PIC单片机中断系统详细汇总.ppt

1、第八章 中断系统,8.1 中断的基本概念 当单片机正在执行程序时，出现了某些特殊状况，例如定时时间到、有键盘信号输入等，此时CPU须要暂时停止当前的程序，而转去执行处理这些事件的程序，待执行完这些特定的程序之后，再返回到原先的程序去执行，这就形成了一次“中断”。 “中断”加强了单片机处理突发事件的能力，如果没有中断功能，对可能发生的特殊状况的处理就必须采用定时查询，这样就会浪费大量的CPU时间。,因此，中断是单片机中很重要的一个概念，是提高工作效率的重要功能，中断系统功能的好坏是衡量单片机功能的重要指标。 单片机的“中断源”与单片机包含的外围设备有很大的关系，所谓“中断源”就是引起中断的原因或

2、根源，就是中断请求的来源。 PIC16F87X系列集成了较多的外围设备： 16F874/877内部集成了15个外围设备； 16F873/876内部集成了12个外围设备； 16F870/872内部集成了10个外围设备； 16F871内部集成了13个外围设备。,外围设备在工作过程中，都需要CPU参与控制、协调或交换数据等服务，而CPU正是通过中断技术使得这些外围设备协调工作的。 PIC单片机作一次中断处理的过程如下： 当某一中断源发出中断请求时： 假如CPU正在执行更重要的任务，则可采用屏蔽的方法暂时不响应该中断请求； 如果可以响应该中断请求，则CPU执行完当前指令后，必须把断点处的程序计数器PC

3、的值(即下一条指令的地址)压入堆栈保存起来(断点保护)，也可以把一些的重要寄存器内容也保护,起来(现场保护)。然后再转移到相应的中断服务子程序中执行。 在中断服务子程序中，首先必须确定发出中断请求的中断源，然后再跳转到与该中断源相对应的程序分支中去执行中断服务程序。 当中断服务程序执行毕后，必须先恢复被保护的寄存器的值(现场恢复)，再将程序计数器PC的值从堆栈中恢复(断点恢复) ，使CPU返回断点处继续执行被中断的程序。 8.2 PIC16F87X的中断源 PIC16F87X单片机具备的中断源如下表所示：,从上表可看出，各中断源基本上都与各个外围设备模块相对应的： 多数的外围设备对应着一个中断

4、源(如定时计数器TMR0)，也有的外围设备对应二个中断源(如SCI同步异步接收发送器USART)； 有的外围设备没有中断源与之对应(如输入输出端口 RA和RC)； 也有的中断源没有外围设备与之对应(例如外部中断源INT)。 8.3 PIC16F87X的中断硬件逻辑 在PIC16F87X单片机中，不但中断源的种类和个数不同，它们的中断逻辑电路也不同。,PIC16F87X单片机的中断系统的逻辑电路如图9.1(a)(e)所示(p101103)。 每一种中断源对应了一个中断标志位，记为XXXF，以及一个中断屏蔽位或叫中断使能位，记为XXXE。中断源产生的中断信号能否到达CPU，都受控于相应的中断屏蔽位

5、。 每个中断源申请中断时，其中断标志位会自动置位，中断标志位的清0是由用户程序完成的；而每个中断屏蔽位的置位和清位均由用户程序完成。 下图是由一些门电路构成的中断组合逻辑电路。,图中全部的的14个中断源按两个梯队并列排开，第一梯队中只安排了3个中断源，其余的中断源全部安排到第二梯队中。 所有的中断源都受“全局中断屏蔽位”(也称总屏蔽位)GIE的控制； 第一梯队的中断源不仅受GIE的控制，还要受各自中断屏蔽位的控制； 第二梯队的中断源不仅受到GIE和各自中断屏蔽位的控制，还要受到一个外设中断屏蔽位PEIE的控制。,8.4 中断相关的寄存器,与中断有关的特殊功能寄存器SFR共有6个，分别是： 选项

6、寄存器OPTION_REG、中断控制寄存器INTCON、第一外围设备中断标志寄存器PIR1、第一外围设备中断屏蔽寄存器PIE1(也称中断使能寄存器)、第二外围设备中断标志寄存器PIR2和第二外围设备中断屏蔽寄存器PIE2，如表9.2所列。 后5个SFR，共有40位，但仅使用了30位来控制中断，分别与图9.l中的中断逻辑电路的输入信号成严格的对应关系。,选项寄存器OPTION _REG OPTION_REG选项寄存器是可读写的，各位的分布形式：,该寄存器包含了与定时计数器TMR0、分频器和端口RB有关的控制位。RB端口引脚RB0和外部中断INT复用一脚，与该脚有关的一个控制位含义如下： INTE

7、DG：外部中断INT触发信号边沿选择位： 1=选择RB0INT上升沿触发；,0=选择RB0INT下降沿触发 中断控制寄存器INTCON 中断控制寄存器是一个可读可写的寄存器，各位的分布形式如下：,它将第一梯队中的3个中断源的标志位和屏蔽位，以及PEIE和GIE包含在其中： RBIF：端口RB的引脚RB4RB7电平变化中断标志位。,1=RB4RB7已经发生了电平变化； 0=RB4RB7尚未发生电平变化。 RBIE：端口RB的引脚RB4RB7电平变化中断屏蔽位。 1=允许端口RB产生的中断； 0=屏蔽端口RB产生的中断。 INTF：外部INT引脚中断标志位。 1=外部INT引脚有中断触发信号； 0

8、=外部INT引脚无中断触发信号。 INTE：外部INT引脚中断屏蔽位。 l=允许外部INT引脚产生的中断； 0=屏蔽外部INT引脚产生的中断。,INTE：外部INT引脚中断屏蔽位。 l=允许外部INT引脚产生的中断； 0=屏蔽外部INT引脚产生的中断。 T0IF：TMR0溢出中断标志位。 1=TMR0已经发生了溢出； 0=TMR0尚未发生溢出。 T0IE：TMR0溢出中断屏蔽位。 1=允许TMR0溢出后产生的中断； 0=屏蔽TMR0溢出后产生的中断。 PEIE：外设中断屏蔽位。 1=允许CPU响应来自第二梯队的中断请求； 0=禁止CPU响应来自第二梯队的中断请求。,GIE：全局中断屏蔽位(总屏

9、蔽位)。 1=允许CPU响应所有中断源产生的中断请求； 0=禁止CPU响应所有中断源产生的中断请求。 第一外围设备中断标志寄存器PIR1 寄存器PIR1也是一个可读可写的寄存器，各位的分布形式如下：,该寄存器中各中断标志位的含义如下：,TMR1IF：定时计数器TMR1模块溢出中断标志位。 1=发生了TMR1溢出； 0=未发生TMR1溢出。 TMR2IF：定时计数器TMR2模块溢出中断标志位。 1=发生了TMR2溢出； 0=未发生TMR2溢出。 CCP1IF：输入捕捉输出比较脉宽调制CCP1模块中断标志位。 输入捕捉模式下： 1=发生了捕捉中断请求； 0=未发生捕捉中断请求。,输出比较模式下：

10、1=发生了比较输出中断请求； 0=未发生比较输出中断请求。 脉宽调制模式下： 无用 SSPIF：同步串行端口(SSP)中断标志位。 1=发送接收完毕产生的中断请求； 0=等待发送接收。 TXIF：串行通信接口(SCI)发送中断标志位。 1=发送完成，即发送缓冲区空； 0=正在发送，即发送缓冲区未空。,RCIF：串行通信接口(SCI)接收中断标志位。 1=接收完成，即接收缓冲区满； 0=正在准备接收，即接收缓冲区空。 ADIF：模拟数字(AD)转换中断标志位。 1=发生了AD转换中断； 0=未发生AD转换中断。 PSPIF：并行端口中断标志位，只有40脚封装型号具备，对于28脚封装型号总保持0。

11、 1=并行端口发生了读写中断请求； 0=并行端口未发生读写中断请求。,第一外围设备中断屏蔽寄存器PIE1 第一外围设备中断屏蔽寄存器PIEl也是可读写的寄存器，各位的分布形式如下：,该寄存器中包含的中断屏蔽位(使能位)的含义如下： TMR1IE：定时器计数器TMRl模块溢出中断屏蔽位。 l开放TMRl溢出发生的中断； 0屏蔽TMRl溢出发生的中断。,TMR2IE：定时计数器TMR2溢出中断屏蔽位。 1=开放TMR2溢出发生的中断； 0=屏蔽TMR2溢出发生的中断。 CCP1IE：输入捕捉输出比较脉宽调制CCP1模块中断屏蔽位。 1=开放CCP1模块产生的中断请求； 0=屏蔽CCP1模块产生的中

12、断请求。 SSPIE：同步串行端口(SSP)中断屏蔽位。 1=开放SSP模块产生的中断请求； 0=屏蔽SSP模块产生的中断请求。,TXIE：串行通信接口(SCI)发送中断屏蔽位。 1=开放SCI发送中断请求； 0=屏蔽SCI发送中断请求。 RCIE：串行通信接口(SCI)接收中断屏蔽位。 1=开放SCI接收中断请求； 0=屏蔽SCI接收中断请求。 ADIE：模拟数字(AD)转换中断屏蔽位。 1=开放AD转换器的中断请求； 0=屏蔽AD转换器的中断请求。 PSPIE：并行端口中断屏蔽位，只有40脚封装型号具备，对于28脚封装型号总保持0。,1=开放并行端口读写发生的中断请求； 0=屏蔽并行端口读

13、写发生的中断请求。 第二外围设备中断标志寄存器PIR2 第二外围设备中断标志寄存器PIR2也是一个可读写的寄存器，各位的分布形式如下：,各位的含义如下： CCP2IF：输入捕捉输出比较脉宽调制CCP2模块中断标志位。,输入捕捉模式下： 1=发生了捕捉中断请求(必须用软件清0)； 0=未发生捕捉中断请求。 输出比较模式下： 1=发生了比较输出中断请求(必须用软件清0)； 0=未发生比较输出中断请求。 脉宽调制模式下：无用 BCLIF：I2C总线冲突中断标志。当同步串行端口MSSP被配置成I2C总线的主控器模式时： 1=发生了总线冲突； 0=未发生总线冲突。,EEIF：EEPROM写操作中断标志位

14、。 1=写操作已经完成(必须用软件清0)； 0=写操作未完成或尚未开始进行。 第二外围设备中断屏蔽寄存器PIE2 PIE2各位的分布形式如下：,CCP2IE：输入捕捉输出比较脉宽调制CCP2模块中断屏蔽位。 1=开放CCP2模块产生的中断请求； 0=屏蔽CCP2模块产生的中断请求。,EEIE：EEPROM写操作中断屏蔽位。 1=开放EEPROM写操作产生的中断请求； 0=屏蔽EEPROM写操作产生的中断请求。 8.5 中断的处理 单片机复位后，硬件会自动设置GIE=0，屏蔽所有的中断源，假如要求单片机能响应所有中断，必须设置GIE=1。 其实无论GIE或着其他中断屏蔽位是否为1，当某中断源的中

15、断条件满足时，都会发出中断请求，即相应的中断标志位都会置1。但是否能够得到CPU的响应，则由该中断源的中断屏蔽位决定。,CPU响应中断后，自动设置GIE=0，屏蔽所有中断，以免发生重复中断响应，然后自动把PC寄存器当前值压入堆栈，并把PC值赋予地址0004H，从而转向执行中断服务子程序。 进入中断服务程序后，程序必须要确定发出请求的中断源，这可以通过检查各中断源的标志位来实现。确定了中断源后，就用软件把该中断源的标志位清0，否则，执行中断返回指令重开中断后，假如中断标志位仍然为1，则会引起CPU重复响应同一个中断请求。,执行中断返回指令RETFIE后，不仅会将保留在堆栈中的断点地址弹回到PC寄

16、存器中，使程序能返回到被中断的程序处；而且还会自动设置GIE=1，重新开放所有的中断源。 8.5.1 中断的现场保护问题 中断现场保护是中断技术中十分重要的环节。 在进入中断服务子程序期间，堆栈中只能保存返回地址(程序计数器PC的值)。若要保留其他寄存器的内容，怎么办？ 由于PIC的指令系统中没有PUSH(入栈)和POP(出栈)之类的指令，所以用户要编制一段程序来实现现场保护的功能。,因为是由用户程序来实现现场保护，而程序的执行中最敏感的寄存器无非就是W寄存器和STATUS寄存器，所以应该首先把这两个寄存器保护起来，然后再去保存其他的寄存器。 PIC单片机中，中断现场数据是不能保留到堆栈区域中

17、的，而是保留在RAM存储器单元中，一般是保留在通用寄存器中 。 在PIC中，现场保护是很麻烦的事。因为中断是随机发生的，不管程序执行到哪一步，也不管程序所选择的RAM的当前体是哪一个，更不管主程序目前在程序存储器那个页面，中断请求及其中断响应都有可能发生。,在中断现场保护过程中，首先要保存的是累加器W，这是因为PIC单片机，是不可以在不同的文件寄存器之间(RAM单元之间)直接传送数据的， 必须要经W中转才能实现 ，所以首先要把W寄存器保存，才可以备份其他的寄存器比如STATUS 。 在保存W寄存器时，要确定主程序目前处在的RAM存储器的那个体中是十分困难的。虽然可以通过读取STATUS寄存器的

18、rp0rp1位得到当前体，但是也是十分麻烦的。 假设在RAM的bank0的20H上定义一个W的临时备份寄存器，通常取名为 W_TEMP。,当利用MOVWF W_TEMP命令，企图将W 中的内容保存到W_TEMP中时，往往会出现问题，因为此时保存的内容不一定是在bank0中，还和STATUS寄存的内容有关系。 为了解决这个问题， PIC16F87X中有几款单片机(见p28p31) ，其RAM各个体的顶端有16个单元，都会彼此映射到相同的16个单元上。访问这16个单元时体选码就不重要了，因为它们对四个体都是“透明”的。因此，将W_TEMP安排在这个部位最为合适，这样做可以使得现场保护和现场恢复变得

19、相对容易实现。,下面给出一段保护中断现场的程序片段： ;将W，STATUS和PCLATH的内容保存到文件寄存器中 W_TEMP EQU 70H STATUS_TEMP 6EH PCLATH_TEMP 6FH MOVWF W_TEMP ;WW_TEMP SWAPF STATUS, 0 ;STATUS高低半字节交换 CLRF STATUS ;设置体0作当前体 MOVWF STATUS_TEMP ;到STATUS_TEMP MOVF PCLATH,0 ;PCLATH到PCLATH_TEMP MOVWF PCLATH_TEMP (中断服务子程序的核心部分),CLRF STATUS MOVF PCLAT

20、H_TEMP,0 ;恢复PCLATH内容 MOVWF PCLATH SWAPF STATUS_TEMP,0 ; 恢复STATUS MOVWF STATUS ;同时RAM恢复到原先BANK SWAPF W_TEMP,1 ;恢复W SWAPF W_TEMP,0 ; 【说明】 程序中对要保留的寄存器分别定义了相应的临时备份寄存器，例如“W”的临时备份寄存器为“W_TEMP”。 在保存W时，决不能影响状态寄存器STATUS的当前内容，否则会影响到体选码及其他标志位。,保存好W后，才可以保存STATUS和其他寄存器。指令系统总是先将STATUS的内容传送W，再经W传送到备份相应的备份寄存器中，比如STA

21、TUS _TEMP。 在程序中使用SWAPF STATUS, 0 来保存状态寄存器STATUS的内容，而没有使用MOVF STATUS,0，因为该指令会影响STATUS的Z标志位，显然这是不可容忍的。 因此，程序采用字节交换指令SWAPF 来顶替。在此只利用SWAPF的传递功能，它带来的交换功能得记录下来，在返回主程序之前必须把它重新置换回来。,STATUS保存到W后，就可以将其清0，以便把定义了STATUS_TEMP和PCLATH_TEMP的体0设置为当前体 ，然后就可以很方便地将寄存器STATUS和PCLATH的内容保存到各自的临时备份寄存器中。 寄存器PCLATH的内容保护并不是必须的，

22、只要主程序和中断子程序中都不会修改PCLATH的内容，就可以不保护它。 恢复现场的操作次序与保护现场的操作次序应该相反。,在恢复STATUS的内容时候一定要注意把保护现场时采用SWAPF STATUS，0产生的多余的交换再交换回来。 最后2条指令，将W_TEMP内容的高、低半字节交换了2遍，才被恢复到工作寄存器W中。为不使用MOVF W_TEMP，0 ? 因为MOVF W_TEMP，0又会影响Z标志位，会破坏刚刚恢复的STATUS中的内容，这显然是不可以的。,8.5.3 小结 除了在中断现场保护部分提到的一些需注意的问题之外，还有前面提到的一些重要注意要注意： 单片机在任何情况下的复位，均会导

23、致总屏蔽位和其他的中断屏蔽位清0，即在默认状态下，禁止CPU响应所有中断。 中断标志位的状态与该所有的中断屏蔽位无关，即不管是否允许CPU响应中断源的中断请求，只要满足了中断的条件，中断标志位就会被置成1。,当系统开放某一中断源时，中断源就通过中断标志位向CPU申请中断，只要将中断标志位置1，就会产生中断响应。 当CPU响应任一个中断后，全局中断屏蔽位GIE将会自动清0；当中断返回时它又会自动恢复为1。 如果在中断服务期间若用软件将自动清0的GIE重新置1，这时若再出现中断请求，就会形成中断的嵌套：即在响应某一中断期间又响应了其他中断。不过嵌套的级数不能超过堆栈的深度(8级)，以免造成堆栈溢出

24、。,如果同时发生多个中断请求，到底哪个中断会优先得到处理，完全取决于在中断服务子程序中检查中断源的顺序，原因是各个中断源之间不存在优先级别之分。 每一种中断源受屏蔽的次数不完全相同，第一梯队的中断源受到二次屏蔽，而第二梯队的中断源受到三次屏蔽。 PIC系列单片机的型号不同，数据存储器RAM的布局不完全相同，为工作寄存器W安排备份寄存器W_TEMP的方法也就不完全相同。,8.6 中断功能的应用举例,8.6.1 TMR0溢出中断 本例介绍如何以中断方式利用TMR0产生延时。 例8.1：闪烁式跑马灯 实验的功能： 演示板上ICD2上的8只LED中只有一只点亮，亮灯的位置以循环方式不停地移动，移动的速

25、度取决于在各个位置上停留的时间(假设延时196ms)，并且在每一个位置上LED都保持快速闪烁(假设延时66 ms)。,软件设计思路 本例中，需要加入2段延时：一个是LED灯每向前移动一步都要延迟196ms(记为T1)，另一个是LED要在亮、灭之间切换形成闪烁，亮和灭状态之间保持66ms的延时(记为T2)。 T1延时用软件实现，T2延时用TMR0的中断技术实现。将分频器配置给TMR0使用，并将分频比设定为1:256，假设时钟频率为4MHZ，则 TMR0延时计算： 256(256-0)1s=65,536s =65.536 ms66 ms 。 程序流程图如下图所示：,程序清单： TMR0 EQU 0

26、1H PCL EQU 02H STATUS EQU 03H OPTION_REG EQU 81H INTCON EQU 0BH PORTC EQU 07H TRISC EQU 87H TMR0_B EQU 0 DLY1 EQU 20H ;定义延时变量寄存器 DLY2 EQU 21H ;定义延时变量寄存器 W EQU 0 ;定义目标寄存器W F EQU 1 ;定义目标寄存器为RAM RP0 EQU 5 ;定义体选位RP0 T0IF EQU 2 ;TMR0的中断标志位,W_TEMP EQU 7FH ;临时备份寄存器 PORTC_B EQU 23H ;显示数据寄存器 FLAG EQU 24H ;亮灭

27、标志位 ORG 000H GOTO MAIN ; ;-中断向量和中断服务子程序- ORG 004H ; 中断服务程序入口地址 TMR0SERV ;中断服务程序名称 MOVWF W_TEMP ;保存W INCF FLAG,F ;亮灭标志位反转 BTFSS FLAG,0 ;标志位=1?是!跳转 GOTO JUMP0 ; CLRF PORTC ;熄灭 GOTO JUMP1 ;跳过下面的程序,JUMP0 MOVF PORTC_B,W ;将显示数据 MOVWF PORTC ; 送入PORTC JUMP1 BCF INTCON,T0IF ;T0IF清零 MOVLW TMR0_B ;TMR0赋初值 MOVW

28、F TMR0 ;重新启动定时 MOVF W_TEMP, W ;恢复现场 RETFIE ;中断返回 ;-主程序- MAIN BSF STATUS,RP0 ;设置RAM的体1 MOVLW 0 ;将端口C设为输出 MOVWF TRISC MOVLW 0FH ;设置选项寄存器 MOVWF OPTION_REG,BCF STATUS,RP0 ;恢复RAM的体0 MOVLW 0A0H ;开放T0IE=1 MOVWF INTCON ;开放GIE=1 BCF INTCON,T0IF ;T0IF=0 MOVLW TMR0_B ;TMR0赋初值 MOVWF TMR0 ;并启动定时计数 MOVLW B1000000

29、0 ;送显示码初值 MOVWF PORTC_B ;至显示数据寄存器 LOOP CALL DELAY ;调用延时子程序 RRF PORTC_B, F ;右移 GOTO LOOP ;开始循环,;- 软件延时子程序- DELAY ;子程序名 MOVLW 0FFH ;将外层循环参数值 MOVWF DLY1 ;送入循环变量DLY1 LP0 MOVLW 0FFH ;将内层循环参数值 MOVWF DLY2 ;送入循环变量的DLY2 LP1 DECFSZ DLY2,F ;DLY2内容递减，若为0跳跃 GOTO LP1 ; DECFSZ DLY1, F ;DLY1内容递减，若为0跳跃 GOTO LP0 ;跳转到

30、LP0处 RETURN ;返回主程序 END ;源程序结束,用C语言编制如下： #include unsigned char FLAG0 x24; /flag绝对定位在23H unsigned char W_TEMP0 x7F; /临时备份寄存器 bit FLAG0(unsigned),if(FLAG0=0) goto jump0; PORTC=0 x00; goto jump1; jump0:PORTC= PORTC_B; jump1:TMR0= TMR0_B ; asm( “MOVF _W_TEMP, W” ) ; /W恢复 main() TRISC=0; /不用切换体 OPTION=0

31、x07; INTCON=0 xA0; TMR0_B=0; T0IF=0; TMR0=TMR0_B; /TMR0赋初值并启动 PORTC_B=0b10000000;,loop: delay(); asm(“RRF _PORTC_B, F”); /PORTC_B=PORTC_B1; goto loop; 【说明】 定义中断服务程序时，直接使用interrupt关键字，而不用ORG 004H定位； 累加器W的保存用asm(“MOVWF _W_TEMP ”)，也可以使用asm( MOVF _W_TEMP, W ) 恢复现场 ； C环境下设置的变量在汇编中要使用的时候，变量前面要加下划线标注；,8.6.

32、3 端口RB电平变化中断,端口RB除了具有普通I/O功能之外，它还要其他端口没有的特点： 端口RB具有弱上拉功能：每条引脚内部都有一个可编程的弱上拉电路，即在RB每条引脚上都有一个可由程序控制的开关连接一只高值电阻到VDD引脚上。开关闭合，则弱上拉功能启用；开关断开，则弱上拉功能禁止。 选项寄存器OPTION_REG的RBPU(bit7)位，可以控制弱上拉开关： RBPU=0，弱上拉启用； RBPU=1，弱上拉禁止。,对于某些需要外接上拉电阻的应用场合，利用这项功能，可以简化外部电路。 RB端口还有一个重要特性，即RB7RB4具有输入电平变化中断功能。 当口线RB7RB4被定义为输入状态时，口

33、线上的输入电平发生变化(电平由低变高或由高变低)时，可以引起CPU的中断。与端口RB相关的中断标志位和中断屏蔽位是寄存器INTCON中的RBIF位和RBIE位。 端口RB的中断功能电路 RB端口中断的硬件电路原理图如下：,图中RB4RB7中只要某一口线上的逻辑电平发生变化，就会使端口中断标志RBIF置位，产生中断请求。所谓“电平变化”，意味着口线电平在原有的“基准电平”上发生了变化。基准电平是0，引脚新电平是1，或者基准电平是1，引脚新电平是0，均会引起中断请求。 基准电平是由基准电平锁存器LEVEL Latch负责锁存，输入锁存器INPUT Latch的Q端输出电平(即锁存内容)会不停的用外部引脚上的逻辑状态进行周期性刷新。即输入锁存器的Q端和基准电平锁存器的Q 端电平都随着外部引,脚上的电平变化而变化，只是锁存的时刻不同而已，当然应该是基准电平锁存器LEVEL Latch锁存在前。 异或门Gb