求標(biāo)志位。當(dāng)接收完一幀串行數(shù)據(jù)后，由硬件置“1”，在轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序后，用軟件清“0”。串行中斷請求由TI和RI的邏輯或得到。就是說，無論是發(fā)送標(biāo)志還是接收標(biāo)志，都會產(chǎn)生串行中斷請求。

3)中斷允許控制寄存器(IE)該寄存器地址為0A8H，位地址0AFH～0A8H。寄存器的內(nèi)容及位地址如表6-4所示。表6-4中斷允許控制寄存器IE格式

(1)?EA：中斷允許總控制位。EA=0，中斷總禁止，禁止所有中斷；EA=1，中斷總允許。總允許后中斷的禁止或允許由各中斷源的中斷允許控制位進(jìn)行設(shè)置。

(2)?EX0(EX1)：外部中斷允許控制位。EX0(EX1)=0，禁止外中斷；EX0(EX1)=1，允許外中斷。

(3)?ET0和ET1：定時中斷允許控制位。ET0(ET1)=0，禁止定時中斷；ET0(ET1)=1，允許定時中斷。

(4)?ES：串行中斷允許控制位。ES=0，禁止串行中斷；ES=1，允許串行中斷。

4)中斷優(yōu)先級控制寄存器(IP)

IP寄存器地址為0B8H，位地址為0BFH～0B8H。寄存器的內(nèi)容及位地址如表6-5所示。表6-5中斷優(yōu)先級控制寄存器IP格式

(1)?PX0：外部中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；

(2)?PT0：定時中斷0優(yōu)先級設(shè)定位；

(3)?PX1：外部中斷1優(yōu)先級設(shè)定位；

(4)?PT1：定時中斷1優(yōu)先級設(shè)定位；

(5)?PS：串行中斷優(yōu)先級設(shè)定位。上述優(yōu)先級標(biāo)志位為“0”的優(yōu)先級為低；為“1”的優(yōu)先級為高。

5)中斷優(yōu)先級控制原則和控制邏輯

MCS-51單片機(jī)具有兩級優(yōu)先級，具備兩級中斷服務(wù)嵌套的功能。其中斷優(yōu)先級的控制原則是：

(1)低優(yōu)先級中斷請求不能打斷高優(yōu)先級的中斷服務(wù)，但高優(yōu)先級中斷請求可以打斷低優(yōu)先級的中斷服務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)中斷嵌套。

(2)如果一個中斷請求已被響應(yīng)，則同級的其他中斷服務(wù)將被禁止，即同級不能嵌套。

(3)如果同級的多個中斷請求同時出現(xiàn)，則按CPU查詢次序確定哪個中斷請求被響應(yīng)。其查詢先后次序?yàn)椋和獠恐袛?、定時中斷0、外部中斷1、定時中斷1、串行中斷。

6)中斷初始化與中斷控制寄存器狀態(tài)設(shè)置外中斷初始化共有三項(xiàng)內(nèi)容：中斷總允許、外中斷允許和中斷方式設(shè)定。定時中斷則只有前兩項(xiàng)內(nèi)容，沒有中斷方式控制。知識點(diǎn)2中斷處理過程

1．單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖如圖6-7所示。圖6-7MCS-51單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

如圖6-7所示，中斷系統(tǒng)主要包括以下各功能部件：

1)與中斷有關(guān)的寄存器與中斷有關(guān)的寄存器有4個，分別為中斷標(biāo)志寄存器TCON和SCON、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP。

2)中斷源中斷源有5個，分別為：外部中斷0請求、外部中斷1請求、T0溢出中斷請求TF0、T1溢出中斷請求TF1、串行口中斷請求RI或TI。

3)中斷標(biāo)志位中斷標(biāo)志位分布在TCON和SCON兩個寄存器中。

4)中斷允許控制位中斷允許控制位分為中斷允許總控制位EA與中斷源控制位，它們集中在IE寄存器中，用于控制中斷的開放和屏蔽。

5)中斷優(yōu)先級控制寄存器

5個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器IP和自然優(yōu)先級共同確定。

2．中斷處理過程中斷處理過程包括中斷響應(yīng)和中斷處理兩個階段，如圖6-8所示。不同的計(jì)算機(jī)因其中斷系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)不同，其中斷響應(yīng)的方式也有所不同。這里介紹MCS-51系列單片機(jī)的中斷過程。圖6-8中斷處理過程流程圖

1)中斷響應(yīng)

(1)中斷響應(yīng)的條件：①有中斷源提出中斷請求；②中斷總允許位EA=1，即CPU開放中斷；③申請中斷的中斷源的中斷允許位為1，即沒有被屏蔽。

MCS-51單片機(jī)的CPU在每個機(jī)器周期采樣各中斷請求標(biāo)志位，如有置位，只要以上條件滿足，且下列三種情況都不存在，那么，在下一機(jī)器周期CPU響應(yīng)中斷。否則，采樣的結(jié)果被取消。這三種情況是：①?CPU正在處理同級或高級優(yōu)先級的中斷。②現(xiàn)行的機(jī)器周期不是所執(zhí)行指令的最后一個機(jī)器周期。③正在執(zhí)行的指令是返回或訪問IE、IP指令。CPU在執(zhí)行返回或訪問IE、IP的指令后，至少需要再執(zhí)行一條其他指令后才會響應(yīng)中斷請求。

(2)中斷響應(yīng)。中斷響應(yīng)將當(dāng)前PC值送入堆棧SP中，也就是將CPU本來要取用的指令地址暫存到堆棧中保護(hù)起來，以便中斷結(jié)束時，CPU能找到原來程序的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行下去。這一措施由中斷系統(tǒng)自動保存完成。保護(hù)現(xiàn)場時關(guān)閉中斷，以防其他中斷信號干擾。此時，中斷系統(tǒng)關(guān)閉該中斷源接收電路，其他中斷請求均被禁止。這一措施需用指令完成。

按中斷源入口地址進(jìn)入中斷服務(wù)程序，51單片機(jī)5個中斷源所對應(yīng)的中斷類型號和中斷服務(wù)程序入口地址為： 中斷源 n 入口地址 外部中斷0 0 0003H

定時/計(jì)數(shù)器0 1 000BH

外部中斷1 2 0013H

定時/計(jì)數(shù)器1 3 001BH

串行口 4 0023H

2)中斷處理

(1)中斷服務(wù)程序。在中斷響應(yīng)后，單片機(jī)自動調(diào)用的子程序稱為中斷服務(wù)程序。采用匯編語言程序設(shè)計(jì)，使用中斷時，因中斷服務(wù)程序可放在程序存儲器的任何位置，通常在中斷入口地址處存放一條絕對跳轉(zhuǎn)指令，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷服務(wù)程序的起始地址上去。中斷服務(wù)程序最后一條指令必須是RETI指令。

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(wù)程序。常用的中斷函數(shù)定義語法如下：

void函數(shù)名()interruptn其中n為中斷類型號，C51編譯器允許0～31個中斷，n取值范圍為0～31。

(2)中斷返回。計(jì)算機(jī)在中斷響應(yīng)時執(zhí)行到RETI指令時，立即結(jié)束中斷并從堆棧中自動取出在中斷響應(yīng)時壓入堆棧的PC當(dāng)前值，從而使CPU返回源程序中斷點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行下去。中斷執(zhí)行過程如圖6-9所示。圖6-9中斷執(zhí)行過程

(3)中斷嵌套。當(dāng)CPU響應(yīng)某一中斷時，若有優(yōu)先權(quán)高的中斷源發(fā)出中斷請求，則CPU能中斷正在進(jìn)行的中斷服務(wù)程序，并保留這個程序的斷點(diǎn)(類似于子程序嵌套)，響應(yīng)高級中斷。高級中斷處理結(jié)束以后，再繼續(xù)進(jìn)行被中斷的中斷服務(wù)程序，這個過程稱為中斷嵌套，其示意圖如圖6-10所示。如果發(fā)出新的中斷請求的中斷源的優(yōu)先權(quán)級別與正在處理的中斷源同級或更低時，CPU不會響應(yīng)這個中斷請求，直至正在處理的中斷服務(wù)程序執(zhí)行完以后才能去處理新的中斷請求。圖6-10中斷嵌套流程圖知識點(diǎn)3中斷采樣和查詢

1．中斷采樣

采樣就是CPU在每個機(jī)器周期對引腳(P3.2)和(P3.3)進(jìn)行信號檢測，根據(jù)采樣結(jié)果設(shè)置TCON寄存器中相應(yīng)的標(biāo)志位，以便CPU在下一個機(jī)器周期檢測這些中斷標(biāo)志位的狀態(tài)，了解是否有外部中斷申請，然后根據(jù)中斷初始化情況決定是否響應(yīng)。

對于定時器T0、T1及串行口中斷的中斷請求，都發(fā)生在芯片內(nèi)部，可以直接設(shè)置

TCON寄存器和SCON寄存器中相應(yīng)的標(biāo)志位，無須采樣。

2．中斷查詢

CPU檢測TCON寄存器和SCON寄存器中各標(biāo)志位的狀態(tài)，來決定有沒有中斷請求發(fā)生及是哪一個中斷請求。

3．中斷響應(yīng)時間

中斷響應(yīng)時間定義為從檢測到中斷申請到轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)程序所需的時間。CPU在每個機(jī)器周期的S5P2期間查詢每個中斷源，并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，在下一機(jī)器周期S6期間按優(yōu)先級順序查詢每個中斷標(biāo)志，如查詢到某個中斷標(biāo)志為1，將在下一個機(jī)器周期S1期間按優(yōu)先級進(jìn)行中斷處理。一般情況下中斷響應(yīng)時間在3～8個機(jī)器周期之間。

4．中斷標(biāo)志的清除方式

中斷標(biāo)志清除方式有三種情況：

(1)定時器T0、T1及邊沿觸發(fā)方式的外部中斷標(biāo)志。TF0、TF1、IE0、IE1在中斷響應(yīng)后由硬件自動清除，無需采取其他措施。

(2)電平觸發(fā)方式的外部中斷標(biāo)志。外部中斷標(biāo)志IE1、IE0不能自動清除，必須撤除或的電平信號。知識點(diǎn)4中斷源的擴(kuò)充

MCS-51系列單片機(jī)僅有兩個外部中斷請求輸入端和，在實(shí)際應(yīng)用中，若外部中斷源超過兩個，就需要擴(kuò)充外部中斷源，這里介紹兩種簡單可行的方法。

1．用定時器作外部中斷源

MCS-51單片機(jī)有兩個定時器，具有兩個內(nèi)中斷標(biāo)志和外計(jì)數(shù)引腳，如在某些應(yīng)用中不被使用，則它們的中斷可作為外部中斷請求使用。此時，可將定時器設(shè)置成計(jì)數(shù)方式，計(jì)數(shù)初值可設(shè)為滿量程，則它們的計(jì)數(shù)輸入端T0(P3.4)或T1(P3.5)引腳上發(fā)生負(fù)跳變時，計(jì)數(shù)器加1便產(chǎn)生溢出中斷。利用此特性，可把T0腳或T1腳作為外部中斷請求輸入線，而計(jì)數(shù)器的溢出中斷作為外部中斷請求標(biāo)志。

例將定時器T0擴(kuò)展為外部中斷源。將定時器T0設(shè)定為方式2(自動恢復(fù)計(jì)數(shù)初值)，TH0和TF0的初值均設(shè)置為255，允許T0中斷，CPU開放中斷。匯編語言源程序段如下：MOV TMOD，#06HMOV TH0，#255MOV TL0，#255SETB TR0SETB ET0SETB EA…C語言源程序段如下：TMOD=0x06;TH0=0xff;TL0=0xff;TR0=1;ET0=1;EA=1;…

當(dāng)連接在T0引腳上的外部中斷請求輸入線發(fā)生負(fù)跳變時，TL0加1溢出，TF0置1，向CPU發(fā)出中斷申請。T0引腳相當(dāng)于邊沿觸發(fā)的外部中斷源輸入線。同樣，也可將定時器T1擴(kuò)展為外部中斷源。

2．中斷和查詢相結(jié)合方式兩根外部中斷輸入線(和腳)的每一根都可以通過或非門連接多個外部中斷源，以達(dá)到擴(kuò)展外部中斷源的目的。其電路原理圖如圖6-11所示。圖6-11一個外中斷擴(kuò)展成多個外中斷的原理圖

由圖6-11可知，4個外部擴(kuò)展中斷源輸入引腳EXINT0～EXINT3通過或非門再與(P3.3)相連。同時，4個輸入引腳分別連接到單片機(jī)P1口的P1.0～P1.3引腳。當(dāng)4個輸入引腳中有一個或幾個出現(xiàn)高電平時，或非門輸出為0，使腳為低電平，從而發(fā)出中斷請求。因此，這些擴(kuò)充的外部中斷源都是電平觸發(fā)方式(高電平有效)。

CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序時，先依次查詢P1口的中斷源輸入狀態(tài)，再轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行。4個擴(kuò)展中斷源的優(yōu)先級順序由軟件查詢順序決定，即最先查詢的優(yōu)先級最高，最后查詢的優(yōu)先級最低。匯編語言中斷服務(wù)程序如下：

ORG 0003H ;外部中斷0入口

AJMP INT0 ;轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序入口

INT0：PUSH PSW ;保護(hù)現(xiàn)場

PUSH ACC

JNB P1.0，EXT0 ;中斷源查詢并轉(zhuǎn)相應(yīng)中斷服務(wù)程序

JNB P1.1，EXT1 JNB P1.2，EXT2 JNB P1.3，EXT3C語言中斷服務(wù)程序段如下：voidint_1interrupt2 //外部中斷1中斷類型號為2{unsignedchari;P1=0xff; //讀P1口引腳前先置全1i=P1; //P1口引腳狀態(tài)讀入變量ii&=0x0f;

//采用與操作屏蔽掉i的高四位switch(i){

case0x01:exint0();break; //調(diào)用函數(shù) exint0()，EXINTT0中斷服務(wù)，此處省略

case0x02:exint1();break; //調(diào)用函數(shù) exint1()，EXINTT1中斷服務(wù)，此處省略

case0x04:exint2();break; //調(diào)用函數(shù) exint2()，EXINTT2中斷服務(wù)，此處省略

case0x08:exint3();break; //調(diào)用函數(shù) exint3()，EXINTT3中斷服務(wù)，此處省略

default:break;

}}同樣，外部中斷1也可作相應(yīng)的擴(kuò)展。任務(wù)4交通燈控制

1．任務(wù)要求設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)單片機(jī)交通燈控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)以下兩種情況下的交通燈控制：

(1)正常情況下雙方向輪流點(diǎn)亮信號燈，信號燈的狀態(tài)如表6-6所示。

(2)有緊急車輛通過時，A、B道均為紅燈。6.3技能拓展

表6-6交通燈顯示狀態(tài)表

2．硬件電路設(shè)計(jì)本任務(wù)涉及定時控制東南西北四個方向上的12盞交通信號燈，并且出現(xiàn)緊急情況時，能及時調(diào)整交通燈指示狀態(tài)。采用12個LED發(fā)光二極管模擬紅、黃、綠交通燈，用單片機(jī)的P1口控制發(fā)光二極管的亮滅狀態(tài)。而單片機(jī)的P1口只有8個控制端，如何控制12個二極管的亮滅呢？

觀察表6-6不難發(fā)現(xiàn)，在不考慮左轉(zhuǎn)彎行駛車輛的情況下，東、西兩個方向的信號燈顯示狀態(tài)是一樣的，所以，對應(yīng)兩個方向上的6個發(fā)光二極管只用P1口的3根I/O口線控制即可。同樣道理，南、北方向上的6個發(fā)光二極管可用P1口的另外3根I/O口線。當(dāng)I/O口線輸出高電平時，對應(yīng)的交通燈滅；反之，當(dāng)I/O口線輸出低電平時，對應(yīng)的交通燈亮。各控制口線的分配以及控制狀態(tài)如表6-7所示。表6-7交通燈控制口線分配及控制狀態(tài)表

按鍵S1模擬緊急情況發(fā)生，當(dāng)S1為高電平(不按按鍵)時，表示正常情況；S1為低電平(按下按鍵)時，表示緊急情況，將S1按鍵接至腳(P3.2)即可實(shí)現(xiàn)外部中斷0中斷申請。根據(jù)以上分析，我們采用如圖6-12所示的電路連接方法。圖6-12交通燈控制電路

考慮到可能有緊急情況發(fā)生，在單片機(jī)的引腳連接按鍵S1，當(dāng)按鍵按下時讓A、B兩個方向都是紅燈。

3．軟件設(shè)計(jì)

1)流程圖正常情況下交通燈控制程序流程圖如圖6-13所示，中斷服務(wù)程序流程圖如圖6-14所示；有緊急車輛通過時，采用外部中斷0方式進(jìn)入與其相應(yīng)的中斷服務(wù)程序。圖6-13正常情況下交通燈控制程序流程圖圖6-14中斷情況下交通燈狀態(tài)流程圖

從圖6-13可以看出，程序需要多個不同的延時時間：2s、5s、10s、25s、55s等，假定信號燈閃爍時亮滅時間各為0.5s，可以把0.5s延時作為基本延時時間。

2)編寫匯編語言代碼。主程序采用查詢方式定時，由R2寄存器確定調(diào)用0.5s延時子程序的次數(shù)，從而獲取交通燈的各種時間。子程序采用定時器T1，方式1，查詢方式定時，定時器定時50ms，R3寄存器確定50ms循環(huán)10次，從而獲取0.5s的延時時間。緊急車輛出現(xiàn)時的中斷服務(wù)程序需保護(hù)現(xiàn)場，然后執(zhí)行相應(yīng)的服務(wù)，待交通燈信號出現(xiàn)后延時20s，確保緊急車輛通過交叉路口，再恢復(fù)現(xiàn)場，返回主程序。用匯編語言編寫的指令代碼如下：

程序段說明，程序段如下：

MOV R2，#6WARN2： CPL P1.5 ;B綠燈閃爍

ACALL DELAY DJNZ R2，WARN2

P1.5控制綠燈的亮滅，P1.5置0燈點(diǎn)亮，P1.5置1綠燈熄滅，反復(fù)執(zhí)行置0置1指令，實(shí)現(xiàn)燈閃爍，程序段可寫為: MOV R2，#3WARN2： CLR P1.5 ;B綠燈亮

ACALL DELAY SETB P1.5 ；B綠燈滅

ACALL DELAY DJNZ R2，WARN23)編寫C語言代碼用C語言編寫的指令代碼如下：

在中斷服務(wù)程序中，通常首先需要保護(hù)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(fù)現(xiàn)場，在保護(hù)和恢復(fù)現(xiàn)場時，為了不使現(xiàn)場數(shù)據(jù)遭到破壞或造成混亂，一般規(guī)定此時CPU不再響應(yīng)新的中斷請求。因此，在編寫中斷服務(wù)程序時，要注意在保護(hù)現(xiàn)場前關(guān)中斷，在保護(hù)現(xiàn)場后若允許高優(yōu)先級中斷，則應(yīng)開中斷。同樣，在恢復(fù)現(xiàn)場前也應(yīng)先關(guān)中斷，恢復(fù)之后再開中斷。

4．電路板制作

1)交通燈控制電路元件清單交通燈控制電路元件清單如表6-8所示。表6-8交通燈控制電路元件清單2)交通燈控制電路的面包板制作交通燈控制電路面包板實(shí)物如圖6-15所示。圖6-15交通燈控制電路

3)調(diào)試運(yùn)行在Keil環(huán)境中，對源程序A6_4.ASM或C6_4.C進(jìn)行編輯、匯編或編譯，生成機(jī)器代碼并下載到芯片里。接通電路板電源，觀察交通燈控制電路演示情況并調(diào)試：

(1)首先觀察正常情況下信號燈的狀態(tài)，體會定時器的作用。開關(guān)S1不按下，使用全速運(yùn)行的方法調(diào)試程序，觀察A、B道信號燈是否按照項(xiàng)目設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行輪流放行。如果有誤，仔細(xì)分析故障現(xiàn)象確定故障點(diǎn)，采用斷點(diǎn)運(yùn)行和單步運(yùn)行相結(jié)合的方法，查找程序錯誤，修改程序直至結(jié)果正常；對延時函數(shù)可以采用跟蹤的方法來調(diào)試。

(2)觀察緊急情況下信號燈的狀態(tài)，理解中斷優(yōu)先級別的概念。連續(xù)運(yùn)行程序，使信號燈正常輪流放行。按下S1，模擬實(shí)現(xiàn)緊急情況，觀察A、B道是否均為紅燈。采用斷點(diǎn)運(yùn)行的方法進(jìn)行調(diào)試，在中斷函數(shù)int_0?()開始處設(shè)定一個斷點(diǎn)，連續(xù)運(yùn)行程序，按下開關(guān)S1后程序應(yīng)暫時停止在設(shè)定的斷點(diǎn)處。若程序不能停止在設(shè)定的斷點(diǎn)處位置，同樣用萬用表測量P3.2的電平是否正常，從而排除硬件故障。在斷點(diǎn)之后，可以單步調(diào)試程序排除軟件問題使程序運(yùn)行正常。

本任務(wù)程序主要包括三部分：主函數(shù)、延時函數(shù)和中斷函數(shù)。程序調(diào)試時，若要觀察最終結(jié)果可選擇全速運(yùn)行調(diào)試，若要檢查子程序的運(yùn)行過程可選擇跟蹤運(yùn)行調(diào)試。編寫中斷函數(shù)時：

(1)中斷函數(shù)不能進(jìn)行參數(shù)傳遞；

(2)中斷函數(shù)沒有返回值；

(3)在任何情況下都不能直接調(diào)用中斷函數(shù)；

(4)中斷函數(shù)使用浮點(diǎn)運(yùn)算要保存浮點(diǎn)寄存器的狀態(tài)；

(5)如果在中斷函數(shù)中調(diào)用了其他函數(shù)，則被調(diào)用函數(shù)所使用的寄存器必須與中斷函數(shù)相同，被調(diào)函數(shù)最好設(shè)置為可重入的。

問1：匯編語言中斷服務(wù)程序設(shè)計(jì)時，在中斷入口處位置都要寫一條跳轉(zhuǎn)指令，為什么不直接寫中斷服務(wù)程序呢？答：各中斷源的中斷入口地址之間只相隔8個字節(jié)，容納不下普通的中斷服務(wù)程序。因此，在中斷入口地址單元通常存放一條無條件轉(zhuǎn)移指令，可將中斷服務(wù)程序轉(zhuǎn)至程序存儲器的其他任何空間。

6.4互動環(huán)節(jié)

問2：中斷服務(wù)程序?yàn)槭裁匆Ｗo(hù)現(xiàn)場及恢復(fù)現(xiàn)場呢？答：通常主程序和中斷服務(wù)程序都會用到累加器A、狀態(tài)寄存器PSW及其他一些寄存器。當(dāng)CPU進(jìn)入中斷服務(wù)程序用到上述寄存器時，會破壞原來存儲在寄存器中的內(nèi)容，一旦中斷返回，將會導(dǎo)致主程序的混亂。因此，在進(jìn)入中斷服務(wù)程序后，一般要先保護(hù)現(xiàn)場，然后，執(zhí)行中斷處理程序，在中斷返回之前再恢復(fù)現(xiàn)場。編寫中斷服務(wù)程序時還需注意以下幾點(diǎn)：

(1)若要在執(zhí)行當(dāng)前中斷程序時禁止其他更高優(yōu)先級中斷，需先用軟件關(guān)閉CPU中斷，或用軟件禁止相應(yīng)高優(yōu)先級