第5章 MCS-51单片机的中断系统

第五章MCS-51单片机的中断系统

5.1中断的基本概念5.2MCS-51单片机的中断系统及管理5.3中断处理过程5.4中断系统应用5.1中断的基本概念

所谓中断，是指CPU对系统中或系统外发生的某个事件的一种响应过程，即CPU暂时停止正在执行的程序转而执行预先安排好的处理该事件的服务子程序（中断服务子程序），当处理完毕后，CPU又自动返回原来的程序继续运行。图5-1中断流程

从中断的执行过程看来，计算机的中断过程与子程序的调用有相似之处，但是它们之间有本质的区别：

首先，子程序的执行是程序员事先安排好的，在程序中通过调用指令来执行的，而中断服务子程序的执行则是由随机事件引起的，程序员也不知道何时中断服务子程序会被执行；

其次，子程序一般与主程序有关，它的执行受到主程序或上一级子程序的控制，而中断服务子程序一般是用来处理随机事件的，与被中断的程序没有关系。图5-2MCS-51单片机的中断系统结构示意图5.2.1中断源

所谓中断源，是指引起中断的原因和发出中断申请的来源。MCS-51单片机有5个中断源，可分为3类：1.外部输入中断源（外中断）2个2.定时\计数器溢出中断源（定时\计数器中断）2个3.串行口中断请求源（串行中断）1个。5.2.2中断请求标志寄存器

1．TCON寄存器的中断标志TCON是一个8位的定时器/计数器控制寄存器，字节地址为88H，可位寻址。其8个位中有6个位与中断有关：2.SCON中的中断标志SCON是一个8位的串行控制寄存器，字节地址为98H，可位寻址。其8个位中有2个位是中断标志位：5.2.3中断的控制1.中断允许控制MCS-51单片机中的特殊功能寄存器IE是中断允许寄存器，它控制CPU对中断源的开放或屏蔽，以及每个中断源是否允许中断。IE是个8位寄存器，字节地址为A8H，可位寻址。其各位的定义如下：图5-6两级中断嵌套过程示意图MCS-51单片机的中断系统运行时遵循以下几条规则：（1）正在进行的中断过程不能被新的同级或低先级的中断请求所中断。（2）正在进行的低先级中断能被高优先级的中断请求所中断，实现两级中断嵌套。（3）CPU同时接时到几个中断请求时，首先响应优先级最高的中断请求。若同时接收到几个同一优先级的中断请求，CPU通过硬件查询按自然优先级确定响应的先后顺序，用户无法决定。

表5-1自然优先级顺序

中断源中断级别外部中断0T0溢出中断外部中断1T1溢出中断串行口中断最高

最低5.3中断处理过程

5.3.1中断请求MCS-51单片机的5个中断源的中断请求均由硬件自动完成，中断请求完成后，相应的中断请求标志位被硬件置1。定时/计数器和串行口的中断请求信号在单片机内部自动产生，而外部中断1和外部中断0的中断请求信号则需从引脚INT0和INT1输入，中断系统在每个机器周期的S5P2对引脚信号进行采样，根据采样的结果设置中断标志位。5.3.2中断查询和响应1．中断查询MCS-51单片机在每个机器周期的s6状态按照中断优先级的高低顺序对中断标志位进行查询，即CPU对TCON和SCON的各标志位的状态进行测试，以确定是否有中断请求以及是哪个中断源的中断请求。中断查询在指令执行的每个机器周期中不停重复进行，若查询到有标志位被置位且满足响应的条件，则CPU将在下个机器周期的S1状态进行响应。2．中断响应

（1）中断响应的条件

中断响应是CPU对中断源提出的中断请求的接受。一个中断源的中断请求要被响应，必须满足四个条件：首先开放CPU中断，即中断允许控制位EA=1；其次，中断源有中断请求，即中断标志位被置位；第三，相应的中断充许位被置位，即某个中断源允许中断；第四，无同级或高级中断正在被服务。

以上是中断请求被响应必须满足的条件，中断请求最终能否被响应，还要看程序执行的状态，若遇到以下情况，中断请求仍不能被响应：当前正在执行的指令还没有执行完；正在执行访问IE、IP的指令或执行RETI指令。对后一种情况，只有在执行这些指令后至少还要再执行一条指令，才能响应新的中断请求。

如果存在以上情况，CPU将丢弃中断查询结果，不能响应中断请求，查询过程在下个机器周期重新进行。（2）中断响应的过程

当CPU查询到有效的中断请求且满足中断响应的条件时，紧接着就进行中断响应。中断响应的主要过程是由硬件自动生成一条长调用指令“LCALLaddr16”。这里的addr16就是程序存储器中相应的中断入口地址。例如：对于定时/计数器0的响应，硬件自动生成的长调用指令是：“LCALL000BH”。CPU指行该指令时时，首先将当前PC的内容压入堆栈以保护现场，再将相应的中断服务程序的入口地址装入PC，使程序转向响应中断请求的中断入口地址。各中断源的服务程序的入口地址是固定的，如表5-2所示。除此之外，还将由硬件自动清除中断请求标志位（TF0、TF1、IE0、IE1）。中断源中断入口地址外部中断0定时/计数器0外部中断1定时/计数器1串行口中断0003H000BH0013H001BH0023H表5-2中断入口地址表（3）中断响应的时间

中断响应的时间是指从中断响应有效（标志位置1）到转向其中断服务程序地址区的入口地址所需要的时间。

对于单一中断源中断系统，中断响应时间最少需要3个机器周期：其中查询中断请求标志位需要一个机器周期，且该机器周期恰好处于正在执行的指令的最后一个机器周期，则CPU无需等待即可响应中断请求，执行由硬件自动生成的长调用指令，需要2个机器周期，一共需要3个机器周期。

中断响应时间最长则需要8个机器周期：这种情况出现在CPU进行中断标志查询时，刚好才开始执行访问IE、IP的指令或执行RETI指令，则需把当前指令指行完且再继续执行完一条指令才始开响应中断请求。执行RETI指令或访问IE、IP指令时，需要2个机器周期，而再执行一条指令最长需要4个机器周期（如MUL、DIV指令），加上执行硬件自动生成的长调用指令LCALL需要2个机器周期，最长需8个机器周期。（4）中断请求的撤销某个中断请求被响应后，应该撤销该中断请求，以免该中断请求再次引起中断。①对于定时/计数器中断请求，CPU响应中断后，硬件会自动把中断标志位（TF0或TF1）清0，因此，定时/计数器中断请求是自动撤销的。②对于外部中断请求，若外部中断请求信号触发方式为脉冲方式，由于脉冲信号过后即消失，CPU响应中断请求后由硬件自动清除中断请求标志位（IE0或IE1），因此脉冲方式的外部中断请求是自动撤销的。而对于电平触发方式的外部中断请求，中断请求标志位（IE0或IE1）是由硬件自动完成的，但中断请求信号的低电平可能继续存在，在CPU响应中断后，又会将已清除的中断标志位IE0或IE1重新置位，再次引起中断，因此，电平触发的外部中断请求的撤销，除了清除中断请求标志位之外，还应立即撤除引脚上（INT0或INT1）上的低电平信号。③对于串行口中断请求，CPU响应中断后，中断请求标志位RI和TI不会被硬件自动清0，只能使用软件清0，因此，串行口中断请求的撤销只能使用软件的方法。5.3.3中断处理1．现场保护和现场恢复。

所谓现场是指中断时刻单片机中某些寄存器和存储单元中的数据或状态。为了避免中断服务子程序的执行破坏这些数据或状态，需要把它们存入堆栈当中保护起来，以免中断返回后影响主程序的执行，这就是现场保护。现场保护要在执行中断服务子程序之前进行。2.关中断和开中断。

对于现场保护和现场恢复不充许被打断的情况，可以在现场保护和现场恢复之前关中断，即禁止CPU响应中断，将中断允许控制位EA清0，以免破坏现场；在现场保护和现场恢复之后再开中断，为下一次的中断做好准备。5.3.4中断返回

中断服务子程序的最后一条指令必须是返回指令RETI，它是中断服务子程序结束的标志。CPU执行这条指令时，把响应中断时置1的中断优先级触发器清0，然后从堆栈中弹出栈顶上的两个字节的断点地址送程序计数器PC，使程序回到断点处重新执行被中断了的程序。由于RETI指令和RET指令两者功能不同，所以中断服务子程序的返回不能使用RET指令。5.4中断系统应用

例5.1如图5-8所示是单片机控制的数据传输系统。将P1口设置成数据输入口，外部设备每准备好一个数据时发出一个正脉冲，使D触发器Q端置0，向

送入一个低电平中断请求信号。中断响应后，利用P3.0向D触发器的直接置位端SD输出一个负脉冲，使D触发器的Q端置1，撤销低电平的中断请求信号，从而撤销中断请求。例5-8单片机数据传输系统示意图程序如下：

ORG0000HSTART：LJMPMAIN；跑转到主程序ORG0003HLJMPINT0；转向中断服务程序ORG0030H；主程序MAIN：CLRIT0；设置低电平触发方式SETBEA；CPU开放中断SETBEX0；允许外部中断0中断MOVDPTR，#1000H；设置数据指针…ORG0100H；中断服务子程序INT0：PUSHPSW；现场保护PUSHA；由P3.0输出负脉冲CLRP3.0NOPNOPSETBP3.0MOVA，P1；输入数据MOVX@DPTR，A；存入数据存储器INCDPTR；修改数据指针，指向下一个单元…POPA；现场恢复POPPSWRETI；中断返回例5.2某工业监控系统,具有温度、压力、PH值等多路监控功能，中断源的接口电路如图5-9所示。对于PH值，在小于7时向CPU申请中断，CPU响应中断后使P3.0引脚输出高电平，经驱动，使加缄管道电磁阀接通1秒，以调整PH值。ORG0030H；外部中断0的中断服务子程入口JBP1.0，INT00；检测转移指令表JBP1.1，INT01JBP1.2，INT02JBP1.3，INT03ORG0080；PH<7时中断服务子程序INT02：PUSHPSW

；现场保护

PUSHASETBPSW.3；工作寄存器设置为1组，以保护原0组的内容SETBP3.0

；接通加碱管道电磁阀ACALLDELAY；调用1秒延时子程序