《单片机技术及 仿真与应用》-6

６.１中断概念中断（ｉｎｔｅｒｒｕｐｔ）是暂时停下目前所执行的程序，先去执行特定的程序（即中断子程序），待完成特定的程序后，再返回接着执行刚才停下的程序，这样的过程称为中断，如图６.１所示。譬如，十字路口的交通岗正常工作时，红绿灯遵循既定的规律进行变换；一旦有急救车或消防车等特殊情况时，进入特殊处理程序，即相当于进行中断处理，这时需要两个方向都亮起红灯，让急救车过去，等特殊情况过去后，再恢复之前状态。如果整个过程用单片机控制，则红绿灯按照既定规律进行变换时，相当于单片机再重复执行主程序；急救车或消防车来临进入特殊处理程序时，相当于单片机进入中断服务程序；急救车或消防车过去，相当于单片机从中断程序返回到主程序。中断机制的引入，提高了单片机的工作效率。返回６.２５１单片机中断源５１系列单片机的中断系统有５个中断源，２个中断优先级，可实现二级中断服务嵌套，如图６.２所示。５１单片机的５个中断源是外部中断ＩＮＴ０、外部中断ＩＮＴ１、定时／计数器中断ＴＦ０、定时／计数器中断ＴＦ１和串行口中断ＵＡＲＴ（ＲＩ／ＴＩ）.返回６.３中断寄存器要想让５１单片机中断系统良好地运行，需要用到以下４个特殊功能寄存器：（１）中断允许寄存器ＩＥ（ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＥｎａｂｌｅＲｅｇｉｓｔｅｒ）。（２）定时器控制寄存器ＴＣＯＮ（Ｔｉｍｅｒ／ＣｏｕｎｔｅｒＣｏｎｔｒｏｌＲｅｇｉｓｔｅｒ）。（３）串行口控制寄存器ＳＣＯＮ（ＳｅｒｉａｌＣｏｎｔｒｏｌＲｅｇｉｓｔｅｒ）。（４）中断优先级寄存器ＩＰ（ＩｎｔｅｒｒｕｐｔＰｒｉｏｒｉｔｙＲｅｇｉｓｔｅｒ）。下一页返回６.３中断寄存器６.３.１中断允许寄存器ＩＥ５１单片机中断系统的所有中断通过寄存器ＩＥ控制，当ＩＥ某二进制位设定为１时，相应的中断源允许中断处理；当ＩＥ的某个二进制位设定为０时，相应的中断源被屏蔽中断。５１单片机通过寄存器ＩＥ对中断系统实现两级控制，所谓两级控制，就是有一个总的开关中断控制位ＥＡ（即ＩＥ.７）和子中断开关控制位。当ＥＡ＝０时，屏蔽所有的中断申请，任何中断申请都不接受；当ＥＡ＝１时，ＣＰＵ开放总中断，但５个中断源还要由ＩＥ低５位的各对应控制位进行控制（见图６.２）。ＩＥ寄存器（字节地址为Ａ８Ｈ）各位地址如表６.１所示。上一页下一页返回６.３中断寄存器ＣＰＵ复位时，ＩＥ各位清０，禁止所有中断。ＩＥ的数值可通过程序语句设定。６.３.２定时／计数器控制寄存器ＴＣＯＮ在５１单片机中断系统中，要采用什么中断，选择何种触发方式，就要由ＴＣＯＮ和ＳＣＯＮ设置，ＴＣＯＮ设置除串口中断外的其余四种中断触发方式和中断标志位，ＳＣＯＮ设置串口的接收中断标志位ＲＩ和发送中断标志位ＴＩ。ＴＣＯＮ的字节地址是８８Ｈ，可以按位寻址，各位地址如表６.２所示。ＴＣＯＮ中各位的含义如下：（１）ＩＴ０（ＴＣＯＮ.０）：外部中断０（即ＩＮＴ０）的触发方式设置位。上一页下一页返回６.３中断寄存器（２）ＩＥ０（ＴＣＯＮ.１）：外部中断ＩＮＴ０中断请求标志位。ＩＥ０＝１时，表示ＩＮＴ０向ＣＰＵ请求中断。当ＩＮＴ０为电平触发方式，且ＣＰＵ响应中断时，不自动将该位清０；当ＩＮＴ０为边沿触发方式，且ＣＰＵ响应中断时，自动将该位清０。（３）ＩＴ１（ＴＣＯＮ.２）：外部中断１（即ＩＮＴ１）的触发方式设置位，含义与ＩＴ０类似。（４）ＩＥ１（ＴＣＯＮ.３）：外部中断ＩＮＴ１请求标志位。ＩＥ１＝１时，表示ＩＮＴ１向ＣＰＵ请求中断，含义与ＩＥ０类似。上一页下一页返回６.３中断寄存器（５）ＴＦ０（ＴＣＯＮ５）：定时／计数器Ｔ０的溢出中断请求标志位。当启动定时／计数器Ｔ０以后，Ｔ０从初值开始加１计数，计数器最高位产生溢出时，由硬件使ＴＦ０置１，并向ＣＰＵ发出中断请求。当ＣＰＵ响应中断时，硬件将自动对ＴＦ０清０，也有软件清０的情况，具体在第７章讲解。（６）ＴＦ１（ＴＣＯＮ.７）：定时／计数器Ｔ１的溢出中断请求标志位，含义与ＴＦ０类似。（７）ＴＲ０（ＴＣＯＮ.４）和ＴＲ１（ＴＣＯＮ.６），两位的具体含义在第７章讲解。６.３.３串行口控制寄存器ＳＣＯＮ串行口控制寄存器ＳＣＯＮ有两个串行中断标志位，分别是串口接收中断标志位ＲＩ和串口发送中断标志位ＴＩ。ＳＣＯＮ的字节地址是９８Ｈ，各位地址如表６.３所示。上一页下一页返回６.３中断寄存器ＳＣＯＮ中的ＲＩ和ＴＩ含义如下：（１）ＲＩ：接收中断标志位。当串行接收数据时，每接收完一帧，由硬件自动将ＲＩ位置１，即向ＣＰＵ发出接收中断请求；在中断服务程序中，通过程序语句将其清０，撤销该中断申请。（２）ＴＩ：发送中断标志位。当ＣＰＵ将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬件自动将ＴＩ位置１，即向ＣＰＵ发出发送中断请求；在中断服务程序中，通过程序语句将其清０，撤销该中断申请。故ＣＰＵ响应串行接收／发送中断请求时，不能自动清除ＲＩ／ＴＩ位，ＲＩ／ＴＩ位必须由软件清除。上一页下一页返回６.３中断寄存器６.３.４中断优先级寄存器ＩＰ５１单片机有两个中断优先级，可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器ＩＰ中相应位的状态来规定的。ＩＰ的状态由软件设定，某位设定为１，则相应的中断源为高优先级中断；某位设定为０，则相应的中断源为低优先级中断。单片机复位时，ＩＰ各位清０，各中断源同为低优先级中断。ＩＰ寄存器的字节地址为Ｂ８Ｈ，与中断允许寄存器相对应的位地址如表６.４所示。当同时接收到几个同一优先级的中断请求时，响应哪个中断源则取决于内部硬件查询顺序。其优先级顺序排列如表６.５所示。上一页返回６.４中断处理过程６.４.１中断响应条件ＣＰＵ响应中断必须同时满足以下三个条件：（１）中断源有中断请求。（２）中断源的中断允许位为１。（３）ＣＰＵ总中断允许位为１（即ＥＡ＝１）。若遇到下列任一条件，中断响应将受阻：（１）ＣＰＵ正在处理同级或更高优先级中断。（２）当前查询周期不是所执行指令的最后一个机器周期。即在完成所执行指令前，不会响应中断，从而保证指令在执行过程中不被打断。（３）正在执行的指令为ＲＥＴＩ或任何访问ＩＥ或ＩＰ寄存器的指令（防止中断处理机制失控）。即只有在这些指令后面至少再执行一条指令时才能接受中断请求。下一页返回６.４中断处理过程６.４.２中断响应时间图６.３为某中断的响应时序图。从中断源提出中断申请，到ＣＰＵ响应中断，需要经历一定的时间。若Ｍ１周期的Ｓ５Ｐ２前某中断请求有效，在Ｓ５Ｐ２时刻其中断请求被锁存在相应的标志位中；下一个机器周期Ｍ２恰逢某指令的最后一个机器周期，且该指令不是ＲＥＴ、ＲＥＴＩ或访问ＩＥ、ＩＰ的指令。于是，后面两个机器周期Ｍ３和Ｍ４便可以执行硬件ＬＣＡＬＬ指令，Ｍ５周期将进入中断服务程序。６.４.３中断响应过程ＣＰＵ中断的响应过程如下：（１）将相应优先级状态触发器设置成“１”（以阻断后来的同级或低级的中断请求）。上一页下一页返回６.４中断处理过程（２）执行硬件ＬＣＡＬＬ指令，把程序计数器ＰＣ的内容压入堆栈保存，再将相应的中断服务程序的入口地址送入ＰＣ。（３）执行中断服务程序。（３）执行中断服务程序。中断响应过程的前两步是由中断系统内部自动完成的，而中断服务程序则要由用户编写程序来完成。６.４.４中断返回中断服务程序的最后一条指令必须是中断返回指令ＲＥＴＩ。ＲＥＴＩ指令能使ＣＰＵ结束中断服务程序的执行，返回到主程序断点处继续执行主程序。ＲＥＴＩ指令的具体功能是：（１）将之前压入堆栈保存的断点地址从栈顶弹出送回ＰＣ，ＣＰＵ从原来中断的地方继续执行程序。上一页下一页返回６.４中断处理过程（２）将相应中断优先级状态触发器清０，恢复原来工作状态。不能用ＲＥＴ指令代替ＲＥＴＩ指令，因为用ＲＥＴ指令虽然也能控制ＰＣ返回到原来中断的地方，但ＲＥＴ指令没有清零中断优先级状态触发器的功能，中断控制系统会认为中断仍在进行，其后果是与此同级的中断请求将不被响应。上一页返回６.５中断程序举例６.５.１主程序说明１.主程序的起始地址５１系列单片机复位后，（ＰＣ）＝００００Ｈ，而０００３Ｈ～００２ＢＨ分别为各中断源的入口地址。所以，编程时应在００００Ｈ处写一跳转指令（一般为长跳转指令），使ＣＰＵ在执行程序时，从００００Ｈ跳过各中断源的入口地址。主程序则是以跳转的目标地址作为起始地址开始编写的，一般从００３０Ｈ开始，如图６.４所示。２.主程序的初始化５１单片机复位后，特殊功能寄存器ＩＥ和ＩＰ的内容均为００Ｈ，表示所有的中断全部关闭，且均为低优先级。所以编程时，应先对ＩＥ和ＩＰ进行初始化编程，以开放某些中断源中断，并设置其优先级等。下一页返回６.５中断程序举例６.５.２中断服务程序说明１.中断服务程序的起始地址当ＣＰＵ开始响应中断请求信号时，ＣＰＵ要把当前ＰＣ内容入栈保护，然后转去相应的中断服务程序入口处执行。５１单片机中断系统的５个中断源分别有自己固定的入口地址（见表６.５），但这些入口地址仅相距８字节。如果中断服务程序的指令代码少于８字节，则可从规定的中断服务程序入口地址开始，直接编写中断服务程序；若中断服务程序的指令代码大于８字节，则应采用与主程序相同的方法，在相应的入口处写一条跳转指令，并以跳转指令的目标地址作为中断服务程序的起始地址进行编程。上一页下一页返回６.５中断程序举例２.中断服务程序编写中的注意事项（１）需要确定是否保护现场。（２）及时清除那些不能被硬件自动清除的中断请求标志，以免产生错误的中断。６.５.３外部中断ＩＮＴ０程序举例程序流程图如图６.６所示。上一页返回图６.１中断流程返回图６.２５１单片机中断系统结构图返回表６.１中断允许寄存器ＩＥ返回表６.２定时／计数