第5章 MCS-51中断系统

1、第5章 MCS-51中断系统,5.1 中断系统,5.2 中断的控制寄存器,5.3 中断的响应过程,5.4 多中断源系统,5.5基本应用,5. 1中断系统,5.1.1中断系统结构 (1）中断的定义和作用 CPU与外设（如键盘、显示器等）沟通通常有两种方式：查询方式和中断方式、查询方式是CPU按照某种既定法则，依次询问每一个外设I/O是否需要服务，这种方法CPU要花费大量的时间等待对外设的查询结果，效率较低. 中断问题主要是为解决快速的CPU和慢速的外设之间的矛盾而提出的。,中断系统是计算机的重要指标之一。,某人看书 执行主程序 日常事务 电话铃响 中断信号INT=0 中断请求 暂停看书 暂停执行

2、主程序 中断响应 书中作记号 当前PC入栈 保护断点 电话谈话 执行I/O程序 中断服务 继续看书 返回主程序 中断返回,中断概念,所谓中断:是指CPU对系统中或系统外发生的某个事件（如系统断电）的一种响应过程。 中断由中断源产生，中断源在需要时可以向CPU提出“中断请求”。“中断请求”通常是一种电信号，CPU一旦对这个电信号进行检测和响应，便暂时停止现行程序的执行，而自动转去执行预先安排好的处理该事件的服务子程序。当处理结束后，再返回到被暂停程序的断点处，继续执行原来的程序。,中断系统:实现这种中断功能的硬件系统和软件系统统称为中断系统。 中断系统是微型计算机系统重要组成部分，有了中断系统，

3、微型计算机可以实现以下功能。 多任务/同步工作 计算机有了中断以后，可以使CPU和外设同步工作，CPU启动外设工作后，就继续执行主程序，而外设把数据准备好后，发出中断请求，请求CPU中断源程序的执行，转去执行输入输出（中断处理）程序。,例如，计算机与打印机连接，计算机可以快速传送一行字符给打印机（由于打印机存储容量有限，不能一次传送很多），打印机开始打印字符，CPU可以不必理会打印机，处理自己的工作。等打印机打印该行字符完毕，发给CPU一个信号请求中断，CPU响应后中断正在处理的工作，转而再传送一行字符给打印机。这样，在打印机打印字符期间，CPU不必等待或查询，自行处理自己的工作，同时可以指挥

4、多个外设同时工作，从而大大提高了CPU的工作效率。,实时处理 在实时控制中，现场采集到的各种数据可以在任一时刻发出中断请求，要求CPU处理，若中断是开放的，则CPU就可以马上对数据进行处理。 故障处理 微型计算机系统在实际运行时，常会出现一些故障，如电源突然掉电、硬件自检出错等。利用中断，就可以自行执行处理故障的中断服务程序，而不必停机。,(2)中断系统的结构 8051单片机的中断系统由中断源、与中断有关的特殊功能寄存器及顺序查询逻辑电路等组成. 其内部结构如图1-18所示。2016年11月30日,单片机工作条件,图1-10 89C51单片机工作条件接线图,由图1-18可知，8051单片机有5

5、个中断请求源。 4个用于中断控制的特殊功能寄存器IE、IP、TCON（用6位）、SCON（用2位），可提供两个优先级，实现二级中断嵌套。 0000 H：单片机复位后，PC=0000H，即程序从0000 H开始执行指令。 0003H:外部中断0入口地址。 000BH：定时器0溢出中断入口地址。 0013H：外部中断1入口地址。 001BH：定时器1溢出中断入口地址。 0023H:串行口中断入口地址。,中断请求源 在中断系统中，通常将引起中断的设备或事件称为中断请求源，简称中断源。 8051单片机提供了5个中断源，即/INT0(P3. 2端子）和/INT1(P3. 3端子）2个外部中断源；2个内部

6、定时器计数器溢出中断(TF0、TF1)和1个串行口发送接收中断，这些中断请求源分别由特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存。,/INT0：外部中断0，低电平有效，有低电平触发和负跳变触发两种触发方式，由定时器计数器控制寄存器TCON的第0位IT0置1或复0来控制。中断信号由单片机的P3.2端子输入，在每个周期的S5P2采样P3. 2端子，有效信号到来后将TCON中的中断标志位IE0置1，向CPU提请中断。,/INT1：外部中断1，低电平有效，触发方式同/INT0。中断信号由单片机的P3. 3端子输入，在每个周期的S5 P2采样P3. 3端子，有效信号到来后将TCON中的中断标志位IEl置

7、1，向CPU提请中断。,定时器T0溢出中断：当定时器计数器T0计数溢出，TH0, TL0所有位均变为0，并向特殊功能寄存器TCON中的中断标志位TF0进位，将TF0置1，得到中断允许后，向CPU提请中断。 定时器T1溢出中断：当定时器计数器T1计数溢出，TH1、TLl所有位均变为0，并向特殊功能寄存器TCON中的中断标志位TF1进位，将TF1置1,得到中断允许后，向CPU提请中断。,串行口发送(TXD)及接收（RXD )中断：当串行口完成一帧数据的发送（或接收），就将串行口控制寄存器SCON中的发送（或接收）标志位TI（或RI）置1，得到中断允许后，向CPU请求中断处理。 中断控制寄存器 单片

8、机中断系统的控制由4个与中断有关的特殊功能寄存器IE（中断允许寄存器）、IP（中断优先级寄存器）、TCON（定时器计数器控制寄存器）（用6位）及SCON（串行口控制寄存器）（用2位）来完成。,中断优先级 当有多个中断源同时发出中断请求时，CPU需确定哪个中断更紧迫，以便首先响应。系统给每个中断源一个优先权，这就是中断优先级。这样当多个中断源同时提出申请时，优先级高的中断能先被响应，只有优先级高的中断处理完毕后，才能响应优先级低的中断。,当已有中断发生时，优先级更高的中断能中断现行中断而优先执行，待处理完毕后再恢复处理被中断的低级中断，也即高级中断能中断低级中断，即中断嵌套，如图1-19所示。,

9、8051单片机中断源的优先级有两级，可实现两级中断嵌套。对每个中断源而言，可设置成高优先级中断或低优先级中断，这可通过对中断优先级寄存器IP的控制来实现。同一优先级别的中断源不止一个，所以也有个中断优先权排队的间题。其排队顺序由中断系统通过内部硬件查询确定，用户无法自行更改。,5.2中断控制寄存器(1)定时器计数器中断控制寄存器TCON,1.中断标志位： TF1、TF0、IE1、IE0、RI 、TI 登记各中断源请求信号：=1，有中断请求；= 0，无中断请求。 CPU响应中断后,该中断标志自动清零。TI，RI标志必须软件清零。,2.外部中断触发方式选择位：IT0、IT1 =1：负边沿触发中断请

10、求；= 0：低电平触发中断请求。,5.2中断控制寄存器,(1)定时器计数器中断控制寄存器TCON TCON中与中断有关的各位名称、地址格式如下。,字节地址 88H 位地址 8FH 8DH SBH 8AH 89H 88H TCON为定时器计数器控制寄存器，其字节地址为88H，可位寻址。它除了控制定时器计数器0和1的溢出中断外，还控制外部中断的触发方式和锁存外部中断请求标志。各位的含义如下。,TF1 定时器计数器Tl溢出中断请求标志 当定时器计数器T1计数溢出后，由 CPU内硬件将TF1位自动置1,表示向CPU请求中断。CPU响应该中断后，片内硬件自动对其清零。 TF1也可由软件程序查询其状态或由

11、软件置位清零。,TF0定时器计数器T0溢出中断请求标志。当定时器计数器T0计数溢出后，由CPU内硬件将TF0位自动置1,其功能与操作同TF1. IE1外部中断/INT1请求标志。当/INT1处于电平触发方式时，CPU在每个周期的S5P2采样/INT1,若检测到/INTl端子为低电平，则认为有中断请求，使IE1置位，向CPU申请中断。,当/INT1处于边沿触发方式时，CPU在每个周期的S5P2采样/INT1,若检测到/INT1端子前一周期为高电平，后一周期为低电平，则认为有中断请求，使标志位IE1置1，向CPU申请中断。在有效信号到来后将TCON中的中断标志位IE1置1,向CPU提请中断。,IE

12、0外部中断/INT0请求标志。其功能与操作同IE1。 IT1外部中断/INT1触发方式选择位。T1=0，为低电平触发；IT1=1，为负跳变触发。 IT0外部中断/INT0触发方式选择位。其功能与操作同IT1。,(2）串行口控制寄存器SCON SCON中与中断有关的只有两位，其名称、地址格式如下。,SCON为串行口控制寄存器，字节地址为98H，可位寻址。 TI串行口发送中断请求标志。在进行串行口数据通信时，每发送完一帧数据，由硬件自动将TI置位，向CPU申请中断。 RI串行口接收中断请求标志。每接收完一帧数据，由硬件自动将RI置位，向CPU申请中断。 CPU在响应串行发送、接收中断后，TI, R

13、I不能自动清零，必须由用户用软件清零。,(3)中断允许控制寄存器IE,中断允许控制位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0 =1开中断；= 0关中断。 例：允许CPU响应INT0的中断请求 SETB EX0 SETB EA,(3)中断允许控制寄存器IE 计算机中断系统中有两种不同类型的中断：一类称为非屏蔽中断；另一类称为可屏蔽中断。 对非屏蔽中断，用户不能用软件方法加以禁止，一旦有中断请求，CPU必须予以响应。但对可屏蔽中断，用户则可通过软件方法来控制是否允许某中断源的中断。 允许中断称中断开放，不允许中断称中断屏蔽 8051系列单片机的5个中断源都是可屏蔽中断。CPU对中断源的中断开放

14、或中断屏蔽的控制是通过中断允许控制寄存器IE实现的，IE既可按字节地址寻址，其字节地址为A8 H，又可按位寻址。当CPU复位时，IE所有位被清零。,字节地址A8 位地址AFH ACH ABH AAHA9HA8H IE寄存器的名称、地址格式如下：,EA中断允许总控位。 EA=0，屏蔽所有中断请求；EA=1,开放所有的中断请求。 EA的作用是使中断允许形成两级控制。即各中断源首先受EA位的控制；其次还要受各中断源自己的中断允许控制位控制。 ES串行口中断允许位。ES=0，禁止串行口中断；ES= 1,允许串行口中断。,ET1定时器计数器T1的溢出中断允许位。ET1=0,禁止T1中断；ET1=1,允许

15、T1中断。 EX1外部中断1(/INT1)中断允许位。EX1=0禁止/INT1中断；EX1=1，允许/INT1中断。 ET0定时器计数器T0的溢出中断允许位。ET0=0,禁止T0中断；ET0 =1，允许T0中断 EX0外部中断0（/INT0）中断允许位。EX0=0,禁止T0（/INT0）中断；EX0 =1，允许/INT0中断,需要说明的是51型单片机对中断实行两级控制，若想开放某一中断源，首先要EA=1,其次还要自身的控制位置置1。例如，要使定时器计数器T1中断开放，其余中断禁止， 需执行下列语句： SETB EA SETB ET1 或MOV IE，10001000B 或MOV IE，88H,

16、(4）中断优先级寄存器IP,中断优先级控制位：PS、PT1、PX1、PT0、PX0 2级优先级：=1为高优先级，= 0为低优先级。 同一优先级别按内部查询顺序排列优先级： 高 INT0、T0、INT1、T1、SIO 低。,(4）中断优先级寄存器IP 8051单片机有两个中断优先级，各中断源优先级通过设置寄存器IP的各位置位或清零来控制，中断优先级控制寄存器IP各位名称、地址格式如下：,PS串行口中断优先级控制位 PT1定时器计数器T1中断优先级控制位。 PX1外部中断1（/INT1）中断优先级控制位。 PT0定时器计数器T0中断优先级控制位 PX0外部中断0（ /INT0）中断优先级控制位 若

17、以上某一控制位被置1，则相应的中断源就被设定高优先级中断；若以上某一控制位被清零，则相应的中断源就被设定为低优先级中断。 由于8051系列单片机有多个中断源，但却只有两个优先级，因此，必然会有若干中断源处于同一中断优先级。,为解决同一中断优先级中的不同中断源同时向CPU申请中断时CPU的响应顺序问题，单片机又规定了同一中断优先级中中断优先权的顺序，如表1-8所示。,同一中断优先级中，若有两个中断源同时请求中断，CPU将先响应优先权高的中断，后响应优先权低的中断。同级中断源的中断优先权顺序由系统硬件规定，用户无法改变。,CPU在响应中断时，还需遵循以下基本规则。 CPU同时接收到几个中断请求时，

18、首先响应优先权最高的中断请求。 正在进行的低优先级中断服务程序能被高优先级中断请求所中断，实现两级中断嵌套，但不能被同级中断请求所中断。 正在进行的高级中断服务程序不能被同级或低级中断请求所中断，只有该中断服务程序结束，返回了主程序且执行了主程序的一条指令后，CPU才响应新的中断请求。,为了实现上述几条规则，单片机的中断系统内设置了两个用户不可寻址的优先级状态触发器。其中一个用来指示CPU正在为某高优先级的中断服务，并阻止所有其他的中断申请；另一个则指示CPU正在为某低优先级的中断服务，并阻止所有低优先级的中断，但不阻止高优先级的中断。,例如，若某单片机系统需使用三个中断源，即定时器计数器0中

19、断、外部中断1和串行口中断，若要求它们的优先级顺序为外部中断1最高，定时器计数器0中断其次，串行口中断最低，则只需把中断优先级控制寄存器IP的PX1位置1，其余位清零，就可实现该系统对优先顺序的要求。,5. 3中断响应过程,(1)中断响应条件 单片机响应中断的条件是： 中断源有请求； CPU允许所有中断源请求(EA=1)； 中断允许寄存器IE相应位置1. 这样CPU在每一机器周期的S5P2状态顺序查询每一个中断源，到机器周期的S6状态时，便将有效的中断请求按优先权次序排好。但当有下列三种情况之一发生时，中断查询结果将被取消，下一机器周期继续查询。,CPU正在响应的中断为所查询中断的同级或更高级

20、中断。 当前指令未执行到最后一个周期。 当前执行的指令为中断返回指令RETI或访问IE, IP指令（如SETB EA)。 这是因为CPU在执行RETI或访问IE、IP指令后，至少需要再执行一条指令才会响应新的中断请求。,(2)中断响应过程 当中断请求符合以上条件时，CPU就在执行完当前指令的下一个机器周期S1期间响应中断，响应过程如下。 单片机首先中止正在运行的程序，并置位相应的中断优先级触发器，以阻止CPU再响应同级或更低级中断请求。 把中断点（断点地址），也就是当前程序计数器PC中内容压入堆栈，以便执行到中断服务程序中的RETI指令时按此地址返回原程序执行。 执行长调用指令，转入 相应中断

21、源入口，即将相应中断源入口地址装入程序计数器PC。,由于各中断源的入口地址之间彼此相差仅8个字节，这8个字节用来存放中断服务程序通常是不够的，因此，可在入口地址处存放一条三字节长调用指令，CPU执行这条长调用指令便可转入相应中断服务程序执行。 例如，若串行口中断服务程序始地址在3000H单元，则执行中断服务程序需执行以下指令： ORG 0023H LJMP 3000H,执行中断服务程序，保护现场。 单片机响应中断后，只保护断点而不保护现场（如累加器A、程序状态字寄存器PSW等中的内容），因此，在中断服务程序中首先要保存有关的寄存器内容（压入堆栈），完成中断处理后，还要恢复这些寄存器内容。,中断

22、的处理过程,中断服务程序的末尾，需安排一条中断返回指令RETI，以便能够返回主程序。 中断返回指令的功能是把断点地址（中断前主程序的地址）送回程序计数器PC，以便CPU可以继续执行被中断的主程序。因此，由中断请求有效到执行中断服务程序的第一条指令，至少需要3个完整的机器周期。,(3)中断响应时间 由上述可知，CPU不是在任何情况下都对中断请求立即响应，而是不同的情况对中断响应的时间也不同。在实时控制系统中，经常需弄清CPU响应中断所需的时间。,响应中断的最短时间为3个机器周期。 以外部中断为例，外部中断信号在每个机器周期的S5 P2时被采样并锁存在IE0或IE1中，CPU在下一个机器周期才会查

23、询到这些值，如果满足响应条件，CPU响应中断，需执行一条两个机器周期的长调用指令，以转到相应的中断服务程序入口。,响应中断的最长时间通常为8个机器周期。 若CPU正在执行RETI（或访问IE/IP)指令的第一个机器周期中查询到了某中断请求，则CPU需再执行一条指令才会响应中断，这种情况下，中断响应的时间就为8个机器周期。 这8个机器周期的时间分配是这样的：查询中断请求为一个机器周期；执行RETI一个机器周期，执行RETI下一个指令最长需4个机器周期；执行跳转指令最长需2个机器周期。 一般情况下，8051单片机响应中断的时间在3-8个机器周期之间。当然，若CPU正在执行同级或高级中断服务程序，则

24、新中断请求需要等待的时间将更长。,(4)中断请求的撤除 中断源发出的中断请求在被CPU响应前，是由CPU锁存在TCON和SCON寄存器内 的（标志位置1)。CPU响应中断后，必须清除相应中断源的中断请求标志，否则中断响应返回后会重复响应该中断，引起出错,定时器计数器溢出中断请求的撤除 TF0, TF1是定时器计数器T0, T1溢出中断请求标志，CPU响应该中断请求后会自动将标志位清零，用户不必进行任何操作。 串行口中断请求的撤除 对于串行口中断标志TI或RI, CPU响应该中断请求后不会自动清除该位，用户可以在中断服务程序的适当位置处用软件加以清除，具体指令如下。CLR TI;撤除发送中断 C

25、LR RI;撤除接收中断 也可采用如下字节型指令： ANL SCON，0FCH；撤除发送和接收中断,外部中断请求的撤除 外部中断请求有两种触发方式：电平触发和边沿触发。对于不同的触发方式，CPU撤除中断请求的方法是不同的。,当外部中断请求为边沿触发方式时，CPU响应中断后可用硬件自动清除相应位的中断请求标志，用户可不必考虑。 因为外部中断源（/INT0或/INT1）在得到CPU的中断服务时是不可能再在（/INT0或/INT1）端子上产生负边沿而使相应中断标志位IE0或IE1置位的.,当外部中断请求为电平触发方式时，尽管CPU响应中断时，也用硬件自动清除了相应中断标志位IE0或IE1，但由于（/

26、INT0或/INT1）端子上的低电平信号若继续保持下去,一般可能保持时间较长，中断请求标志IE0或IE1就会再次被置1,从而发生重复响应中断的情况。,硬件撤出外中断请求,一种可供采用的外中断电平触发中断请求撤除电路如图1-21所示。,当外部设备有中断请求时，中断请求信号经反相器，加到锁存器CP端，作为CP脉冲.由于D端接地为0,Q端输出低电平，触发/INT0产生中断。当CPU响应中断后，可在中断服务程序开头安排如下程序 ANL P1，0FEH ORL P1，01H CLR IE0 单片机执行上述程序就可在P1.0上产生一个宽度为两个机器周期的负脉冲加到锁存器SP端（强迫置1端）。在该负脉冲作用

27、下，Q触发器被置位成1状态，/INT0上的电平也因此而变高，从而撤除了其上的中断请求。,中断服务程序的一般格式,5.4 多中断源系统,当外部中断源多于中断输入引脚时，可采取以下措施： 1.用定时器/计数输入信号端T0、T1作外部中断入口引脚 2.用串行口接收端RXD作外部中断入口引脚,3.用一个中断入口接受多个外部中断源，并加入中断查询电路。,5.5基本应用 中断系统的应用主要包括编制中断初始化程序和编制中断服务程序。 (1)中断初始化 中断初始化应在中断请求前完成，一般放在主程序中。主要包括以下几方面。 设置堆栈指针SP堆栈. 深度要求不高且工作寄存器组不用时，可维持复位状态。否则可设置SP

28、为50H或60H以上。 定义中断优先级。涉及多个中断源时可通过 MOV IP,XXH或SETB XX指令设置。 定义外部中断触发方式，并注意中断请求信号的撤除。 开放中断。SETB EA 或 ORL IE,#80H CLR EA 或 ANL IE,#7FH,(2）中断服务程序 中断服务程序的内容主要有以下几方面。 在中断服务入口设置一条转移指令，转移到中断服务程序的实际入口处。 根据需要保护现场。如涉及到Acc, PSW, DPTR等特殊功能寄存器中的内容需要保护，则应压入堆栈，但数量越少越好。最好保护前关中断，保护后开中断 中断源请求中断服务的操作。 恢复现场。 中断返回，必须使用RETI指

29、令。,(3)中断系统应用举例 例1:电路连接如图1-22所示，编写程序使主程序执行时，8051 P0所接发光二极管 由P0. 7至P0. 0循序,一次亮一颗。当中断产生后，8颗发光二极管全亮，然后全灭，如此执行8次后返回主程序。,解设置中断允许控制寄存器IE,置中断控制寄存器TCON,编程如下,例2某工业监控系统，具有温度、压力、pH值等多路监控功能，中断源的连接如 图所示。对于pH值，在小于7时向CPU申请中断，CPU响应中断后使P3. 0端子输出高电平，经放大，使加碱管道电磁阀接通1s,驱动电机以调整pH值。,分析:设接通电磁阀延时1s由延时子程序来实现。该程序已存在，只调用即可。连接图中

30、把多个中断源通过“线或”接于P3. 2（/INT0）端子上，那么检测到的中断请求无法知道是哪一个中断源的请求。这在响应了外部中断。进入中断服务程序后，可通过对P1口线的逐一检测来确定。 下面进一步假设4个中断服务程序入口地址分别为INT00、INT01, INT02, INT03,并只针对pH7时的中断响应处理进行中断服务程序设计。,例3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。 1跳变触发：每次跳变引起一次中断请求。,ORG 0000H；复位入口 AJMP MAIN ORG0003H；中断入口AJMPPINT0 ORG0

31、100H；主程序 MAIN：MOV SP，#40H；设栈底 SETBEA；开总允许开关 SETBEX0；开INT0中断 SETBIT0；负跳变触发中断 H：SJMPH ；执行其它任务 ORG0200H；中断服务程序 PINT0：CPL P1.0；改变LED RETI；返回主程序,1软件等待按键释放。 2硬件清除中断信号。,2. 电平触发：避免一次按键引起多次中断响应。,ORG 0000H；复位入口 AJMP MAIN ORG0003H；中断入口AJMPPINT0 ORG0100H；主程序 MAIN：MOV SP，#40H；设栈底 SETBEA；开总允许开关 SETBEX0；开INT0中断 CLRIT0；低电平触发中断 H：SJMPH ；执行其它任务 ORG0200H；中断服务程序 PINT0：CPL P1.0；改变LED WAIT：JNBP3.2，WAIT；等按键释放 RETI；返回主程序,MCS-51中断系统的应用,1、中断系统初始化