第7章中斷系統(tǒng)

教學(xué)目的：了解80C51系列單片機(jī)的中斷系統(tǒng)的組成及工作原理；能夠利用片內(nèi)中斷系統(tǒng)處理各類中斷事件。教學(xué)重點(diǎn)：1.各類中斷事件的登記、排 隊(duì)、響應(yīng)及撤除；

2.中斷系統(tǒng)的編程應(yīng)用。教學(xué)難點(diǎn)：中斷系統(tǒng)的工作原理及處理

7.1.1中斷的概念

在執(zhí)行程序過程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為“中斷”。中斷是通過硬件來改變CPU程序運(yùn)行方向的一種技術(shù)，它既和硬件有關(guān)，也和軟件有關(guān)。

7.1概述

7.1.2引進(jìn)中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)1）分時(shí)操作2）實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理3）故障處理7.1.3中斷源

1）外部設(shè)備中斷源2）故障源3）控制對(duì)象中斷源4）定時(shí)/計(jì)數(shù)脈沖中斷源7.1.4中斷系統(tǒng)的功能1）能實(shí)現(xiàn)中斷及返回2）能實(shí)現(xiàn)優(yōu)先權(quán)排隊(duì)3）能實(shí)現(xiàn)中斷嵌套

圖7-1中斷流程圖圖7-2中斷嵌套流程圖

7.2AT89S51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)

7.2.1中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖7-3AT89S51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)7.2.2中斷源及中斷入口

中斷源：外部中斷源INT0、INT1；定時(shí)器T0、T1溢出中斷和串行口接收/發(fā)送中斷。 當(dāng)允許某個(gè)中斷源中斷時(shí)，五個(gè)中斷源標(biāo)志位EX0、EX1、ET0、ET1、ES各自的中斷允許位應(yīng)為1。中斷優(yōu)先級(jí)管理：兩個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，同優(yōu)先級(jí)按自然優(yōu)先級(jí)排列。中斷源自然優(yōu)先級(jí)中斷入口地址INT0中斷T0中斷INT1中斷T1中斷串口發(fā)送/接收中斷最高最低0003H000BH0013H001BH0023H7.2.3與中斷有關(guān)的SFR

與中斷系統(tǒng)有關(guān)的特殊功能寄存器有4個(gè)，分別為中斷源寄存器（TCON、SCON的相關(guān)位）、中斷允許控制寄存器IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP。

串行口控制寄存器SCON的低兩位TI和RI為串行口的接收中斷和發(fā)送中斷標(biāo)志，可位尋址，標(biāo)志位必須通過指令清零。定時(shí)器控制寄存器TCON中與中斷系統(tǒng)有關(guān)的標(biāo)志位為IT0、IT1，他們的狀態(tài)及與中斷標(biāo)志的關(guān)系如下表：

觸發(fā)方式中斷標(biāo)志有效期中斷標(biāo)志位清除IT0、IT1為0，電平觸發(fā)伴隨中斷源用戶撤除中斷請(qǐng)求信號(hào)IT0、IT1為1，邊沿觸發(fā)直到中斷響應(yīng)響應(yīng)中斷后自動(dòng)清除中斷允許寄存器IE，控制CPU及每個(gè)中斷源的開放或禁止，可位尋址寄存器。EA－－ESET1EX1ET0EX0EA：CPU中斷總允許位。當(dāng)EA＝1，CPU開放中斷；當(dāng) EA＝0，CPU屏蔽所有的中斷請(qǐng)求。EX0、EX1：外部中斷允許位。EX0、EX1＝1時(shí)，允許 外部INT0、INT1中斷。ET0、ET1：定時(shí)器中斷允許位。ET0、ET1=1，允許定 時(shí)器T0、T1中斷ES：串行口發(fā)送/接收中斷允許位。ES＝1，允許串行口 發(fā)送/接收中斷。

80C51系統(tǒng)復(fù)位后，IE中各中斷允許位均被清0，即禁止所有中斷。

中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP，用來設(shè)定中斷級(jí)，置位為高優(yōu)先級(jí)中斷，清零為低優(yōu)先級(jí)中斷?？蓪?shí)現(xiàn)兩級(jí)中斷嵌套。IP可位尋址寄存器。－－PSPT1PX1PT0PX0PX0、PX1：外部中斷源INT0、INT1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT0、PT1：定時(shí)器T0、T1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PS：串行口發(fā)送/接收中斷優(yōu)先級(jí)控制位。 如果幾個(gè)同一優(yōu)先級(jí)的中斷源，同時(shí)向CPU申請(qǐng)中斷，CPU通過內(nèi)部硬件查詢邏輯按自然優(yōu)先級(jí)順序確定該響應(yīng)哪個(gè)中斷請(qǐng)求。 當(dāng)系統(tǒng)復(fù)位后，IP低5位全部清0，將所有中斷源設(shè)置為低優(yōu)先級(jí)中斷。

7．3中斷處理過程

7.3.1中斷響應(yīng)

CPU響應(yīng)中斷的條件：

(1)有中斷源發(fā)出中斷申請(qǐng)；

(2)中斷總允許位EA＝1，即CPU允許所有中斷源申請(qǐng) 中斷；

(3)申請(qǐng)中斷的中斷源的中斷允許位為1。 以上是CPU響應(yīng)中斷的基本條件。若滿足，CPU一般會(huì)響應(yīng)中斷，但如果有下列任何一種情況存在，則中斷響應(yīng)會(huì)受到阻斷。

(1)CPU正在執(zhí)行一個(gè)同級(jí)或高一級(jí)的中斷服務(wù)程序；

(2)當(dāng)前的機(jī)器周期不是正在執(zhí)行指令的最后一個(gè)周期；

(3)正在執(zhí)行的指令是返回（RETI）指令或者對(duì)專用寄存器IE、IP進(jìn)行讀／寫的指令，此時(shí)，在執(zhí)行RETI或者讀寫IE或IP之后，不會(huì)馬上響應(yīng)中斷請(qǐng)求中斷響應(yīng)中的CPU自主操作：(1)置位響應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)寄存器，標(biāo)明所響應(yīng)中斷的優(yōu)先級(jí)別；(2)中斷源標(biāo)志清零（TI、RI除外）；(3)中斷斷點(diǎn)地址壓入堆棧保護(hù)（不保護(hù)PSW)；(4)中斷入口地址送PC，程序轉(zhuǎn)到中斷入口地址處。CPU執(zhí)行RETI指令時(shí)的自主操作：(1)優(yōu)先級(jí)狀態(tài)寄存器清零；(2)斷點(diǎn)地址從堆棧中彈出至PC，程序返回到斷點(diǎn)處繼續(xù)執(zhí)行。

7.3.2中斷處理

在編寫中斷服務(wù)程序時(shí)需注意的主要事項(xiàng)是：（1）注意保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)（2）在中斷入口地址單元處存放一條無條件轉(zhuǎn) 移指令（3）如果要禁止更高優(yōu)先級(jí)中斷源中斷，應(yīng)先 關(guān)閉CPU中斷，或屏蔽更高級(jí)中斷源的中斷， 在中斷返回前再開放中斷。（4）在保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)和恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，為了不使現(xiàn)場(chǎng) 數(shù)據(jù)受到破壞或者造成混亂，一般規(guī)定 此時(shí)CPU不響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。7.3.3中斷返回

中斷返回由專門的中斷返回指令RETI實(shí)現(xiàn)。

7.3.4中斷請(qǐng)求的撤除

對(duì)定時(shí)器0或1溢出中斷標(biāo)志TF0或TF1，還有邊沿觸發(fā)的外部中斷標(biāo)志IE0或IE1，在CPU響應(yīng)中斷后，是硬件自動(dòng)撤除的。對(duì)于串行口中斷標(biāo)志TI、RI，CPU響應(yīng)中斷后，不能用硬件清除，而要靠軟件來清除相應(yīng)的標(biāo)志。只有對(duì)于電平激活的外部中斷，撤除方法較復(fù)雜。要通過硬件，再配合軟件來解決。

7.3.5中斷響應(yīng)時(shí)間

不同的情況對(duì)中斷響應(yīng)的時(shí)間是不同的。一般情況可不考慮響應(yīng)時(shí)間，但在精確定時(shí)的場(chǎng)合需要考慮此問題。

7.3.6擴(kuò)充外中斷源

1）利用定時(shí)器擴(kuò)展外中斷源法2）中斷和查詢結(jié)合法

7.4中斷程序的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

7.4.1中斷程序的一般設(shè)計(jì)方法從編程的角度看，中斷控制實(shí)質(zhì)上就是對(duì)4個(gè)與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器TCON、SCON、IE和IP進(jìn)行管理和控制，它包括：CPU中斷的允許與禁止；某中斷源中斷請(qǐng)求的允許與禁止（屏蔽）；各中斷源優(yōu)先級(jí)別的設(shè)定（即中斷源優(yōu)先級(jí)排隊(duì)）；外部中斷請(qǐng)求的觸發(fā)方式設(shè)置。

中斷管理與控制程序一般不獨(dú)立編寫，而是包含在主程序中，根據(jù)需要通過幾條指令來實(shí)現(xiàn)。

圖7-5中斷處理過程流程圖（a）主程序框圖（b）硬件自動(dòng)完成框圖（c）中斷服務(wù)程序框圖1）主程序中的中斷初始化

（l）CPU開中斷與關(guān)中斷；（2）某中斷源中斷請(qǐng)求的允許和禁止（屏蔽）；（3）各中斷源優(yōu)先級(jí)別的設(shè)定；（4）外部中斷請(qǐng)求的觸發(fā)方式。與中斷初始化有關(guān)的程序一般編寫格式如下：

ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H；外部中斷0入口地址

LJMPSUB1；轉(zhuǎn)外部中斷0服務(wù)程序入口 地址

… ORG001BH；定時(shí)器T1中斷入口地址

LJMPSUB4；轉(zhuǎn)定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序入 口地址

… ORG0030H

MAIN:… MOVTCON,＃01；外部中斷0選擇邊沿觸發(fā)方式 MOVIE,#10001001B；CPU開中斷,外部中斷0和 定時(shí)器T1開中斷

…；執(zhí)行主程序

ORG100H；外部中斷0中斷服務(wù)程序入口地址 SUB1：…；外部中斷0的服務(wù)程序

… RETI；中斷返回

… ORG200H；定時(shí)器T1中斷服務(wù)程序入口地址SUB4：…；定時(shí)器T1的服務(wù)程序 … RETI2）中斷服務(wù)程序中斷服務(wù)程序一般編寫格式如下：

CH1：CLREA；關(guān)中斷

PUSHACC；保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)

PUSHPSW…SETBEA；開中斷（如果不希望高優(yōu)先級(jí)中斷進(jìn)入，則不用開中斷）

…；中斷處理程序

CLREA；關(guān)中斷

…POPPSW；恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)

POPACCSETBEARETI；中斷返回7.4.2中斷程序應(yīng)用舉例例1利用定時(shí)器T0定時(shí)，在P1.0端輸出一方波，方波周期為20ms，已知晶振頻率為12MHz。解：在第5章中已用查詢方法做過類似題目。現(xiàn)在采用中斷的方法實(shí)現(xiàn)這一要求，T0的中斷服務(wù)程序入口地址為000BH。定時(shí)器T0的初值X＝65536－10000＝55536＝D8F0H。源程序如下：

ORG 0000HLJMP MAIN …..ORG 000BH;T0中斷入口

LJMP SUB1；轉(zhuǎn)T0中斷服務(wù)程序入口

ORG30HMAIN：MOVTMOD，＃01HMOV TL0，＃0F0H；置10ms定時(shí)初值

MOV TH0，＃0D8HMOV IE， ＃82H；CPU開中斷，T0開中斷

SETB TR0 ；啟動(dòng)T0HERE：SJMP HERE ；循環(huán)等待定時(shí)到SUB1：MOV TL0，＃0F0H；重賦初值

MOV TH0，＃0D8HCPL P1.0 ；輸出取反

RETI例2、要求在甲、乙兩臺(tái)AT89S51單片機(jī)之間進(jìn)行串行通信，甲機(jī)發(fā)送，乙機(jī)接收。本例題實(shí)現(xiàn)的功能是把甲機(jī)片內(nèi)以50H為數(shù)據(jù)起始地址的16個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)發(fā)送到乙機(jī)。甲機(jī)首先發(fā)送數(shù)據(jù)長度，然后再開始發(fā)送數(shù)據(jù)。乙機(jī)以接收到的第1字節(jié)作為接收數(shù)據(jù)的長度，第2字節(jié)開始為數(shù)據(jù)。乙機(jī)將接收的數(shù)據(jù)存放在片內(nèi)以60H為數(shù)據(jù)起始地址的16個(gè)單元內(nèi)。已知兩機(jī)所使用的晶振均為11.0592MHz,傳輸波特率定為2400。解：設(shè)甲、乙機(jī)的定時(shí)器1按方式2工作，串行口按方式1工作。甲機(jī)發(fā)送：ORG0000H LJMPMAIN ORG0023H LJMPESSMAIN:MOVTMOD，＃20H；定時(shí)器1設(shè)置為方式2MOVTL1，＃0F4H；定時(shí)器1賦初值 MOVTH1，＃0F4HSETBEA ；CPU開中斷

CLRES ；串行口關(guān)中斷

SETBTR1 ；啟動(dòng)定時(shí)器1工作

CLRTI ；清發(fā)送中斷標(biāo)志

MOVSCON，＃40H；串行口置工作方式1MOV08H，#50H；發(fā)送數(shù)據(jù)起始地址

第1 組寄存器的R0MOV09H,#16；數(shù)據(jù)長度

第1組寄存器的R1MOVA,#16

MOVSBUF，A ；輸出數(shù)據(jù)長度

SETBES ；串行口開中斷L0:NOP SJMPL0 ；等待發(fā)送

ORG100H；串行口中斷服務(wù)程序ESS：PUSHACC ；把A壓入棧保護(hù)

SETBRS0；保護(hù)第0組工作寄存器

CLRRS1；選擇第1組工作寄存器

MOVA，＠R0 ；發(fā)送數(shù)據(jù)

A CLRTI ；TI清“0”MOVSBUF，A ；輸出數(shù)據(jù)

INCR0 DJNZR1，L1 ；數(shù)據(jù)未送完轉(zhuǎn)至L1 CLRES；串行口關(guān)中斷

L1: POPACC；彈出?；謴?fù)現(xiàn)場(chǎng)

CLRRS0；恢復(fù)第0組工作寄存器

RETI

乙機(jī)有關(guān)接收的程序部分：

ORG0000H LJMPMAIN ORG0023H LJMPESSMAIN:MOVTMOD，＃20H ；定時(shí)器l設(shè)置為方式2MOVTL1，＃0F4H；定時(shí)器l賦初值

MOVTH1，＃0F4HSETBEA ；CPU開中斷

SETBES ；串行口開中斷

SETBTR1 ；啟動(dòng)定時(shí)器1工作

MOVSCON，＃50H ；置串行口方式1接收