第6章中断系统

1、单片微型计算机与单片微型计算机与接口技术接口技术第第6 6章章MCSMCS- -5151单单片片机机的的单单片片机机的的中中断断系系统统中中断断系系统统李群芳李群芳 本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容 在在CPUCPU和外设交换信息时，存在着快速和外设交换信息时，存在着快速CPUCPU和慢和慢速外设间的矛盾，机器内部有时也可能出现突发事速外设间的矛盾，机器内部有时也可能出现突发事件，为此，计算机中通常采用中断技术。件，为此，计算机中通常采用中断技术。中断中断 CPUCPU和外设并行工作，当外设数据准备好和外设并行工作，当外设数据准备好( ( 或有或有某种突发事件发生某种突发事件发生) )时向

2、时向CPUCPU提出请求，提出请求，CPUCPU暂停正在暂停正在执行的程序转而为该外设服务执行的程序转而为该外设服务( (或处理紧急事件或处理紧急事件) )，处理完毕再回到原断点继续执行原程序。处理完毕再回到原断点继续执行原程序。中断源中断源 引起中断的原因引起中断的原因, ,中断申请的来源，中断源可以中断申请的来源，中断源可以是是I/OI/O设备、故障、时钟、调试中人为设置。设备、故障、时钟、调试中人为设置。中断优先级中断优先级 当有多个中断源同时向当有多个中断源同时向CPUCPU申请中断时，申请中断时，CPUCPU优优先响应最需紧急处理的中断请求，处理完毕再响应先响应最需紧急处理的中断请求

3、，处理完毕再响应优先级别较低的优先级别较低的, ,这种预先安排的响应次序。这种预先安排的响应次序。 中断的嵌套中断的嵌套 在中断系统中，高优先级的中断请求能中断正在中断系统中，高优先级的中断请求能中断正在进行的较低级的中断源处理。在进行的较低级的中断源处理。 本章将讨论本章将讨论MCS51MCS51系列单片机的中断系统。系列单片机的中断系统。 中断与子程序的最主要区别：中断与子程序的最主要区别： 子程序是预先安排好的；中断是随机发生的子程序是预先安排好的；中断是随机发生的中断系统是计算机的重要指标之一中断系统是计算机的重要指标之一。某人看书某人看书 执行主程序执行主程序 日常事务日常事务电话铃

4、响电话铃响 中断信号中断信号 中断请求中断请求暂停看书暂停看书 暂停执行主程序暂停执行主程序 中断响应中断响应书中作记号书中作记号 当前当前PCPC入栈入栈 ( (保护断点保护断点) )电话谈话电话谈话 执行中断程序执行中断程序 中断服务中断服务继续看书继续看书 返回主程序返回主程序 中断返回中断返回日常事务程序日常事务程序中断服务程序中断服务程序日常生活中的中断与计算机中断的比较日常生活中的中断与计算机中断的比较： 8XX51 8XX51有有5 5个中断源，个中断源，3 3个在片内，个在片内，2 2个个在片外在片外，它们在程序存贮器中有，它们在程序存贮器中有固定的中固定的中断入口地址断入口地

5、址，当，当CPUCPU响应中断时，响应中断时，硬件自动硬件自动形成这些地址形成这些地址，由此，由此进入中断服务程序进入中断服务程序；5 5个中断源有个中断源有两级两级中断优先级，可行使中断优先级，可行使中断中断嵌套嵌套； 8XX51有有5个中断源，其符号、名称、产生个中断源，其符号、名称、产生条件及中断服务程序的入口地址如表条件及中断服务程序的入口地址如表6.1。符号符号 名名 称称 中中 断断 引引 起起 原原 因因 中断服务中断服务程序入口程序入口INT0INT0外部外部中断中断0 0 P3.2P3.2引脚的低电平或下降沿引脚的低电平或下降沿信号信号 0003H0003HINT1INT1

6、外部外部中断中断1 1P3.3P3.3引脚的低电平或下降沿引脚的低电平或下降沿信号信号 0013H0013HT0T0定时器定时器0 0中断中断 定时计数器定时计数器0 0计数回零溢出计数回零溢出 000BH000BHT1T1定时器定时器1 1中断中断 定时计数器定时计数器1 1计数回零溢出计数回零溢出 001BH001BHTI/RI TI/RI 串行口中串行口中断断 串行通信完成一帧数据发送串行通信完成一帧数据发送或接收引起中断或接收引起中断 0023H0023HT2T2定时器定时器2 2中断中断 定时计数器定时计数器2 2中断中断(TF2(TF2或或T2EXT2EX信号）信号）002BH00

7、2BH( (1)1)中断的允许和禁止中断的允许和禁止中断控制寄存器中断控制寄存器IEIE（地址（地址A8H,A8H,可位寻址可位寻址) ) IEIE寄存器的各位对应相应的中断源，如果允许该中寄存器的各位对应相应的中断源，如果允许该中断源中断则该位置断源中断则该位置1 1，禁止中断则该位，禁止中断则该位0 0允许允许: :置置1(1(人工人工) )，禁止禁止: :置置0(0(人工人工/ /开机清零开机清零) ) 。EA EA - - ET2ET2 ES ES ET1ET1 EX1 EX1 ET0 ET0 EX0 EX0中断中断总控总控允允/ /禁禁 不不 用用 T2T2允允/ /禁禁 串行口串行

8、口允允/ /禁禁 T1T1允允/ /禁禁 INT1 INT1允允/ /禁禁 T0 T0允允/ /禁禁 INT0INT0允允/ /禁禁 EAEA：中断总控开关，中断总控开关，是是CPUCPU是否响应中断的是否响应中断的前提。前提。 EA=1EA=1， CPUCPU开中断开中断(SETB EA)(SETB EA) EA=0EA=0， CPUCPU关中断关中断(CLR EA)(CLR EA)ESES： 串行口中断允许位，串行口中断允许位， ES=1ES=1，允许串行口发送，允许串行口发送/ /接收中断接收中断 ES=0ES=0，禁止串行口中断。，禁止串行口中断。ET1ET1：定时器定时器T1T1中断

9、允许位，中断允许位， ET1=1ET1=1，允许，允许T1T1计数溢出中断；计数溢出中断； ET1=0ET1=0，禁止，禁止T1T1中断。中断。ET0ET0： 定时器定时器T0T0中断允许位中断允许位, , ET0=1 ET0=1，允许，允许T1T1计数溢出中断；计数溢出中断； ET0=0ET0=0，禁止，禁止T0T0中断。中断。EX1EX1： 外部中断外部中断INT1INT1允许位，允许位， EX1=1EX1=1，允许，允许INT1INT1中断；中断； EX1= 0EX1= 0，禁止，禁止INT1INT1中断。中断。EX0EX0： 外部中断外部中断INT0INT0允许位，允许位， EX0=1

10、EX0=1，允许，允许INT0INT0中断；中断； EX0=0EX0=0，禁止，禁止INT0INT0中断。中断。 TF1 TF1 TR1 TR1TF0 TF0 TR0 TR0 IE1IE1IT1IT1IE0IE0IT0IT0T1 T1 请求请求有有/ /无无 T1 T1工作工作启启/ /停停 T0 T0 请求请求有有/ /无无 T0 T0 工作工作启启/ /停停 INT1 INT1 请求请求有有/ /无无 INT1INT1方式方式下沿下沿/ / 低电平低电平 INT0INT0请求请求有有/ /无无 INT0INT0方式方式下沿下沿/ /低电平低电平 (2)(2)中断请求标志及外部中断方式选择寄

11、存器中断请求标志及外部中断方式选择寄存器TCONTCON( (地址地址88H,88H,可位寻址可位寻址) )1.1.中断标志位：中断标志位： TF1TF1、TF0TF0、IE1IE1、IE0IE0、RI RI 、TITI =1 =1，有中断请求（机器置，有中断请求（机器置1 1）；）；= 0= 0，无中断请求。，无中断请求。 CPUCPU响应中断后响应中断后, TF1, TF1、TF0TF0、IE1IE1、IE0IE0自动清零自动清零( (机器机器) )。 TITI，RIRI软件清零软件清零( (人工人工) )。2.2.外部中断触发方式选择位：外部中断触发方式选择位：IT0IT0、IT1IT1

12、 =1 =1：下降沿触发；：下降沿触发；= 0= 0：低电平触发：低电平触发 ( (人工人工) ) 。3,TR03,TR0和和TR1TR1为为T0T0和和T1T1启动和停止控制启动和停止控制( (与中断无关与中断无关) )。五个中断源的优先级别由五个中断源的优先级别由IP寄存器管理，相应位置寄存器管理，相应位置1 1，则该中断源优先级别高，置则该中断源优先级别高，置0 0的优先级别低。的优先级别低。 -PT2PT2PSPSPT1PT1PX1PX1PT0PT0PX0PX0无无用用位位无无用用位位T2T2高高/ /低低串行串行 口口高高/ /低低 T1 T1高高/ /低低 INT1INT1高高/

13、/低低 T0T0高高/ /低低 INT0INT0高高/ /低低 T0T0INT0INT0INT1INT1T1T1串行口串行口 当某几个中断源在当某几个中断源在IPIP寄存器相应位同为寄存器相应位同为1 1或同为零或同为零时，由内部查询确定优先级，查询的顺序是：时，由内部查询确定优先级，查询的顺序是：CPUCPU优先响应先查询的中断请求优先响应先查询的中断请求T2T2图6.1 中断系统PX0IE0PT0TF0PX1IE1PT1TF1PS1010101010TIRITCONIEIPEX0ET0EX1ET1ESEAIT0=0IT0=1INT0INT1IT1=0IT1=1T0T1TXRX自然优先级矢量

14、地址自然优先级矢量地址高级中断请求PC低级中断请求PC源允许总允许优先级SCON中断标志硬件查询6.2.16.2.1中断处理过程中断处理过程( (四个阶段四个阶段) ) 中断请求中断请求: :开中断开中断? ? 满足条件满足条件? ?有中断请求信号有中断请求信号( (人工人工, ,机器机器) ) 中断响应中断响应: :判断优先权判断优先权, ,将断点地址将断点地址( (当前当前PCPC值值)堆栈，堆栈， 中断服务程序入口中断服务程序入口PCPC，转入中断服务，转入中断服务( (机器自动机器自动) ) 中断服务中断服务: :执行中断源所要求的程序处理段执行中断源所要求的程序处理段( (保护现场和

15、恢复现场保护现场和恢复现场) ) ( (人工人工) ) 中断返回中断返回: :执行执行RETIRETI指令，栈顶内容指令，栈顶内容( (断点地址断点地址) )PCPC，程序跳，程序跳 回断点处回断点处 ( (机器自动机器自动) ) RETI RETI= RET= RET指令指令 + + 通知通知CPUCPU中断服务已结束。中断服务已结束。 MCSMCS5151系列单系列单 片机的中断过程流程如图片机的中断过程流程如图6.26.2所示。所示。 NYYYN执执 行行 指指 令令中断标志中断标志1?(中断请求中断请求?) 指令指令最后一个最后一个T周期周期?EA=1?允允 许许 位位 = 1?CPU

16、 判判 别优先权别优先权 ,响应优先权高的中断响应优先权高的中断断点的断点的PC进栈进栈, 中断服务入口地址送中断服务入口地址送PC撤撤 除除 中中 断断 标标 志志中中 断断 服服 务务中中 断断 返返 回回, 断断 点点 出出 栈栈 送送 PC 中断请求中断请求.中断响应中断响应中断服务中断服务中断返回中断返回l中断请求、中断响应过程由硬件完成。中断请求、中断响应过程由硬件完成。l中断服务程序应根据需要进行编写。程序中断服务程序应根据需要进行编写。程序中要注意保护现场和恢复现场。中要注意保护现场和恢复现场。l中断返回是通过执行一条中断返回是通过执行一条RETIRETI中断返回指中断返回指令

17、，使堆栈中被压入的断点地址送令，使堆栈中被压入的断点地址送PCPC，从，从而返回主程序的断点继续执行主程序。另而返回主程序的断点继续执行主程序。另外外RETIRETI还有恢复优先级状态触发器的作用，还有恢复优先级状态触发器的作用，因此不能以因此不能以RETRET指令代替指令代替“RETIRETI”指令。指令。 若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状态，并满足中断响应的条件，然而下面三种情况态，并满足中断响应的条件，然而下面三种情况单片机不响应此中断：单片机不响应此中断：当前正在执行的那条指令没执行完；当前正在执行的那条指令没执行完；当前响应了同级或高级

18、中断；当前响应了同级或高级中断；正在操作正在操作IEIE、IPIP中断控制寄存器或执行中断控制寄存器或执行RETIRETI指指令。令。中断响应时间中断响应时间( (不是中断服务时间不是中断服务时间) ) 在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要到中断得到响应，通常需要3 3个机器周期到个机器周期到8 8个机个机器周期。器周期。1 1、CPUCPU响应中断后，应撤除该中断请求标响应中断后，应撤除该中断请求标 志，否则会再次中断。志，否则会再次中断。2 2、对边沿触发的外部中断、对边沿触发的外部中断INT0INT0和和INT1INT1

19、， CPU CPU响应中断后硬件自动清除中断请求响应中断后硬件自动清除中断请求 标志标志IE0IE0和和IE1IE1。3 3、对电平触发的外部中断，、对电平触发的外部中断，CPUCPU在响应中在响应中 断时不会自动清除中断标志，因此在断时不会自动清除中断标志，因此在 CPU CPU响应中断后应立即撤除响应中断后应立即撤除INT0INT0或或INT1INT1 的低电平信号。的低电平信号。 二、中断请求的撤除二、中断请求的撤除 4 4、对定时计数器、对定时计数器T0T0、T1T1的溢出中断，的溢出中断，CPUCPU响响应中断后，硬件自动清除中断请求标志应中断后，硬件自动清除中断请求标志TF0TF0

20、和和TF1TF1。5 5、对于串行口中断，、对于串行口中断，CPUCPU响应中断后，没有响应中断后，没有用硬件清除中断请求标志用硬件清除中断请求标志TITI、RIRI，即这些中，即这些中断标志不会自动清除，必须用软件清除，这断标志不会自动清除，必须用软件清除，这是在编串行通信中断服务中应该注意的。是在编串行通信中断服务中应该注意的。 用户对中断的控制和管理，实际是对用户对中断的控制和管理，实际是对4 4个与中断有关的个与中断有关的寄存器寄存器IEIE、TCONTCON、IPIP、SCONSCON进行控制或管理。这几个寄存进行控制或管理。这几个寄存器在单片机复位时是清零的，因此必须根据需要对这几

21、个器在单片机复位时是清零的，因此必须根据需要对这几个寄存器的有关位进行预置。在中断程序的编制中应注意：寄存器的有关位进行预置。在中断程序的编制中应注意：1 1、开中断总控开关、开中断总控开关EAEA，置位中断源的中断允许位。，置位中断源的中断允许位。2 2、对外部中断对外部中断INT0INT0、INT1INT1应选择中断触发方式。应选择中断触发方式。3、多个中断源中断，应设定中断优先级，预置多个中断源中断，应设定中断优先级，预置IPIP。4、编写中断服务程序，并注意用保护现场和恢复现场，以编写中断服务程序，并注意用保护现场和恢复现场，以免中断返回时，丢失原寄存器、累加器中的信息。免中断返回时，

22、丢失原寄存器、累加器中的信息。5 5、若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，可以、若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，可以采用软件关采用软件关CPU中断或禁止某中断源中断，在中断返回前中断或禁止某中断源中断，在中断返回前再开放中断。再开放中断。 汇编语言的中断服务程序按规定的中断汇编语言的中断服务程序按规定的中断矢量地址存入，由于五个中断矢量地址矢量地址存入，由于五个中断矢量地址0003H、000BH 、0013H、001BH、0023H之之间相距很近，往往装不下一个中断服务程间相距很近，往往装不下一个中断服务程序，通常将中断服务程序安排在程序存贮序，通常将中断服务程序安排在程序

23、存贮器的其他地址空间，而在矢量地址的单元器的其他地址空间，而在矢量地址的单元中安排一条转移指令。中安排一条转移指令。 例例1.1.在图在图6.36.3中中P1.4P1.4P1.7P1.7接有四个发光二接有四个发光二极管，极管，P1.0P1.0P1.3P1.3接有四个开关，消抖电路用于接有四个开关，消抖电路用于产生中断请求信号，当消抖电路的开关来回拔动产生中断请求信号，当消抖电路的开关来回拔动一次将产生一个一次将产生一个下降沿下降沿信号，通过信号，通过INT0INT0向向CPUCPU申申请中断，要求：初时发光二极管全黑，每中断一请中断，要求：初时发光二极管全黑，每中断一次，次，P1.0P1.0P

24、1.3P1.3所接的开关状态反映到发光二极所接的开关状态反映到发光二极管上管上( (“1 1” 亮，亮，”0 0” 灭灭) )，且要求开关断开，且要求开关断开的对应发光二极管亮，电路和现象如下：的对应发光二极管亮，电路和现象如下： &+5V+5VP1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6P1.789C51EA&INT011111K 41K 2300 4图6.、 ORG 0000H ORG 0000H AJMP MAIN AJMP MAIN ORG 0003H ORG 0003H ；INT0INT0中断入口中断入口 AJMP AJMP WBI WBI ；转中断服务程

25、序；转中断服务程序 ORG 0030H ORG 0030H ；主程序；主程序 MAIN: MOV P1MAIN: MOV P1，#0FH #0FH ；全灯灭，低四位输入；全灯灭，低四位输入 SETB IT0SETB IT0 ；边沿触发中断；边沿触发中断 SETB EX0SETB EX0 ；允许外中断；允许外中断0 0中断中断 SETB EA SETB EA ；开中断开关；开中断开关 SJMP $SJMP $ WBIWBI： MOV P1MOV P1，#0FH #0FH ；P1P1先写入先写入“1 1”且灯灭且灯灭 MOV AMOV A，P1 P1 ；输入开关状态；输入开关状态 SWAP A S

26、WAP A MOV P1 MOV P1，A A ；输出到；输出到P1P1高高4 4位位 RETIRETI END END 此例的执行现象是，每重置一次四个开关的开、此例的执行现象是，每重置一次四个开关的开、合状态，四个发光二极管维持原来的亮、灭合状态，四个发光二极管维持原来的亮、灭 状态，状态，仅当来回拔动消抖电路开关后，产生了中断，发仅当来回拔动消抖电路开关后，产生了中断，发光二极管才反映新置的开关状态。光二极管才反映新置的开关状态。 例例2.89C512.89C51的的P1P1口接一个共阴极的数码管，利用消口接一个共阴极的数码管，利用消抖开关产生中断请求信号，每来回拔动一次开关，抖开关产生

27、中断请求信号，每来回拔动一次开关，产生一次中断，用数码管显示中断的次数产生一次中断，用数码管显示中断的次数( (最多不最多不超过超过1515次次) )。 P1.189C51P1.0P1.2P1.4P1.3P1.5P1.6&1K 2INT1驱动器+5Vag图6.EA ORG 0000H ORG 0000H AJMP MAIN AJMP MAIN ORG 0013H ORG 0013H ；INT1INT1中断入口中断入口 AJMP AJMP INT1 INT1 ；转中断服务程序；转中断服务程序 ORG 0030H ORG 0030H ；主程序；主程序MAINMAIN： SETB IT1SE

28、TB IT1 ；边沿触发中断；边沿触发中断 SETB EX1SETB EX1 ；允许；允许INT1INT1中断中断 SETB EASETB EA ；开中断开关；开中断开关 MOV R0MOV R0，#0 #0 ；计数初值为；计数初值为0 0 MOV A MOV A，#3FH #3FH ；“0 0”的字形码送的字形码送A AAL1AL1： MOV P1MOV P1，A A ；显示数码；显示数码AL2AL2： CJNE R0CJNE R0，#0FH#0FH，AL1 AL1 ；没满；没满1515次循环显示次循环显示 MOV R7MOV R7，#0FFH #0FFH ；满；满1515次，显次，显F F

29、，延时，延时 DJNZ R7 DJNZ R7， MOV P1MOV P1，#0 #0 ；关显示；关显示 CLR EA CLR EA ；关中断；关中断 SJMP SJMP ；结束；结束INT1INT1： INC R0 INC R0 ；中断次数加；中断次数加1 1 MOV A MOV A，R0R0 MOV DPTR MOV DPTR，TAB TAB ；DPTRDPTR指向字形码表首址指向字形码表首址 MOVC AMOVC A，A+DPTR A+DPTR ；查表；查表 POP DPHPOP DPH POP DPL POP DPL ；弹出断点；弹出断点 MOV DPTRMOV DPTR，#AL1#AL

30、1 PUSH DPL PUSH DPL PUSH DPH PUSH DPH ；修改中断返回点，；修改中断返回点，AL1AL1压入堆栈压入堆栈 RETI RETI ；从堆栈；从堆栈AL1AL1地址地址PCPC，返主程序，返主程序AL1AL1处处 TABTAB： DB 3FHDB 3FH，06H06H，5BH5BH，4FH4FH，66H66H，6DH6DH DB 7DH DB 7DH，07H07H，7FH7FH，6FH6FH，77H77H，7CH7CH DB 39H DB 39H，5EH5EH，79H79H，71H71H ；段码表；段码表( (字形码字形码) ) END END 上面程序每中断一次

31、，执行一次中断服务程序上面程序每中断一次，执行一次中断服务程序INT1INT1。在中断服务程序中，累计中断次数并在中断服务程序中，累计中断次数并 查字形表，返回到查字形表，返回到主程序主程序AL1地址执行显示。地址执行显示。为方便说明程序的执行情况，将上面程序重排在同一页为方便说明程序的执行情况，将上面程序重排在同一页 ORG 0000H ORG 0000H AJMP MAIN AJMP MAIN ORG 0013H ORG 0013H AJMP INT1 AJMP INT1 ORG 0030H ORG 0030HMAINMAIN：SETB TI1SETB TI1 SETB EX1 SETB

32、EX1 SETB EA SETB EA MOV R0 MOV R0，#0#0 MOV A,#3FH MOV A,#3FHAL1AL1：MOV P1MOV P1，A A AL2AL2：CJNE R0CJNE R0，#0FH#0FH，AL1AL1 MOV R7 MOV R7，#0FFH #0FFH DJNZ R7 DJNZ R7， MOV P1 MOV P1，#0 #0 CLR EA CLR EA SJMP SJMP INT1INT1：INC R0 INC R0 MOV A MOV A，R0R0 MOV DPTR MOV DPTR，TAB TAB MOVC A MOVC A，A+DPTRA+DPT

33、R POP DPH POP DPH POP DPL POP DPL MOV DPTR MOV DPTR，#AL1#AL1 PUSH DPL PUSH DPL PUSH DPH PUSH DPH RETI RETI ；AL1AL1地址地址PCPC， 返主程序返主程序AL1 AL1 TAB: DB 3FHTAB: DB 3FH，06H06H，5BH5BH， 以上中断在以上中断在AL1或或AL2两指令处发生，究竟是哪两指令处发生，究竟是哪一指令处中断是随机的，为保证返回到一指令处中断是随机的，为保证返回到AL1显示显示F这里采用修改中断返回点的办法，即先从栈中这里采用修改中断返回点的办法，即先从栈中

34、弹出中断响应时压入的断点弹到弹出中断响应时压入的断点弹到DPTR中，修改中，修改DPTR为用户需要的返回点，并将其压入堆栈，再为用户需要的返回点，并将其压入堆栈，再通过执行通过执行RETI指令弹出栈中内容到指令弹出栈中内容到PC、弹出的即、弹出的即为修改后的地址，从而返回到主程序中用户所希为修改后的地址，从而返回到主程序中用户所希望的地址执行。望的地址执行。 上例中中断次数在主程序判断，目的是使读上例中中断次数在主程序判断，目的是使读者了解修改中断返回点的方法，如果改在中断服者了解修改中断返回点的方法，如果改在中断服务程序中判断，编程简洁些，下面仅介绍和上例务程序中判断，编程简洁些，下面仅介绍和上例中的不同部分的程序。中的不同部分的程序。 MOV R0 MOV R0， #0 #0 ；计数初值为；计数初值为0 0 MOV P1 MOV P1， #3FH #3FH ；显示；显示0 0 MOV DPTR MOV DPTR，#TAB #TAB ；指向字形码表；指向字形码表AGAAGA： SJMP SJMP ；等待中断；等待中断INT1INT1：INC R0