单片机课件第5章

1、第第5 5章章 MCS-51MCS-51的中断系统的中断系统 实时测控，单片实时测控，单片机机能及时地响应和处理单片机外能及时地响应和处理单片机外部事件或内部事件所提出的中断请求部事件或内部事件所提出的中断请求。5.1 5.1 中断的概念中断的概念 CPU CPU正在执行程序时，单片机外部或内部发生的正在执行程序时，单片机外部或内部发生的某一某一事件事件，请求，请求CPUCPU迅速去处理。迅速去处理。 CPU CPU暂时中止当前的工作，转到中断服务处理程暂时中止当前的工作，转到中断服务处理程序处理所发生的事件。序处理所发生的事件。 处理完该事件后，再回到原来被中止的地方，继处理完该事件后，再回

2、到原来被中止的地方，继续原来的工作，这称为续原来的工作，这称为中断中断。 CPUCPU处理事件的过程，处理事件的过程，称为称为CPUCPU的的中断响应过程。中断响应过程。图图5-15-1所示。对事件的整个处理过程，称为所示。对事件的整个处理过程，称为中断处中断处理理（或中断服务或中断服务）。能够实现中断处理功能的部件称为能够实现中断处理功能的部件称为中断系统中断系统；产生中；产生中断的请求源称为断的请求源称为中断请求源中断请求源。中断源向中断源向CPUCPU提出的处理请求，称为提出的处理请求，称为中断请求中断请求( (或或中断中断申请申请) )。进入中断进入中断保护现场保护现场中断处理恢复现场

3、中断处理恢复现场 中断返回中断返回中断方式中断方式优点优点：大大地提高了大大地提高了CPUCPU的工作效率的工作效率。5.2 5.2 MCS-51MCS-51中断系统的结构中断系统的结构有有5 5个中断请求源，两个中断优先级，可两级嵌套。个中断请求源，两个中断优先级，可两级嵌套。中断系统结构示意图中断系统结构示意图如下图所示。如下图所示。 5.3 5.3 中断请求源中断请求源五个中断请求源五个中断请求源 ：（1 1）INT0INT0* *外部中断请求外部中断请求0 0，由引脚，由引脚INT0INT0* *输入，中输入，中断请求标志为断请求标志为IE0IE0。（2 2）INT1INT1* *外部

4、中断请求外部中断请求1 1，由引脚，由引脚INT1INT1* *输入，中输入，中断请求标志为断请求标志为IE1IE1。（3 3）定时器定时器/ /计数器计数器T0T0溢出溢出中断请求，中断请求标志中断请求，中断请求标志为为TF0TF0。（4 4）定时器定时器/ /计数器计数器T1T1溢出溢出中断请求，中断请求标志中断请求，中断请求标志为为TF1TF1。（5 5）串行口中断请求串行口中断请求，中断请求标志为，中断请求标志为TITI或或RIRI。 由特殊功能寄存器由特殊功能寄存器TCONTCON和和SCONSCON的相应位锁存。的相应位锁存。TCONTCON为定时器为定时器/ /计数器的控制寄存器

5、，计数器的控制寄存器，字节地址为字节地址为8888H H。包含：包含：（1 1）T0T0和和T1T1的溢出中断请求标志位的溢出中断请求标志位TF1TF1和和TF0TF0（2 2）外部中断请求标志位外部中断请求标志位IE1IE1与与IE0IE0。格式如下所示：格式如下所示：各标志位的功能：各标志位的功能： （1 1）IT0IT0选择外部中断请求选择外部中断请求0 0为跳沿触发方式还是电为跳沿触发方式还是电平触发方式：平触发方式： IT0=0 IT0=0，为为电平触发电平触发方式。方式。 IT0=1IT0=1，为为跳沿触发跳沿触发方式。方式。 可由软件置可由软件置“1 1”或清或清“0 0”。（2

6、 2）IE0IE0外部中断请求外部中断请求0 0的中断请求标志位。的中断请求标志位。 IE0=0 IE0=0，无中断请求无中断请求。 IE0=1 IE0=1，外部中断外部中断0 0有中断请求。当有中断请求。当CPUCPU响应该中断，响应该中断，转向中断服务程序时，由硬件清转向中断服务程序时，由硬件清“0 0”IE0IE0。（3 3）IT1IT1外部中断请求外部中断请求1 1为跳沿触发方式还是电平为跳沿触发方式还是电平触发方式，意义与触发方式，意义与IT0IT0类似。类似。（4 4）IE1IE1外部中断请求外部中断请求1 1的中断请求标志位，意义的中断请求标志位，意义与与IE0IE0类似。类似。

7、（5 5）TF0TF0T0T0溢出中断请求标志位。溢出中断请求标志位。T0T0计数后，溢出时，由硬件置计数后，溢出时，由硬件置“1 1”TF0TF0，向向CPUCPU申请申请中断，中断，CPUCPU响应响应TF0TF0中断时，中断时，硬件自动清硬件自动清“0 0”TF0TF0，TF0TF0也可由软件清也可由软件清0 0。（6 6）TF1TF1T1T1的溢出中断请求标志位，功能和的溢出中断请求标志位，功能和TF0TF0类类似。似。 TR1 TR1、TR0 TR0 2 2个位与中断无关。个位与中断无关。 当当MCS-51MCS-51复位后复位后，TCONTCON被清被清0 0，则，则CPUCPU关

8、中断，关中断，所有中所有中断请求被禁止。断请求被禁止。SCONSCON为串行口控制寄存器，字节地址为为串行口控制寄存器，字节地址为9898H H。串行口的。串行口的发送中断发送中断和和接收中断接收中断的中断请求标志的中断请求标志TITI和和RIRI，格式格式如下：如下：各标志位的功能：各标志位的功能： （1 1）TITI发送中断请求标志位。串口每发送完一帧发送中断请求标志位。串口每发送完一帧串行数据后，硬件自动置串行数据后，硬件自动置“1 1”TITI。必须在中断服务必须在中断服务程序中用软件对程序中用软件对TITI标志清标志清“0 0”。 （2 2）RIRI接收中断请求标志位。串口接收完一个

9、数据接收中断请求标志位。串口接收完一个数据帧，硬件自动置帧，硬件自动置“1 1”RIRI标志。标志。必须在中断服务程序必须在中断服务程序中用中用软件软件对对RIRI标志清标志清“0 0”。 5.4 5.4 中断控制中断控制 5.4.1 5.4.1 中断允许寄存器中断允许寄存器IEIE CPUCPU对中断源的开放或屏蔽，由片内的对中断源的开放或屏蔽，由片内的中断允许寄存器中断允许寄存器IEIE控制。控制。字节地址为字节地址为A8HA8H，可位寻址。格式如下：可位寻址。格式如下：IEIE对中断的开放和关闭为两级控制对中断的开放和关闭为两级控制 总的开关中断控制位总的开关中断控制位EAEA（IE.7

10、IE.7位）位）: : EA=0 EA=0，所有中断请求被屏蔽。，所有中断请求被屏蔽。 EA=1 EA=1，CPUCPU开放中断，但五个中断源的中断请求是开放中断，但五个中断源的中断请求是否允许，还要由否允许，还要由IEIE中的中的5 5个中断请求允许控制位决个中断请求允许控制位决定。定。IEIE中各位的功能如下：中各位的功能如下：（1 1）EAEA：中断允许总控制位中断允许总控制位0 0：CPUCPU屏蔽所有的中断请求屏蔽所有的中断请求( (CPUCPU关中断关中断) )；1 1：CPUCPU开放所有中断开放所有中断( (CPUCPU开中断开中断) )。（2 2）ESES：串行口中断允许位串

11、行口中断允许位0 0：禁止串行口中断；禁止串行口中断；1 1：允许串行口中断。允许串行口中断。 （3 3）ET1ET1：定时器定时器/ /计数器计数器T1T1的溢出中断允许位的溢出中断允许位0 0：禁止禁止T1T1溢出中断；溢出中断；1 1：允许允许T1T1溢出中断。溢出中断。（4 4）EX1EX1：外部中断外部中断1 1中断允许位中断允许位0 0：禁止外部中断禁止外部中断1 1中断；中断；1 1：允许外部中断允许外部中断1 1中断。中断。（5 5）ET0ET0：定时器定时器/ /计数器计数器T0T0的溢出中断允许位的溢出中断允许位0 0：禁止禁止T0T0溢出中断；溢出中断；1 1：允许允许T

12、0T0溢出中断。溢出中断。（6 6）EX0EX0：外部中断外部中断0 0中断允许位。中断允许位。0 0：禁止外部中断禁止外部中断0 0中断；中断；1 1：允许外部中断允许外部中断0 0中断。中断。 MCS-51MCS-51复位后，复位后，IEIE清清0 0，所有中断请求被禁止。，所有中断请求被禁止。若使某一个中断源被允许中断，除了若使某一个中断源被允许中断，除了IEIE相应的位的被相应的位的被置置“1 1” ，还必须使，还必须使EAEA位位=1=1。改变改变IEIE的内容，可由位操作指令来实现，即：的内容，可由位操作指令来实现，即： SETB bitSETB bit； CLR bit CLR

13、bit。例例5-15-1 若允许片内若允许片内2 2个定时器个定时器/ /计数器中断，禁止其它计数器中断，禁止其它中断源的中断请求。编写设置中断源的中断请求。编写设置IEIE的相应程序段的相应程序段（1 1）用位操作指令来编写如下程序段）用位操作指令来编写如下程序段：CLR ES CLR ES ；禁止串行口中断；禁止串行口中断 CLR EX1 CLR EX1 ；禁止外部中断禁止外部中断1 1中断中断CLR EX0CLR EX0；禁止外部中断禁止外部中断0 0中断中断 SETB ET0 SETB ET0 ；允许定时器允许定时器/ /计数器计数器T0T0中断中断 SETB ET1 SETB ET1

14、 ；允许定时器允许定时器/ /计数器计数器T1T1中断中断 SETB EA SETB EA ；CPUCPU开中断开中断（2 2）用字节操作指令来编写）用字节操作指令来编写： MOV IEMOV IE，#8AH#8AH或者用：或者用： MOV 0A8HMOV 0A8H，#8AH#8AH ；A8HA8H为为IEIE寄存器字节地址寄存器字节地址5.4.2 5.4.2 中断优先级寄存器中断优先级寄存器IPIP两个中断优先级，可实现两级中断嵌套。两个中断优先级，可实现两级中断嵌套。如图如图5-65-6示。示。 可归纳为下面两条基本规则：可归纳为下面两条基本规则：（1 1）低优先级可被高优先级中断，反之则

15、不能。）低优先级可被高优先级中断，反之则不能。（2）同级中断不会被它的同级中断源所中断。）同级中断不会被它的同级中断源所中断。若若CPUCPU正在执行高优先级的中断，则不能被任何中断正在执行高优先级的中断，则不能被任何中断源所中断源所中断。中断优先级寄存器中断优先级寄存器IPIP，其字节地址为其字节地址为B8HB8H。IPIP各个位的含义：各个位的含义：（1 1）PSPS串行口中断优先级控制位串行口中断优先级控制位1 1：高优先级中断；高优先级中断；0 0：低优先级中断。低优先级中断。（2 2）PT1PT1定时器定时器T1T1中断优先级控制位中断优先级控制位1 1：高优先级中断；高优先级中断；

16、0 0：低优先级中断。低优先级中断。（3 3）PX1PX1外部中断外部中断1 1中断优先级控制位中断优先级控制位1 1：高优先级中断；高优先级中断；0 0：低优先级中断。低优先级中断。（4 4）PT0PT0定时器定时器T0T0中断优先级控制位中断优先级控制位1 1：高优先级中断；高优先级中断；0 0：低优先级中断。低优先级中断。（5 5）PX0PX0外部中断外部中断0 0中断优先级控制位中断优先级控制位1 1：高优先级中断；高优先级中断；0 0：低优先级中断。低优先级中断。 由软件可改变各中断源的中断优先级。由软件可改变各中断源的中断优先级。 MCS-51MCS-51的中断系统的中断系统有有两

17、个两个不可寻址的不可寻址的“优先级激活触优先级激活触发器发器”: :一个一个用来指示某高优先级的中断正在执行，所有后来用来指示某高优先级的中断正在执行，所有后来的中断均被阻止。的中断均被阻止。另一个另一个用来指示某低优先级的中断正在执行，所有同用来指示某低优先级的中断正在执行，所有同级中断都被阻止，但不阻断高优先级的中断请求。级中断都被阻止，但不阻断高优先级的中断请求。在同时收到在同时收到几个同一优先级的中断请求几个同一优先级的中断请求时，时，优先响应优先响应哪一个中断，取决于哪一个中断，取决于内部的查询顺序内部的查询顺序。查询顺序查询顺序如如下：下： 中断源中断源 中断级别中断级别外部中断外

18、部中断0 0最高最高T0T0溢出中断溢出中断外部中断外部中断1 1T1T1溢出中断溢出中断串行口中断串行口中断最低最低例例5-25-2 设置设置IPIP寄存器的初始值，使寄存器的初始值，使2 2个外中断请求为个外中断请求为高优先级，其它中断请求为低优先级。高优先级，其它中断请求为低优先级。（1 1）用位操作指令）用位操作指令 SETB PX0 SETB PX0 ；2 2个外中断为高优先级个外中断为高优先级 SETB PX1 SETB PX1 CLR PS CLR PS ；串口为低优先级中断串口为低优先级中断CLR PT0 CLR PT0 ；2 2个定时器个定时器/ /计数器低优先级中断计数器低

19、优先级中断CLR PT1CLR PT1（2 2）用字节操作指令用字节操作指令 MOV IPMOV IP，#05H#05H或：或： MOV 0B8HMOV 0B8H，#05H #05H ；B8HB8H为为IPIP寄存器的字节地址寄存器的字节地址 5.5 5.5 响应中断请求的条件响应中断请求的条件 一个中断请求被响应，需满足以下必要条件：一个中断请求被响应，需满足以下必要条件：（1 1）IEIE寄存器中的中断总允许位寄存器中的中断总允许位EA=1EA=1。（2 2）该中断源发出中断请求，即该中断源对应的中该中断源发出中断请求，即该中断源对应的中 断请求标志为断请求标志为“1 1”。 （3 3）该

20、中断源的中断允许位）该中断源的中断允许位=1=1，即该中断没有被屏，即该中断没有被屏 蔽。蔽。（4 4）无同级或更高级中断正在被服务。）无同级或更高级中断正在被服务。中断响应的主要过程：中断响应的主要过程：首先由硬件自动生成一条长调用指令首先由硬件自动生成一条长调用指令: : LCALL addr16LCALL addr16接着就由接着就由CPUCPU执行该指令执行该指令, ,将将PCPC的内容压入堆栈以保护的内容压入堆栈以保护断点，再将中断入口地址装入断点，再将中断入口地址装入PCPC。各中断源服务程。各中断源服务程序的入口地址是固定的，如下所示：序的入口地址是固定的，如下所示： 中断源中断

21、源 入口地址入口地址 外部中断外部中断0 0 00030003H H 定时器定时器/ /计数器计数器T0 T0 000BH000BH外部中断外部中断1 1 00130013H H 定时器定时器/ /计数器计数器T1T1001BH001BH串行口中断串行口中断00230023H H中断响应是有条件的，遇到中断响应是有条件的，遇到下列三种情况下列三种情况之一时，中之一时，中断响应被封锁：断响应被封锁： （1 1）CPUCPU正在处理同级的或更高优先级的中断正在处理同级的或更高优先级的中断。 （2 2）所查询的机器周期所查询的机器周期不是所当前正在执行指令的不是所当前正在执行指令的最后一个机器周期最

22、后一个机器周期。只有在当前指令执行完毕后，。只有在当前指令执行完毕后，才能进行中断响应。才能进行中断响应。（3 3）正在执行的指令是正在执行的指令是RETIRETI或是访问或是访问IEIE或或IPIP的指令。的指令。需要再去执行完一条指令，才能响应新的中断请求。需要再去执行完一条指令，才能响应新的中断请求。 如果存在上述三种情况之一，如果存在上述三种情况之一，CPUCPU将丢弃中断查询结将丢弃中断查询结果，不能对中断进行响应。果，不能对中断进行响应。5.6 5.6 外部中断的响应时间外部中断的响应时间外部中断的外部中断的最短最短的响应时间为的响应时间为3 3个机器周期个机器周期: :（1 1）

23、中断请求标志位查询占）中断请求标志位查询占1 1个机器周期个机器周期。（2 2）子程序调用指令）子程序调用指令LCALLLCALL转到相应的中断服务程序转到相应的中断服务程序入口，需入口，需2 2个机器周期个机器周期。 外部中断响应的外部中断响应的最长最长的响应时间为的响应时间为8 8个机器周期个机器周期：（1 1）发生在）发生在CPUCPU进行中断标志查询时，刚好是开始进行中断标志查询时，刚好是开始执执行行RETIRETI或是访问或是访问IEIE或或IPIP的指令的指令，则，则需把当前指令执需把当前指令执行完行完再继续执行一条指令后，才能响应中断，再继续执行一条指令后，才能响应中断，最长最长

24、需需2 2个机器周期个机器周期。（2 2）接着再执行一条指令，按最长指令（乘法指令）接着再执行一条指令，按最长指令（乘法指令MULMUL和除法指令和除法指令DIVDIV）来算，也只有来算，也只有4 4个机器周期个机器周期。（3 3）加上）加上硬件子程序调用硬件子程序调用指令指令LCALLLCALL的执行，需要的执行，需要2 2个个机器周期机器周期。所以，所以，外部中断响应最长时间为外部中断响应最长时间为8 8个机器周期个机器周期。 如果已在处理同级或更高级中断，如果已在处理同级或更高级中断，响应时间无法计算。响应时间无法计算。在一个单一中断的系统里，在一个单一中断的系统里，MCS-51MCS-

25、51单片机单片机对外部中断对外部中断请求的响应的时间总是在请求的响应的时间总是在3 38 8个机器周期个机器周期之间。之间。5.7 5.7 外部中断的触发方式选择外部中断的触发方式选择 两种触发方式两种触发方式：电平触发电平触发方式和方式和跳沿触发跳沿触发方式。方式。5.7.1 5.7.1 电平触发方式电平触发方式CPUCPU在每个机器周期采样到的外部中断输入线的电平。在每个机器周期采样到的外部中断输入线的电平。在中断服务程序返回之前，外部中断请求输入必在中断服务程序返回之前，外部中断请求输入必须无效（即变为高电平），须无效（即变为高电平），否则否则CPUCPU返回主程序后返回主程序后会再次响

26、应中断。会再次响应中断。适于外中断以低电平输入且中断服务程序能清除外适于外中断以低电平输入且中断服务程序能清除外部中断请求（即外部中断输入电平又变为高电平）部中断请求（即外部中断输入电平又变为高电平）的情况。的情况。 5.7.2 5.7.2 跳沿触发方式跳沿触发方式 连续两次采样，一个机器周期采样到外部中断输入为连续两次采样，一个机器周期采样到外部中断输入为高，下一个机器周期采样为低，则置高，下一个机器周期采样为低，则置“1 1”中断请求中断请求标志，直到标志，直到CPUCPU响应此中断时，该标志才清响应此中断时，该标志才清0 0。这样。这样不会丢失中断，但不会丢失中断，但输入的负脉冲宽度至少

27、保持输入的负脉冲宽度至少保持1 1个机个机器周期器周期。5.8 5.8 中断请求的撤消中断请求的撤消1 1定时器定时器/ /计数器中断请求计数器中断请求的撤消的撤消 中断请求被响应后。硬件会中断请求被响应后。硬件会自动清自动清TF0TF0或或TF1TF1。2 2外部中断请求外部中断请求的撤消的撤消 （1 1）跳沿跳沿方式外部中断请求的撤消是方式外部中断请求的撤消是自动撤消自动撤消的。的。（2 2）电平电平方式外部中断请求的撤消方式外部中断请求的撤消: :除了标志位清除了标志位清“0 0”之外，还需在中断响应后把中断请之外，还需在中断响应后把中断请求求信号引脚从低电平强制改变为高电平，如图信号引

28、脚从低电平强制改变为高电平，如图5-85-8所所示。示。只要只要P1.0P1.0端输出一个负脉冲就可以使端输出一个负脉冲就可以使D D触发器置触发器置“1 1”，从而撤消了低电平的中断请求信号。从而撤消了低电平的中断请求信号。所需的负脉冲所需的负脉冲可增加如下两条指令得到：可增加如下两条指令得到： ORL P1ORL P1，#01H#01H ；P1.0P1.0为为“1 1” ANL P1 ANL P1，#0FEH#0FEH；P1.0P1.0为为“0 0” 电平方式的外部中断请求信号的完全撤消，是通过软电平方式的外部中断请求信号的完全撤消，是通过软硬件相结合的方法来实现的。硬件相结合的方法来实现

29、的。3 3串行口中断请求的撤消串行口中断请求的撤消响应串行口的中断后，响应串行口的中断后，CPUCPU无法知道是接收中断还是无法知道是接收中断还是发送中断，发送中断，还需测试这两个中断标志位的状态，还需测试这两个中断标志位的状态，以以判定是接收操作还是发送操作，然后才能清除。所判定是接收操作还是发送操作，然后才能清除。所以以串行口中断请求的撤消串行口中断请求的撤消只能用软件清除只能用软件清除CLR TI CLR TI ；清清TITI标志位标志位CLR RI CLR RI ；清清RIRI标志位标志位5.9 5.9 中断服务程序的设计中断服务程序的设计一、中断服务程序设计的任务一、中断服务程序设计

30、的任务 基本任务：基本任务： （1 1）设置中断允许控制寄存器）设置中断允许控制寄存器IEIE。 （2 2）设置中断优先级寄存器）设置中断优先级寄存器IPIP。 （3 3）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。 （4 4）编写中断服务程序，处理中断请求）编写中断服务程序，处理中断请求。前前2 2条一般放在主程序的初始化程序段中。条一般放在主程序的初始化程序段中。例例5-35-3 假设允许外部中断假设允许外部中断0 0中断，并设定它为高级中中断，并设定它为高级中断，其它中断源为低级中断，采用跳沿触发方式。断，其它中断源为低级中断，采用跳沿触发方式。在主

31、程序中编写如下程序段：在主程序中编写如下程序段： SETB EA SETB EA ；CPUCPU开中断开中断 SETB ET0 SETB ET0 ；允许外中断允许外中断0 0产生中断产生中断 SETB PX0 SETB PX0 ；外中断外中断0 0为高级中断为高级中断 SETB IT0 SETB IT0 ；外中断外中断0 0为跳沿触发方式为跳沿触发方式 二、采用中断时的主程序结构二、采用中断时的主程序结构常用的常用的主程序结构主程序结构如下：如下：ORG 0000HORG 0000HLJMP MAINLJMP MAINORG ORG 中断入口地址中断入口地址LJMP INTLJMP INT O

32、RG XXXXHORG XXXXHMAINMAIN：主主 程程 序序 INTINT：中断服务程序中断服务程序三、中断服务程序的流程三、中断服务程序的流程 例例5-45-4 根据图根据图5-95-9的中断服务程序流程，编出中断的中断服务程序流程，编出中断服务程序。假设，现场保护只需将服务程序。假设，现场保护只需将PSWPSW和和A A的内容的内容压入堆栈中保护。压入堆栈中保护。典型的中断服务程序如下：典型的中断服务程序如下： INTINT：CLR EACLR EA；CPUCPU关中断关中断PUSH PSWPUSH PSW；现场保护现场保护PUSH ACCPUSH ACC； SETB EASETB

33、 EA；CPUCPU开中断开中断 中断处理程序段中断处理程序段 CLR EACLR EA；CPUCPU关中断关中断POP ACCPOP ACC；现场恢复现场恢复POP PSW POP PSW SETB EASETB EA；CPUCPU开中断开中断RETIRETI；中断返回，恢复断点中断返回，恢复断点几点说明：几点说明：（1 1）现场保护仅涉及到）现场保护仅涉及到PSWPSW和和A A的内容，的内容，如还有其它如还有其它需保护的内容需保护的内容，只需要在相应的位置再加几条，只需要在相应的位置再加几条PUSHPUSH和和POPPOP指令即可。指令即可。（2 2） “中断处理程序段中断处理程序段”，应根据任务的具体要求，应根据任务的具体要求，来编写。来编写。（3 3）如果本中断服务程序）如果本中断服务程序不允许被其它的中断所中不允许被其它的中断所中断断。可将。可将“中断处理程序段中断处理程序段”前后的前后的“SETB EASETB EA”和和“CLR EACLR EA”两条指令去掉。两条指令去掉。（4 4）中断服务程序的）中断服务程序的最后一条指令最后一条指令必须是返回指令必须是返回指令RETIRETI。5.10 5.10 中断举例中断举例 最高级别中断请求