ch5_中断系统

第5章 中断系统,5.1 微机的输入/输出方式 程序控制传送方式 无条件传送方式 查询传送方式 中断传送方式 直接存储器存取方式(DMA),断点,响应中断请求,继续执行主程序,主程序,返回主程序,RETI,中断服务子程序,采用中断可提高CPU的工作效率,实现以下功能: 1.分时操作 2.实时处理 3.故障处理,5.2 中断的概念,CPU中止正在运行的程序，转向为外部设备服务的过程称为中断。当完成中断后，CPU再回到原来的“断点”继续原来的程序。 中断是由外部产生，具有随机性、不可知性。,一、中断系统结构 8051共有五个中断源,两个中断优先级 INT0-外部中断0请求，通过P3.2脚输入 INT1-外部中断1请求，通过P3.3脚输入 T0-定时器/计数器0溢出中断请求 T1-定时器/计数器1溢出中断请求 TX/RX -串行口中断请求,当串行口完成一帧数据的发送或接收时,便请求中断 每个中断源都对应一个中断请求标志位,它们分别设置在TCON和SCON中。,5.3 8051的中断系统,中断控制器8259A方框图,MCS-51的中断系统结构图,返回优先级结构,二、中断控制,定时器控制寄存器TCON (用6位) 串行口控制寄存器SCON (用2位) 中断允许寄存器IE 中断优先级寄存器IP,中断请求标志 TCON中的中断标志位,SCON中的中断标志位,SCON中的中断标志位,中断允许控制位(IE),EA：总允许位。EA=0：禁止一切中断；EA=1中断开放。 ES：串行口中断允许位。ES=1：允许RI、TI引发中断； ES=0：禁止中断。 ET1、ET0：定时器T1、T0允许位。ET=1允许，=0禁止。 EX1、EX0：外中断/ int1、/int0允许位。 ET =1允许，=0禁止。,中断允许寄存器IE（0A8H）,中断优先级控制位(IP),PS：串行口中断优先级设定位； PT1、PT0：定时器T1、T0中断优先级设定位； PX1、PX0：外中断 int1、0中断优先级设定位； =1： 高优先级，=0：为低优先级。,中断优先级寄存器IP（0B8H）,表 同级内第二优先级次序,例如, 某软件中对寄存器IE、 IP设置如下: MOV IE, 8FH MOV IP, 06H 则此时该系统中: CPU中断允许; 允许外部中断 0、 外部中断 1、 定时器 /计数器 0、 定时器 /计数器1提出的中断申请; 允许中断源的中断优先次序为: 定时器 /计数器 0外部中断 1外部中断 0定时器/计数器 1。,优先级结构,由于IP寄存器的设定，将5个中断源分为两个级别。中断的发生将遵循下面的3条基本原则： 1. 低级中断在响应执行中可被高级中断所中断，反之则不能。 2. 一个中断（不论是什么优先级）一旦得到响应，与它同级的中断则不能再中断它。 3. 当CPU同时收到几个同一级别的中断要求时，CPU响应哪个中断源取决于硬件的查询顺序（见图）。,如何改变中断源的优先级顺序,从中断系统的结构图可以清楚地看出同一级别中5个中断源的查询顺序。很明显，要改变这种顺序只能通过IP的设置。 如：要想将串行口的级别设为最高时，将IP中的PS置1。 即使用指令：setb ps 或 mov 0b8h,#10h 完成对IP设置。,IP寄存器,例: 能否由高到低安排下列中断源的优先级结构？ 定时器0 串行口中断 外部中断0 外部中断1 定时器1,解答：能。 设定时器0、串行口中断为高级别中断；设外部中断0、外部中断1 、定时器1为低级别中断。再由内部查询顺序即可得到。,三、中断查询与响应条件,在每一个机器周期中，所有的中断源都要按照其顺序检查一遍。到S6状态时，就查找到所有被激活的中断申请并排好优先权。在下一个机器周期的S1状态，只要不受阻断，就开始响应高级中断。 如果发生下列情况，中断将被阻止： 1，同级或高级中断正在执行时； 2，当前的机器周期不是指令的最后一个机器周期； 3，CPU正在执行的指令是RETI或访问IE、IP寄存器时，CPU是不会响应中断，而且要等到该指令的下一条指令执行完后中断才能响应。,四、中断响应过程 CPU查询到某一中断源后，使相应的“优先级激活触发器”置位，用以阻断同级或低级中断。 在硬件控制下，将当前程序计数器PC的内容断点地址进栈,并将相应的中断矢量装入PC,使CPU转向对应的中断服务程序，同时清除中断请求标志（TI、RI除外）。 中断服务程序最后一条指令是RETI，它将清除“优先级激活触发器”，从堆栈中弹出断点地址并装入PC中，使CPU回到原来的主程序继续运行。 矢量入口的指令应当是转移指令。,0000H,0003H,000BH,0013H,001BH,0023H,注意：,1、上述过程只保护断点而不保护现场（如PSW的内容）。 2、不能清除RI、TI以及外部输入申请信号/INT0和/INT1。 3、中断服务子程序的最后一条指令应是RETI，它将清除“优先级激活”触发器。,编程中应注意: (1） 在 0000H放一条跳转到主程序的跳转指令, 这是因为 MCS-51单片机复位后, PC的内容变为 0000H, 程序从 0000H 开始执行, 紧接着 0003H是中断程序入口地址, 故在此中间只能插入一条转移指令; (2） 响应中断时, 先自动执行一条隐指令“LCALL 0013H”, 而 0013H至 001BH（定时器 1 溢出中断入口地址）之间可利用的存储单元不够, 故放一条无条件转移指令。 (3） 在中断服务程序的末尾, 必须安排一条中断返回指令RETI, 使程序自动返回主程序。,五、 外部中断,在MCS-51引脚上有/INT0、/INT1两个外部的中断输入，作为外部事件的触发信号。 CPU在每一个机器周期对它们进行一次检测。 系统设定了两种触发方式： 边沿触发（下降沿）； 电平触发（低电平）。 具体由TCON中的IT0、IT1来确定。,MCS-51 /INT0 /INT1,1. 边沿触发方式：在相邻的两个机器周期，如果第一次采集是高电平，第二次采集是低电平时，则TCON中的标志IE0或IE1置位。所以，在边沿触发方式时：外部设备发出的边沿信号（高电平和低电平）的时间应大于一个机器周期，否则信号将可能漏检。 2.“电平”触发方式：CPU采集到/INT0或/INT1的引脚为低电平时将激活中断。所以在这种触发方式中，外部的低电平至少应保留一个机器周期。 如果外电路的信号不能满足要求，可使用触发器解决。,MCS-51单片机对/INT信号的要求,六、中断请求的撤除,以外中断电平触发为例：当CPU响应该中断并进入到服务程序后，在执行RETI返回主程序前，必须将外部的低电平撤掉，否则，当CPU返回主程序后，会因为外部的低电平信号而再次进入中断，使主程序无法正常运行。 同理，其它中断源也存在类似的问题。所以在使用中断时必须清楚在响应某一中断时，其中断请求（标志）是否要撤除，如何撤除等问题。,MCS-51的中断标志的撤除方法,注：此表指使用中断服务程序来处理中断事件时的情况。 如果采用查询的方法来处理事件时，都需要软件来清除标志。,撤除外部电平请求信号的方案,七、中断响应时间（以外部中断INTx为例）,每个机器周期的S5P2时刻，INTx引脚的电平被锁存到内部寄存器中，待下一个周期查询。 1、最短时间：中断请求有效，查询后在下一个周期便开始执行一条硬件的子程序的调用（时间是两个周期），然后开始执行服务程序的第一条指令。这样从锁存电平的周期到执行中断服务程序，中间相隔3个机器周期。,2、最长时间：如果中断信号发生在前面所说的3种情况时，响应时间就要变长： 第1种情况： 响应时间取决于正在执行的同级或高级中断的执行时间； 第2种情况： 指当前CPU执行的指令是多周期指令，如乘除法指令（4个周期），最坏情况，还要等3个周期。这样响应周期变为3+3=6个周期； 第3种情况： CPU当前执行的指令是RETI或访问IE、IP寄存器时，本指令（1个周期）没有响应，且下一条指令执行完后才能响应，这样附加的等待时间最长不会超过5个周期（1+4）。整个响应为5+3=8个周期。若为单中断源系统，整个中断响应的时间范围应当是： 38个机器周期。,5.4中断应用程序举例,例1: 将P1口的P1.4P1.7作为输入口,P1.0P1.3作为输出口,要求利用8031将开关所设的数据读入单片机内,并依次通过P1.0P1.3输出,驱动发光二极管,以检查P1.4P1.7输入的电平情况.采用中断边沿触发方式,每次中断完成一次读/写操作.,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INSER ORG 0030H MAIN: SETB EX0 SETB IT0 SETB EA HERE: SJMP HERE INSER: MOV A,#0F0H ;P1.4P1.7为输入口 MOV P1,A MOV A,P1 SWAP A MOV P1,A RETI END,例2: 用中断电路实现系统的故障显示,当系统的各部分正常工作时,四个故障源的输入均为低电平,显示灯不亮,当某个部分出现故障时,则相应的低电平变为高电平,相应的灯亮。,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP INSER ORG 0030H MAIN: ANL P1,#55H SETB EX0 SETB IT0 SETB EA HERE: SJMP HERE INSER: JNB P1.0,L1 SETB P1.1 L1: JNB P1.2,L2 SETB P1.3 L2: JNB P1.4,L3 SETB P1.5 L3: JNB P1.6,L4 SETB P1.7 L4: RETI END,5.5 外部中断的扩展,5.5.1 利用定时器扩展外部中断源 当设定时器为计数方式,计数初值设置为满量程FFH,一旦外部信号从计数器引脚输入一个负跳变时,计数器加1产生溢出中断从而可实现外部中断。 5.5.2 中断加查询扩展中断源 利用8051的两根外部中断输入线,每个中断输入线可以通过“线或”的关系连接多个外部中断源,同时利用输入端口线作为各中断源的识别线。,ORG 0003H LJMP INTRP ;INT0中断服务程序入口 . INTRP: