单片微机原理系统设计与应用浙大本科课件 中断

1、,5.3 MCS-51单片机中断系统,上页,下页,回目录,中断的概念：,中断是计算机工作过程的随机事件,中断源：,引起中断的事件或设备称为中断源,采用中断的优点：, 分时操作, 实时处理, 故障处理,如：,良好的中断系统使处理机具有随机应变的 能力，从而扩大应用范围，提高CPU效率,51中断系统的特点：,内容丰富，结构合理，逻辑性强，高效实用,CPU,一、中断的一般功能,1、中断的屏蔽与开放,中断屏蔽：,称为关中断，CPU不响应中断请求,称为开中断，CPU可响应中断请求,中断开放：,2、中断响应与中断返回,中断请求,RETI,主程序,响应中断,中断服务子程序,返主程序,继续执行主程序,上页,下

2、页,回目录,图5-18（a）中断的响应与返回,中断请求,PC断点,PC断点,中断允许,中断禁止,3、中断优先,中断开放的情况下，如果有几个中断请求同时发生，应首先响应中断优先级较高的中断,4、中断嵌套,低级中断请求,RETI,主程序,响应低级中断,高级中断服务子程序,返主程序,继续执行主程序,高级中断请求,响应高级中断,返低级中断,上页,下页,回目录,图5-18（b）中断的嵌套示意图,RETI,低级中断服务子程序,低级中断服务子程序,挂起 低级中断,挂起 低级中断,低级 中断,低级 中断,二、MCS-51中断请求源,5个中断源 2个优先级,2个外部中断,3个内部中断,T0,T1,UART,上页

3、,下页,回目录,与中断有关的特殊功能寄存器:,IP: 中断优先控制寄存器,IE: 中断允许控制寄存器,TCON: 定时/计数控制寄存器,SCON: UART控制寄存器,中断请求 标志寄存器,可编程,可控,MCS 51 中断要点,MCS 51 中断要点,1、定时/计数器控制寄存器TCON,TCON (88H),触发方式控制位,0 低电平触发,1 边沿触发,外部中断请求标志,1 有有效触发时,0 当CPU响应中断时,T1 T0,溢出标志,1 计数器“+1”有溢出时，并向CPU请求中断,0 当CPU响应中断时，也可由指令清除,TR1 TR0,由硬件 自动,由硬件 自动,上页,下页,回目录,TR1 T

4、R0,由硬件 自动,由硬件 自动,在每个机器周期 S5P2 都采样引脚 P3.3 P3.2,引脚,0,0,记录有无中断,记录有无中断,2、串行口控制寄存器 SCON,TI：串行口发送中断标志,在方式0，串行发送到第8位结束时，由硬件置“1”；或在其他方式中，串行发送到停止位的开始时，由硬件置“1”，,RI：串行口接收中断标志,上页,下页,回目录,在方式0，串行接收到第8位结束时，由硬件置“1”；或在其他方式中，串行接收到停止位的开始时，由硬件置“1”，,“1” 发送完一帧数据后,“1” 接收完一帧数据后,必须由软件清 “0” 必须由软件清 “0”,SCON (98H),三、中断控制,1、中断允

5、许寄存器 IE,0 禁止,1 允许,0 禁止,1 允许,总 中断,总 中断,中断,中断,IE (A8),中断的开放和禁止是可控,可编程的,ET2,CPU,IE 的相应位被置 “0” 或 “1” 该相应中断即被“禁止”或“开放”,上页,下页,回目录,2、中断优先级寄存器 IP,IP (B8),ET2,0 低级,1 高级,中断,中断,中断优先级是可控,可编程的,上页,下页,回目录,3、优先级结构,中断优先级控制遵循的两个基本原则：, 一个正在执行的低级中断服务程序，能被高优先级 中断请求所中断，但不能被同优先级中断请求所中断。, 一个正在执行的高级中断服务程序，不能被任何中断 请求所中断，直到返回

6、。,实现这两个原则的方法：,上页,下页,回目录,中断系统内部设置了两个不可寻址的优先级状态触发器。一个指出正在处理的是：高优先级中断，并阻止所有其他中断；另一个指出正在处理的是：低优先级中断，并阻止了除高优先级中断外的其他任何中断。,是不可寻址的,当CPU响应 高级中断， 并进入中断 服务时,“1”,“1”,RETI,“0”,当CPU响应 低级中断， 并进入中断 服务时,“1”,RETI,“0”,无条件的,在同级的几个中断源中同时发生请求时， 内部对同级的各中断源的优先级别有一个规 定的查询顺序：,定时/计数器 T0,定时/计数器 T1,串行口 UART,定时/计数器 T2,最高,最低,上页,

7、下页,回目录,自然优先级,自然优先级 由硬件查询逻辑完成,上页,下页,回目录,源允许,图5-19 中断系统总体逻辑结构,总允许,优先级,中断标志,中断 标志,1,IE0,矢量 地址送PC,“+1”,TF1,0,矢量 地址送PC,EA,“+1”,“+1”,EX0,ET1,1,PX0 PT0 PX1 PT1 P S,“+1”,“+1”,四、中断响应过程,中断响应的三个条件：, CPU不是正在处理同级或高级中断请求, 现行机器周期不是所执行指令的最后一个机器周期, 正在执行的指令不是RETI, 或不在访问IE或IP,中断入口地址：,0003H,000BH,0013H,001BH,0023H,002B

8、H,上页,下页,回目录,中断源,矢量地址,排除法,五、外部中断响应时序与触发方式,1、外部中断响应时序,M1,M3,M4,M5,M2,S5P1,S5P2,CPU进行 中断查询,保护断点, 长调用至入口,中断服务,1、中断响应顺利，不受阻，需要3个机器周期,2、如果中断受阻，,上页,下页,回目录,即满足上述三个条件, 正在处理同级或高级中断，这要视中断服务程序的长短, 执行的指令不是最后一个机器周期，等待不超过3个周期, 正在执行指令是RETI，或正访问IE、IP，则需返回主程 序后，再执行一条主程序的指令才能响应该中断，等待不 超过5个周期,则需要38个机器周期,2、外部中断触发方式, 电平触

9、发方式, 边沿触发方式,上页,下页,回目录,若外部中断（当ITX = 0时）被定义为电平触发方式 其有效触发为低电平，该低电平维持到CPU响应该中断 为止，中断返回之前，必须为高电平。否则CPU将再次 响应该中断。,若外部中断（当ITX = 1时）被定义为边沿触发方式 其有效触发为下降沿。在该触发方式中，CPU在一个机 器周期采样为高电平，在下一机器周期采样为低电平, 就立即置位外部中断请求标志。,无论是那种触发发方式，只要有有效触发，都会记录 在相应的中断标志位中， 若CPU即使暂不响应，中断标 志也不会丢失，直到CPU响应该中断，该标志才会清除。,有效触发,标志位,记录,清除,“低电平”“

10、下降沿”选择参考,外部引入的中断申请信号有时“低电平”时间很长，例如1秒周期的方波，此时低电平时间长达0.5秒！ 如果中断服务程序执行时间2毫秒（约1500条指令，假定晶振12兆），那么服务结束时，INT引脚仍为“低电平”，于是再次进入中断服务！周而复始直到INT引脚变为高电平！这是不允许的。 如果采用“下降沿触发”，以上情况可以避免。 许多外部芯片在申请中断期间，CPU对其访问过后能自动拆消“低电平”信号，这时采用“低电平”触发可以提高抗干扰能力。,在中断服务程序开始处安排如下程序： ANLP1，#0FEH ORLP1，#01H CLRIE0 ,中断程序必须保护现场,为什么要保护现场？ 当中

11、断服务时，服务程序需要用到一些寄存器，例如：A，Rn，PSW，DPTR等寄存器！如果被打断的程序在这些寄存器中存着数据，并且中断返回后还要使用这些数据！那么中断服务程序不应当破坏这些寄存器内的数据。 将这些寄存器内的数据设法保存/保护起来，称为“保护现场”,保护现场的方法,切换Rn的寄存器“组”。 把一些寄存器内容压入堆栈。 服务程序没用到的寄存器不必保存。 Rn寄存器组设计为一个级别用一组：最多使用3个组！,切换寄存器Rn方法： PUSH PSW MOV PSW,#000XX000B POP PSW RETI 红色XX表示寄存器组号。也可以用SETB/CLR修改RS1,RS1。 入栈方法：

12、A用ACC代替 DPTR用DPH，DPL代替 最先入栈的寄存器最后出来，必须配对：有进有出！,中断程序框架,假定使用外部中断0，产生一次中断，调用中断服务程序INT0，主程序如下： ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP DISPLAY ORG 0030H,MAIN: MOV SP,#40H SETB EX0 SETB IT1 SETB EA 其他程序略,中断服务程序,在中断服务程序的开头使用如下语句： INT0: PUSH ACC PUSH PSW SETB RS0CLR RS1 ,在中断程序的末尾使用如下语句： POP PSW POP ACC 恢复工作寄存器RETI,六、多外部中断源的设计,1、利用定时/计数器作外部中断输入使用的方法,T0作为外部中断源的初始化程序：,上页,下页,回目录,计数器,“+1”,计数器,向CPU发中断请求,向CPU发中断请求,方式2（8位）,FFH,FFH,TF0,00H,FFH,FFH,P3.4,上页,下页,回目录,2、中断与查询相结合的方法,DVT0,10K,+5V,图5-21 扩展多个外部中断,最高级,最低级,“线或”,上页,下页,回目录,P188,中断处理,上页,下页,回目录,P188,七、用软件模拟第三个中断优先级,在中断优先级寄存器IP