单片机原理与实践高卫东第4章中断.ppt

MCS-51单片机的中断系统,单片机原理与接口技术,第4章,单片机原理与接口技术,【学习目标】,1理解中断的基本概念 2理解80C51中断系统的结构 3掌握外部中断的编程实现,【重点内容】,1中断的概念 2掌握80C51中断的使用 3、掌握外部中断的编程实现,4.2.1 中断的概念,4.2 80C51系列单片机的中断系统,中断：计算机暂停当时正在执行的程序，转去执行处理某一意外事件的程序，待意外事件处理完毕后，又返回到程序被暂停的地方继续执行的过程。,外设,CPU,启动,执行原程序,中断请求,中断响应,执行原程序,中断服务,执行完毕,返回,中断作用：中断方式完全消除了CPU在查询中的等待现象， 大大提高了CPU的工作效率。如果没有中断技术， CPU的大量时间可能浪费在原地踏步的操作上。,中断源：中断源是指计算机在执行某一程序的过程中，由于计算机系统内、外的某种原因，而必须中止原程序的执行，转去执行响应的处理程序，待处理结束之后，再回来继续执行被中止的原程序的过程。,中断优先级：由于在实际的系统中，往往有多个中断源，且中断申请是随机的，有时可能会有多个中断源同时提出中断申请，但CPU一次只能响应一个中断源发出的中断请求，这时CPU应响应哪个中断请求？ 这就需要用软件或硬件按中断源工作性质的轻重缓急，给它们安排一个优先顺序，即所谓的优先级排队。中断优先级越高，则响应优先权就越高。 中断嵌套：当CPU正在执行中断服务程序时，又有中断优先级更高的中断申请产生，这时CPU就会暂停当前的中断服务转而处理高级中断申请，待高级中断处理程序完毕再返回原中断程序断点处继续执行，这一过程称为中断嵌套。,4.2.4 中断技术的优势 随着计算机技术的应用，人们发现中断技术不仅解决了快速主机与慢速I/O设备的数据传送问题，而且还具有如下优点：,分时操作。CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用率；,实时响应。CPU能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；,可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。,4.3 80C51中断系统的结构 80C51的中断系统有5个中断源（8052有 6个） ，2个优先级，可实现二级中断嵌套 。,4.3.1 80C51中断源和中断控制寄存器,1. 中断源,2. 定时和外中断控制寄存器TCON,5. 串行控制寄存器SCON （不讲）,3. 中断允许控制寄存器IE,4. 中断优先级控制寄存器IP,对中断源和中断控制寄存器的理解，一定按上图分析，不可单独记忆。,4.3.1、 中断源,1、 （P3.2）。可由IT0(TCON.0)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0(TCON.1)置1，向CPU申请中断。,2、 (P3.3）。可由IT1(TCON.2)选择其为低电平有效还是下降沿有效。当CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1(TCON.3)置1,向CPU申请中断。,3、TF0（TCON.5），片内定时/计数器T0溢出中断请求标志。当定时/计数器T0发生溢出时，置位TF0，并向CPU申请中断。,4、TF1（TCON.7），片内定时/计数器T1溢出中断请求标志。当定时/计数器T1发生溢出时，置位TF1，并向CPU申请中断。,5、RI（SCON.0）或TI（SCON.1），串行口中断请求标志。当串行口接收完一帧串行数据时置位RI或当串行口发送完一帧串行数据时置位TI，向CPU申请中断。,4.3.2 与中断有关的特殊功能寄存器,中断分为两种：可屏蔽中断和不可屏蔽中断。 与中断有关的特殊功能寄存器有4个： 1、定时/计数控制寄存器TCON； 2、串行口控制寄存器SCON； 3、允许中断寄存器IE； 4、中断优先级寄存器IP。,1、定时/计数控制器TCON外部中断控制标志位,IT1(IT0) 0，低电平触发(请求)方式。,当P3.3 (P3.2) 脚为低电平时，硬件置IE1 (IE0)=1，响应中断。结束中断前，用软件将IE1 (IE0) 清0,2、定时/计数控制器TCON外部中断控制标志位,IT1(IT0)1，脉冲边沿方式(后沿负跳变)有效。,当前一周期P3.3 (P3.2) 脚为高电平，后一周期P3.3 (P3.2) 脚为低电平时，硬件置IE1 (IE0)=1，响应中断。响应中断后， IE1 (IE0) 由硬件清0,TCON中定时器T0、T1溢出中断申请标志位,定时/计数器T1 (T0)溢出中断申请标志位。当T1 (T0)产生计数溢出时，由硬件置l。响应中断后，由硬件自动清0。,2、MCS-51的中断控制,CPU对中断源的开放或屏蔽，受到中断允许寄存器IE的控制。,各中断源高、低优先级别由中断优先级寄存器IP控制。,IE、IP寄存器的状态可通过程序由软件设置。,2、中断允许控制IE中断的开放和屏蔽,中断允许控制位。 EA 0中断总禁止；EAl中断总允许。总允许后，中断的禁止或允许由各中断源的中断允许控制位进行设置。,2、中断允许控制中断的开放和屏蔽,外部中断0允许控制位。 0,禁止外中断 ； 1,允许外中断。,2、中断允许控制中断的开放和屏蔽,外部中断1允许控制位。0禁止外中断 ；1允许外中断。,2、中断允许控制中断的开放和屏蔽,定时/计数器T0、中断允许控制位。 0禁止定时/计数器T0、中断； l允许定时/计数器T0、中断。,定时/计数器T1中断允许控制位。 0禁止定时/计数器T1中断； l允许定时/计数器T1中断。,2、中断允许控制中断的开放和屏蔽,串行中断允许控制位。 =0禁止串行中断；l允许串行中断。,中断的两级控制,EA位作为总控制位,以各中断源的中断允许位作为分控制位,复位后(IE)=00H，因此中断系统处于禁止状态,单片机在中断响应后不会自动关闭中断。因此在转中断服务程序后，应使用有关指令禁止中断，即以软件方式关闭中断。,3、中断优先级控制,外部中断0优先级设置位,定时中断l 优先级设置位。,外部中断1优先级设置位,定时中断0优先级设置位。,串行中断优先级设置位,IP中PX0、PT0位优先级高，PX1、PT1位优先级低。 外部中断0定时中断0外部中断1定时中断l串行中断。,3、中断优先级的控制原则,(1)低优先级中断请求不能打断高优先级的中断服务；但高优先级中断请求可以打断低优先级的中断服务，从而实现中断嵌套。,(2)如果一个中断请求已被响应，则同级的其它响应将被禁止。,(3)如果同级的多个中断请求同时出现，则按CPU查询次序确定哪个中断请求被响应。其排列顺序为：,外部中断0定时中断0外部中断1定时中断l串行中断。,3、中断优先级的控制原则,例：若IP=18H。问：中断系统的优先顺序如何,解：T1串口外中断0T0外中断1,外部中断0定时中断0外部中断1定时中断l串行中断。,中断过程： 1、每条指令结束后，自动检测中断请求。 有中断请求，并且中断允许 2、保护现场： 关中断：防止现场被破坏 保护现场：一般使用堆栈指令将原程序中用到的寄存器推入堆栈 开中断：以响应更高优先级的中断申请 3、中断服务,4.4 中断处理的过程,4、恢复现场 关中断：防止现场被破坏 恢复现场：用堆栈指令将保护在堆栈中的数据弹出来 开中断 5、返回：此时CPU将推入到堆栈的断点地址弹回到程序计数器，从而使CPU继续执行刚才被中断的程序。,中断响应条件 ：,(1)中断源有中断请求；,(2)此中断源的中断允许位为1；,(3) CPU开中断(即EA=1)。,1、中断响应条件,2、中断申请封锁不产生LACLL指令,(1) CPU正在执一个同级或高一级的中断服务程序；,(2)当前指令未执行完。,(3)正在执行中断返回指令RET、RETI或访问IE、IP寄存器的 指令。,中断响应就是单片机CPU对中断源提出的中断请求的接受和执行。,中断过程,1、当前指令完毕后，立即中断当前程序的运行。,CPU查询到中断请求，置位优先级寄存器，阻止同级和低级中断，并按优先顺序排好后，响应中断。,2、保护中断处，下一条指令的地址到堆栈。,3、转至相应中断入口，执行中断服务程序。,中断响应过程,(1)置相应的优先级标志为1，指明CPU响应的中断优先级别，屏蔽同级或低级中断请求，允许更高级中断请求；,(2)执行由硬件生成的子程序调用指令LCALL；,清除中断源的中断请求标志。,保护断点。将被中断程序的断点地址(PC的值)压入堆栈进行保护。,将相应的中断服务程序入口矢量地址装入PC中。,(3) 执行中断服务程序。,中断处理,中断处理就是执行中断服务程序。,终止当前程序，保护断点,转入中断服务入口,CPU响应中断,保存有关寄存器中的数据,执行中断服务程序。,恢复有关寄存器中的数据,执行RETI，把“断点”地址送回PC。,中断服务程序的入口地址,各中断服务程序的入口地址仅间隔8各字节，编译器在这些地址放入无条件转移指令LJMP跳转到服务程序的实际地址。,4.5 中断系统应用,中断程序结构,初始化部分,中断服务程序部分,写在主程序段中，实现对程序的控制。,写在主程序段之外的存储区，实现中断服务。,2、采用C51语言,采用C51语言编写程序，采用的方法就是中断服务函数。函数声明时包括interrupt，将把所声明的函数定义为一个中断服务程序。在C51中定义中断服务函数的一般形式如下： 函数类型 函数名 interrupt n using n Interrupt后面的n是中断号。关键字using后面的n是所选择的寄存器组，取值范围是0-3.定义中断函数时，using是一个选项，可以省略不用。如果不用则由编译器选择一个寄存器组作为绝对寄存器组。,2、采用C51语言,在C51中定义中断服务函数的一般形式如下： 函数类型 函数名 interrupt n using n Interrupt后面的n是中断号。中断号告诉编译器中断程序的入口地址。中断号对应着IE寄存器中的使能位，换句话说，IE寄存器中的0位对应着外部中断0，相应的外部中断0的中断号是0.,2、采用C51语言,在C51中定义中断服务函数的一般形式如下： 函数类型 函数名 interrupt n using n 中断号 中断源 0 外部中断0 1 定时器0 2 外部中断1 3 定时器1中断 4 串行口中断 5 定时器2中断,2、采用C51语言,在C51中定义中断服务函数的一般形式如下： 函数类型 函数名 interrupt n usin