单片机原理及智能仪表技术第6章中断系统

⒈实现CPU与外部设备的速度配合⒉实现实时控制⒊实现故障的及时发现及处理⒋实现人机联系6中断系统一、中断的主要功能1.什么是中断2.什么是中断源3.什么是中断优先级4.什么是中断嵌套5.MCS-51单片机中断系统概述二、中断的概念日常中断的例子你正在专心看书，突然电话铃响，于是你记下正在看的书的页数，去接电话，接完电话后再回来接着看书。中断响应的过程中断响应流程图MCS-51单片机的中断系统能处理5种事件，外部中断0、外部中断1、定时器T0溢出中断、定时器T1溢出中断、串口中断。中断方式优点：大大地提高了CPU的工作效率。6.1.1中断请求源6.1中断请求源和中断请求标志中断源就是中断请求信号产生的源头。

MCS-51单片机中断系统有5个中断源，其中3个在片内，2个在片外。

(1)外部中断源

1)/INT0：外部中断0中断请求，由P3.2端口线引入，低电平或下降沿引起。

2)/INT1：外部中断1中断请求，由P3.3端口线引入，低电平或下降沿引起。

(2)内部中断源

1)T0：定时/计数器0中断，由T0计数溢出引起。

2)T1：定时/计数器1中断，由T1计数溢出引起。

3)TI/RI：串行I/O中断，完成一帧字符发送/接收引起6.1.2中断标志及结构每一个中断源都对应一个中断请求标志位，用于指示中断的状态。由特殊功能寄存器TCON和SCON来锁存管理。

1、定时器控制寄存器TCON（88H）图1.23定时器控制寄存器TCON定时器控制寄存器除了具有定时器运行/停止控制功能外，同时也锁存定时器0、1，外部中断0、1的中断标志。各标志位的功能：（1）IT0—外部中断0触发方式选择位。IT0=0，为电平触发方式。IT0=1，为跳沿触发方式。可由软件置“1”或清“0”。（2）IE0—外部中断0的中断请求标志位。IE0=0，无中断请求。IE0=1，外部中断0有中断请求。当CPU响应该中断，转向中断服务程序时，由硬件清“0”IE0。（3）IT1—外部中断1触发方式选择位。意义与IT0类似。（4）IE1—外部中断1的中断请求标志位，意义与IE0类似。（5）TF0—T0溢出中断请求标志位。T0计数后，当最高位产生溢出时，由硬件置“1”TF0，向CPU申请中断，CPU响应TF0中断时，清“0”TF0，TF0也可由软件清0。（6）TF1—T1的溢出中断请求标志位，功能和TF0类似。TR1、TR02个位与中断无关。当MCS-51复位后，TCON被清0，则CPU关中断，所有中断请求被禁止。

2、串行口控制寄存器SCON（98H）串行口控制寄存器除了具有串口控制功能外，同时也锁存了串口发送和接收中断标志位，其格式如图1.24所示。图1.24串行口控制寄存器SCON各标志位的功能：（1）TI—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“1”TI。必须在中断服务程序中用软件对TI标志清“0”。（2）RI—接收中断请求标志位。串口接收完一个数据帧，硬件自动置“1”RI标志。必须在中断服务程序中用软件对RI标志清“0”。

6.2中断控制与管理

1、中断允许寄存器IE（A8H）图1.21中断允许寄存器IE

IE字节地址A8H，位地址分别是A8H～AFH。IE控制各中断源的开放或禁止。MCS51单片机对中断的开放和关闭实行两级控制。所谓两级控制是指有一个中断允许总控制位EA，配合各中断源的中断允许控制位共同实现对中断请求的控制。其格式如图1.21所示。利用位操作指令SETB和CLR设置IE寄存器状态，从而控制各中断源的开发和禁止。举例开放和关闭中断。IE中各位的功能如下：（1）EA：中断允许总控制位。

0：CPU屏蔽所有的中断请求(CPU关中断)；

1：CPU开放所有中断(CPU开中断)。（2）ES：串行口中断允许位

0：禁止串行口中断；

1：允许串行口中断。（3）ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位

0：禁止T1溢出中断；

1：允许T1溢出中断。（4）EX1：外部中断1中断允许位

0：禁止外部中断1中断；

1：允许外部中断1中断。（5）ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位

0：禁止T0溢出中断；

1：允许T0溢出中断。（6）EX0：外部中断0中断允许位。

0：禁止外部中断0中断；

1：允许外部中断0中断。注意：MCS-51复位后，IE清0，所有中断请求被禁止。若使某一个中断源被允许中断，除了IE相应的位的被置“1”，还必须使EA位=1。改变IE的内容，可由位操作指令来实现，即：

SETBbit；CLRbit。例若允许片内2个定时器/计数器中断，禁止其它中断源的中断请求。编写设置IE的相应程序段（1）用位操作指令来编写如下程序段： CLRES ；禁止串行口中断 CLREX1 ；禁止外部中断1中断 CLREX0 ；禁止外部中断0中断SETBET0；允许定时器/计数器T0中断SETBET1；允许定时器/计数器T1中断SETBEA；CPU开中断（2）用字节操作指令来编写：MOVIE，#8AH

2、中断优先级寄存器IP（B8H）图1.22中断优先寄存器IP

IP字节地址为B8H，位地址分别是B8H～BFH，IP用来锁存各中断源优先级的控制位，其格式如图1.22所示。利用位操作指令SETB和CLR设置IP寄存器状态，从而控制各中断源的优先级。

MCS-51中断响应的原则：

1)相同优先级的中断，一旦得到响应，不能被其它同级中断源中断。多个同级中断源同时向CPU申请中断时，按自然优先级顺序确定首先响应哪个中断请求。

2)不同优先级的中断允许嵌套调用，即当CPU在执行用户程序的时候，响应了某一低优先级中断源的中断请求，正在执行低优先级中断源的中断服务程序过程中，可以响应另一个高优先级中断源的中断请求，去执行它的高优先级中断服务程序。即高优先级中断可以中断低优先级中断，反之不可例

设置IP寄存器的初始值，使2个外中断请求为高优先级，其它中断请求为低优先级。（1）用位操作指令

SETBPX0；2个外中断为高优先级 SETBPX1 CLRPS；串行口、2个定时器为低优先级中断CLRPT0 CLRPT1（2）用字节操作指令

MOVIP，#05H复位时各寄存器有定义的位为01）T0、串行口关中断，其余开中断；2）T0、串行口开中断，其余保持不变；3）全部禁中断；4）全部开中断；MOVIE，#10001101BORLIE，#10010010BCLREA或MOVIE，#data1MOVIE，#data2习题

下列中断优先顺序排列，有可能实现的有（）。A.T1、T0、INT0、INT1、串行口B.INT0、T1、T0、INT1、串行口C.INT0、INT1、串行口、T1、T0D.INT1、串行口、T0、INT0、T1从哪几方面考虑？B中断系统的结构中断源中断选择中断标志中断允许优先级选择

6.3中断处理过程

中断处理过程可分为中断请求、中断响应、中断服务和中断返回。

(1)中断请求：中断源满足中断条件后，置1相应的中断请求标志位，CPU如查询到某个中断标志为1，则认为该中断发出请求，准备响应。

(2)中断响应：中断响应过程包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址。中断得到响应后自动清除中断标志，由硬件将程序计数器PC内容压入堆栈保护，然后将对应的中断矢量装入程序计数器PC，使程序转向中断矢量地址单元中去执行相应的中断服务程序。

中断响应是有条件的，遇到下列三种情况之一时，中断响应被封锁：（1）CPU正在处理同级的或更高优先级的中断。（2）所查询的机器周期不是所当前正在执行指令的最后一个机器周期。只有在当前指令执行完毕后，才能进行中断响应。（3）正在执行的指令是RETI或是访问IE或IP的指令。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，CPU将丢弃中断查询结果，不能对中断进行响应。

(3)中断服务：中断服务程序从中断入口地址开始执行，直到返回指令RETI为止，一般包括四部分内容：一是保护现场，二是完成中断源请求的服务，三是恢复现场，四是中断返回。右图为外部中断0的中断服务程序架构。

(4)中断返回：通常是指中断服务完成以后，计算机返回断点，继续执行原来的程序。中断返回由中断返回指令RETI来实现。该指令的功能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器PC，此外还通知中断系统已完成中断处理。

中断响应时间：正常中断响应时间为3～8个机器周期。中断的最短的响应时间为3个机器周期:（1）中断请求标志位查询占1个机器周期。（2）子程序调用指令LCALL转到相应的中断服务程序入口，需2个机器周期。3T：中断请求标志查询：1T

产生、执行LCALL：2T

中断响应的最长时间为8个机器周期：发生在CPU进行中断标志查询时，刚好是开始执行RETI或是访问IE或IP的指令，则需把当前指令执行完再继续执行一条指令后，才能响应中断，最长需2个机器周期。接着再执行一条指令，按最长指令（乘法指令MUL和除法指令DIV）来算，也只有4个机器周期。加上硬件子程序调用指令LCALL的执行，需要2个机器周期。所以，外部中断响应最长时间为8个机器周期。

8T：执行RET/RETI（访问IP/IE）：2T

主程序中MUL/DIV指令：4T

执行LCALL指令：2T6.4外部中断触发方式1、两种触发方式：电平触发方式和负边沿触发方式。2、设置方法：IT0、IT1清0或置1。3、触发信号的特点：对于电平触发方式，低电平信号至少要保持12个振荡周期，以保证信号被采样；且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），否则CPU返回主程序后会再次响应中断。对于负边沿触发方式，连续两次采样，一个机器周期采样到外部中断输入为高，下一个机器周期采样为低，则置“1”中断请求标志，直到CPU响应此中断时，该标志才清0。这样不会丢失中断，但输入的负脉冲宽度至少保持1个机器周期。以保证检测到引脚上的电平跳变。6.5多个外部中断源系统设计1、定时器中断作为外部中断使用(负边沿触发)定时器设置为方式2，即自动装载常数，外部计数方式，且时间常数为0FFH；中断请求信号从T0或T1引脚引入，当发生负跳变时，定时器加1，溢出，触发中断。2、中断和查询结合方式(电平触发)中断源用线或的方法连接到外部中断输入引脚；同时连接到IO引脚，以供查询。6.6中断请求的撤消1．中断请求撤消的概念和原因。中断响应后，TCON或SCON中的中断请求标志应及时清除。否则就意味着中断请求仍然存在。2．定时器/计数器中断请求的撤消中断请求被响应后。硬件会自动清TF0或TF1。3．外部中断请求的撤消（1）负边沿方式外部中断请求的撤消是自动撤消的。（2）电平方式的外部中断请求信号的撤消，是通过软硬件相结合的方法来实现的。除了标志位清“0”之外，还需在中断响应后把中断请求信号引脚从低电平强制改变为高电平，如下图所示。只要P1.0端输出一个负脉冲就可以使D触发器置“1”，从而撤消了低电平的中断请求信号。所需的负脉冲可增加如下两条指令得到：

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

ORLP1，#01H ；P1.0为“1”

4．串行口中断请求的撤消响应串行口的中断后，CPU无法知道是接收中断还是发送中断，还需测试这两个中断标志位的状态，以判定是接收操作还是发送操作，然后才能清除。所以串行口中断请求的撤消只能使用软件的方法 CLRTI；清TI标志位 CLRRI；清RI标志位

6.7中断程序的编程方法

(1)中断初始化中断初始化通常在产生中断请求前完成，放在主程序中，与主程序其他初始化内容一起完成设置。

1)设置堆栈指针SP：SP=60H或50H，对应的堆栈深度为32字节和48字节，用于保护断点现场数据。

2)定义中断优先级：使用“MOVIP,#xxH”或“SETBxx”指令即可设置。

3)定义外部中断触发方式：边沿触发或电平触发。

4)开放中断：使用“MOVIE,#xxH”或“SETBEA”和“SETBxx”指令即可设置。

(2)中断服务子程序

1)在中断服务入口地址设置一条跳转指令，转移到中断服务程序的实际入口地址。通常用LJMP指令。

2)根据需要保护现场。

3)中断服务程序主体。

4)中断源恢复现场。与保护现场相对应，注意先进后出、后进先出的操作顺序。

5)中断返回，最后一条指令必须是RETI。采用中断时的主程序结构如下： ORG0000H LJMPMAIN ORG中断入口地址 LJMPINT ⋮

ORGXXXXHMAIN：主程序

INT：中断服务程序要求每次按动按键，使外接发光二极管LED改变一次亮灭状态。解：INT0输入按键信号，P1.0输出改变LED状态。

ORG 0000H；复位入口

AJMPMAIN ORG 0003H；中断入口

AJMP PINT0 ORG 0100H ；主程序MAIN：MOVSP，#40H；设栈底

SETB EA ；开总允许开关

SETB EX0 ；开INT0中断

SETB IT0

；负跳变触发中断

H：

SJMP H ；执行其它任务

ORG 0200H；中断服务程序PINT0:CPLP1.0 ；改变LED

RETI ；返回主程序单片机INT0P1.01+5V

中断服务程序的设计【例】出租车计价器计程方法是车轮每运转一圈产生一个负脉冲，从外中断（P3.2）引脚输入，行驶里程为轮胎周长×运转圈数，设轮胎周长为2m，试实时计算出租车行驶里程（单位米），数据存32H、31H、30H。解：编程：ORG 0000H ;复位地址

LJMPSTAT ;转初始化

ORG 0003H ;中断入口地址

LJMPINT ;转中断服务程序

ORG0100H;初始化程序首地址

STAT:MOVSP,#60H ;置堆栈指针

SETBITO;置边沿触发方式

MOVIP,#01H ;置高优先级

MOVIE,#81H

;开中断

MOV30H,#0 ;里程计数器清0MOV31H,#0 MOV32H,#0 LJMPMAIN;转主程序,并等待中断ORG0200H ;中断服务子程序首地址CLREA

PUSHAcc ;保护现场

PUSHPSW

SETBEA MOVA,30H ;读低8位计数器

ADDA,#2 ;低8位计数器加2m MOV30H,A ;回存

CLRA ; ADDCA,31H ;中8位计数器加进位

MOV31H,A ;回存

CLRA ; ADDCA,32H ;高8位计数器加进位

MOV32H,A ;回存

CLREA

POPPSW ;恢复现场

POPAcc SETBEA RETI ;中断返回INT:

6、中断应用实例图1.25中断方式处理按键电路图(1)电路组成：按键接口电路和单片机最小系统。(2)电路功能：利用LED指示按键状态，即S1闭合,LED1点亮,S1断开,LED1熄灭；S2~S8以此类