第五章 中断系统2010春.ppt

1、5.1 输入、输出数据传送的控制方式,单片机与外设的数据交换方式通常有三种：查询方式、延时等待方式和中断方式。 （1）查询方式 发启动外设的信号； 读入外设的状态或标志； 判断其是否已做好数据交换的准备； 如外设未做好准备，则一直查询； 外设准备好了，用输入/输出指令进行数据交换。 查询方式的优点是能够自动适配外设的工作速度，缺点是花费CPU时间较多。在CPU不太忙的情况下可采用此方式。,（2）延时等待方式,发启动外设的信号； 延时等待一段时间； 用输入/输出指令进行数据交换。 延时等待方式的特点是将查询方式下循环判断的时间用软件延时来等待，CPU可用这段时间执行别的程序。但是，必须事先计算好

2、外设从得到启动信号到做好数据交换的时间。,（3）中断方式,设置中断，开中断； 当外设需要与单片机交换数据时，发中断请求； 单片机响应中断申请，执行中断服务程序，与外设交换数据。 中断方式下，可充分利用单片机的工作效率并适配外设的工作速度。因此，中断方式是应用最多的一种I/O数据交换方式。但中断方式需要的硬件资源较多。,第三节 MCS-51单片机的中断系统 实时控制、故障自动处理时用到中断系统，计算机与外围设备间传送数据及实现人机联系也常常用到中断系统。 MCS-51中断系统的功能为：5个中断源；2个中断优先级，从而可实现二级中断嵌套；每一个中断源的优先级可由程序设定。与中断系统工作有关的SFR

3、有IE、IP以及TCON。,一、 中断的概念 计算机中的中断是指CPU在处理某件事情的时候，外部发生了某一事件请求CPU迅速去处理，于是CPU暂时中断当前的工作，转入处理所发生的事件，中断访问处理完后，再回到原来被中断的地方，继续原来的工作的过程称为中断，如图5-1所示。实现这种功能的部件称为中断系统（中断机构），产生中断的请求源称为中断源。,图5-1 中断流程,二、 中断系统的功能 MCS-51的中断系统具有以下中断功能： 1能实现中断及返回。 2 能实现中断优先级排队。 3 能实现中断嵌套。,图5-2 中断嵌套流程,三、中断源 1 外中断类即外部中断0和外部中断1。 中断请求信号分别由引脚

4、 （P3.2）和 （P3.3）引入 外部中断请求有两种信号方式， 电平方式：当引脚上出现低电平时就向CPU申请中断，CPU响应中断后要采取措施撤消中断请求信号，使引脚恢复高电平。 脉冲方式：当引脚上出现负跳变时，该负跳变经边沿检测器使IE0或IE1置1，向CPU申请中断。CPU响应中断后由硬件自动清除IE0和IE1。CPU在每个机器周期采样INT0*和INT1*，为了保证检测到负跳变，引脚上的高电平与低电平至少应各自保持一个机器周期。,2定时器/计数器0、1溢出中断,定时器/计数器计数溢出时，由硬件分别置TF0=1和TF1=1，向CPU申请中断。CPU响应中断后，由硬件自动清除TF0和TF1,

5、3串行接口中断,串行接口的中断请求由发送或接收所引起。串行口发送了一帧信息，便由硬件置TI1，向CPU申请中断。串行口接收了一帧信息，便由硬件置RI1，向CPU申请中断。CPU响应中断后必须由软件清除TI和RI。,中断标志位,除外部中断电平触发方式外，其它各中断实际上由标志位IE0、IE1、TF0、TF1、TI、RI置位引起的。这些标志位除了由相应的硬件置位外，还可以由软件置位。如果需要，可以由程序安排产生中断。,四、 中断控制 与中断控制有关的寄存器共四个， 定时器控制寄存器 TCON 串行口控制寄存器。 SCON 中断允许控制寄存器 IE 中断优先控制寄存器 IP,1定时器控制寄存器（TC

6、ON） 该寄存器地址为88H，其位地址为8FH88H。寄存器的内容及位地址表示如下：, IE0 （IE1）外中断请求标志位 当CPU采样到 （或） 端出现有效中断请求时，此位由硬件置1。在中断响应完成后转向中断服务时，再由硬件自动清零。, IT0（IT1）外中断请求信号方式控制位 IT0（IT1）=1 脉冲方式（后沿负跳有效） IT0（IT1）=0 电平方式（低电平有效） 此位由软件置1或清0。,2串行口控制寄存器（SCON） 该寄存器地址为98H，其位地址为9FH98H。,TI串行口发送中断请求标志位 当发送完一帧串行数据后，由硬件置1，在转向中断服务程序后，必须用软件清0。 RI串行口接收

7、中断请求标志位 当接收完一帧串行数据后，由硬件置1；在转向中断服务程序后，必须用软件清0。,3中断允许控制寄存器（IE） 该寄存器地址为A8H，其位地址为AFHA8H。,EA中断允许总控制位 EA=0 中断总禁止，禁止所有中断。 E EA=1 中断总允许。当中断总允许后，某个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。,EX0（EX1）外部中断允许控制位 EX0（EX1）0 禁止外中断 EX0（EX1）1 允许外中断 ET0（ET1）定时计数中断允许控制位 ET0（ET1）0 禁止定时（或计数）中断 ET0（ET1）1 允许定时（或计数）中断 ES串行中断允许控制位 ES=0 禁止串行

8、中断 ES=1 允许串行中断,单片机复位后（IE）00H，中断系统处于禁止状态。 中断允许与禁止，就是中断的开放与关闭。,4中断优先级控制寄存器（IP） IP寄存器地址B8H，位地址为BFHB8H。,PX0外部中断0优先级设定位 PT0定时中断0优先级设定位 PX1外部中断l优先级设定位 PT1定时中断1优先级设定位 PS 串行中断优先级设定位 X =0, 优先级为低；X=1, 优先级为高。,中断优先级是为中断嵌套服务的，MCS51中断优先级的控制原则是： 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。 如果一个中断请求已被响应，则

9、同级的其它中断响应将被禁止。 如果同级的多个中断请求同时出现，则按CPU设定的自然优先级确定那个中断请求被响应。,MCS51同一优先级中断源的优先级排列顺序： 外部中断0定时中断0外部中断1定时中断1串行中断 这其实是CPU查询各中断的次序。,习 题,分析以下几种中断优先级的排列顺序（由高到低）是否可能？并说明理由。 （1）定时器T0溢出中断，定时器T1溢出中断，外部中断INT0*、外部中断INT1*、串行口中断 （2）外部中断INT0*、定时器T1溢出中断、定时器T0溢出中断、外部中断INT1*、串行口中断 （3）串行口中断、定时器T0溢出中断，外部中断INT0*、外部中断INT1*、定时器

10、T1溢出中断 （4）外部中断INT0*、定时器T1溢出中断、外部中断INT1*、定时器T0溢出中断，串行口中断 （5）外部中断INT0*、外部中断INT1*、串行口中断、定时器T0溢出中断，定时器T1溢出中断,5中断控制寄存器状态设置 这四个控制寄存器都是既可进行字节寻址又可进行位寻址的。 初始化方式：字节操作指令，位操作指令。 例 在中断允许控制寄存器IE中，假定要开放外部中断0和定时中断1，为： 字节操作指令： MOV IE，#89H 位操作指令： SETB EA SETB EX0 SETBET1 其它各中断控制寄存器与此类似。,例1.8031芯片的INT0*、INT1*引脚分别输入压力超

11、限和温度超限中断请求信号，定时器/计数器0做定时检测的实时时钟，用户规定的中断优先权排列次序为：压力超限 温度超限 定时检测 要求确定IE、IP的内容，以实现上述要求。,IE=87H,IP=05H,5.5 中断响应,中断响应的 条件： （1）中断源有中断请求。 （2）中断允许寄存器IE相应位置1，CPU开户中断。 （3）无同级或高级中断正在处理。 （4）当前的指令周期已经结束。 （5）若现行指令为RETI或访问IE或IP指令时，执行完该指令且紧随着的另一条指令已执行完。 单片机在紧接着的下一个机器周期的S1期间响应中断源的中断请求。,CPU响应中断后，由硬件执行如下功能：,（1）根据中断源的优

12、先级高低，使相应的优先级状态触发器置1。 （2）保留断点，把程序计数器PC的当前值推入堆栈保存。 （3）清相应的中断请求标志位TF0、TF1、IE0、IE1 。 （4）把被响应的中断服务程序的入口地址送入PC，从而转入相应的中断服务程序。 中断服务程序的最后一条指令必须是中断返回指令RETI。CPU执行该指令时，先将相应的优先级状态触发器清零，然后从堆栈中弹出栈顶的二个字节到PC，从而返回到断点。 有些中断请求的撤除也要由中断服务程序来实现。 现场数据的保护和弹出？,中断响应时间： 38个机器周期,六、 中断请求的撤除,CPU响应中断请求后，在中断返回（执行RETI）前，必须撤除请求，否则会错

13、误的再次引起中断过程。 对于定时器/计数器0、1的中断请求以及跳变触发方式的外部中断0、1,CPU在响应中断后用硬件清除了相应的中断请求标志TF0、TF1、IE0、IE1，即自动撤除了中断请求。 对于串行接口中断，CPU响应中断后没有用硬件清除中断标志位，必须用用户编制的中断服务程序来清除相应的中断标志位。 对于电平触发的外部中断，由于CPU对INT0*、INT1*引脚没有控制作用，也没有相应的中断请求标志位，因此需要外接电路来清除中断请求信号。,七、 中断技术应用举例 主程序和中断服务程序。 在编写主程序时应注意以下几点： （1） 主程序的起始地址。MCS-51单片机复位后，PC=0000H

14、，而各中断源的入口地址为0003H0023H。因此，在编写程序时应在0000H处使用一条转移指令，跳过上述区域。主程序则以转移指令的目的地址作为其起始地址。,ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPSUM ORG1000H MAIN：,（2） 主程序的初始化内容。 MCS-51中断系统的功能是通过上述特殊功能寄存器进行统一管理的，中断系统的初始化是指用户对这些特殊功能寄存器中的各控制位进行赋值。 初始化包括：相应中断源开中断；设定所涉及中断源的中断优先级；若为外部中断，应规定其触发方式。,例5-1 编写INT1*为低电平触发的初始化程序。 （1）采用位操作指令实现 CLR

15、IT1 ；电平触发方式 SETBEA；总中断允许 SETBEX1；设置外部中断1允许 SETBPX1；设置INT1*为高优先级断 （2）采用字节操作指令 ANLTCON，#0FBH MOVIE，#84H ORLIP，#04H,例5-2 利用INT0*实现单步操作。 MCS-51中断系统有个特点，当执行中断返回指令RETI后，至少还要执行一条指令，才能响应新的中断请求。 单步操作是通过外部中断INT0*引脚上的低电平实现，即按一次键执行一条指令。,ORG0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPINT0 ORG2000H MAIN：SETBEA；总中断允许 SETBPX0；设置IN

16、T0*为高优先级断 SETBEX0；允许外部中断0中断 CLRIT0；电平触发方式 INT0：JNBP3.2，INT0 HEAR：JBP3.2，HEAR RETI END,例5-3 外部中断源扩展。 当外部中断源多于2个时，可采用硬件申请与软件查询的方法扩展外部中断。,8051,1,EXT0,EXT1,EXT2,EXT3,P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,LED R,ORG 0000H JLMP MAIN ORG 0003H LJMP EXINT ；转外部中断1服务程序 EXINT：PUSH PSW PUSH A；保护现场。 JB P1.0， EX

17、T0 JB P1.1， EXT1 JB P1.2， EXT2 JB P1.3， EXT3 DONE： POP A POP PSW ；恢复现场。 RETI；中断返回。 ,EXT0： SETBP1.4 AJMP DONE EXT1： SETBP1.5 AJMP DONE EXT2： SETBP1.6 AJMP DONE EXT3： SETBP1.7 AJMP DONE,例5-4 统计脉冲触发方式的的个数，若满100个，则停止统计并将P1.0置1。 ORG 0000H LJMPMAIN ORG0003H LJMPSUM ORG1000H MAIN:MOV A，00H；主程序开始SETBIT0；设置脉

18、冲触发方式 SETBIE0；设置外部中断0允许 SETBEA；总中断允许 SJMP $；等待中断,SUM:INCA CJNEA，#100, QUIT CLR EA；总中断禁止 CLRIE0；外部中断0禁止 SETBP1.0；置位P1.0 QUIT：RETI；中断返回 END,习 题,1、8051单片机提供了哪几个中断源？有哪几个中断优先级别？各中断源所对应的中断矢量地址是多少？ 2、外部中断有几种触发方式？如何选择？ 3、中断响应怎样保护断点地址和保护现场？ 4、在MCS-51单片机中，各中断标志是如何产生的？哪些中断标志可以随中断响应而自动撤除？哪些需要由用户撤除？撤除的方法是什么？ 6、写

19、出INT0*为边沿触发方式的中断初始化程序。 7、什么是中断优先级？中断优先处理的原则是什么？,第四节 定时器/计数器 一、 定时器/计数器的结构和原理 两个16位的可编程定时器/计数器，T0，T1。 两个特殊功能寄存器：方式寄存器和控制寄存器。 定时器/计数器的 核心是内部的16位加法计数器，分别用TH0、TL0和TH1、TL1表示，在使用时先给加法计数器设定初值，然后加1计数，直到溢出，计数的次数就是最大值减去初值。,二、定时和计数两种功能 1计数功能 计数：对外部事件进行计数。 外部事件的发生以输入脉冲表示，因此计数功能的实质就是对外来脉冲进行计数。外部输入的脉冲在负跳变时有效，进行计数

20、器加1（加法计数） 。 计数输入端：T0（P3.4 ）和T1（P3.5）。,1计数功能 定时器/计数器在每个机器周期的S5P2期间采样T0/T1引脚，若采样结果表明上一周期为高电平，下一周期为低电平，则TL加1。新的计数值在检测到负跳变后的S3P1期间置入加法计数器。由于需要两个机器周期才能识别高电平到低电平的跳变，所以外部计数脉冲的频率应小于fosc/24，且高电平与低电平的持续时间均不得小于一个机器周期。,2定时功能 实现方法：通过计数器的计数实现。 与计数功能的不同之处：计数脉冲来自单片机的内部，即每个机器周期产生一个计数脉冲，也就是每个机器周期计数器加1。 一个机器周期=12个振荡周期

21、， 故，计数频率为振荡频率的1/12。 若：单片机晶振6MHz，则计数频率为0.5MHz， 2微秒计数器加1.,将控制字写入定时器/计数器的过程叫定时器/计数器的初始化。 初始化内容： 规定T0、T1的工作方式；（TMOD) 将工作方式控制字写入方式寄存器 赋定时/计数初值;(TH0,TL0;TH1,TL1) 规定T0、T1的工作状态。(TR0/TR1) 将工作状态控制字写入控制寄存器,三、 工作模式寄存器和控制寄存器 1定时器控制寄存器（TCON，88H）, TF0（TF1）计数溢出标志位 若有溢出，TF0（TF1）1 无溢出，TF0（TF1）0 有溢出时，当转向中断服务时，再由硬件自动清0

22、。 TF0（TF1）的使用方式： 中断方式时，作中断请求标志位来使用， 查询方式时，作查询状态位来使用。 TF0（TF1）也可以用程序置位或清零，例如执行指令SETB TF1后TF11。所以定时器/计数器1的中断请求还能用程序安排产生。, TR0（TR1）定时器T0(T1)运行控制位 当TR0(TR1)1时，启动定时器开始工作。 当GATE0时，TR0(TR1)置1，启动定时器开始工作。当GATE=1时，且INTi*为高电平时，TR0(TR1)置1启动定时器工作；由软件清零关闭定时器。,2. 定时器工作方式寄存器（TMOD，89H） 作用：设置两个定时器/计数器工作方式。 但TMOD寄存器不能

23、位寻址，只能用字节传送指令设置其内容。,M1、M0工作方式选择位。可形成4种编码，对应于四种工作方式。,M1 M0,工作方式,功 能 描 述,0 0 0 1 1 0 1 1,方式 0 方式1 方式2 方式3,13位计数器 16位计数器 自动重装初值的8位计数器 定时器0：分成两个8位计数器 定时器1：停止计数, 定时方式或计数方式选择位 0定时工作方式 1计数工作方式 GATE门控位 GATE0以运行控制位TR0（TR1）启动定时器 GATE1 以外中断请求信号 和TR0（TR1）共同启动定时器 复位时，TMOD0。 举例如下：,设 定时器1为定时工作方式，要求由软件启动定时器1，按方式2工作

24、。定时器0为计数方式，要求由软件启动定时器0，按方式1工作。 MOV TMOD，#25H。,四、 定时器/计数器的四种工作模式 四种工作方式: 即方式0、方式1、方式2和方式3。 其中: 方式0、1和2下，T0和T1的工作方式相同， 方式3下，两个定时器的工作方式不同。 1、 方式0 13位计数结构的工作方式。 图5-7是定时器/计数器0在工作方式0下的逻辑结构。 T1的结构和操作与T0完全相同。,图5-7 T0（或T1）方式0结构,当GATE0时， 若TR0=1，接通计数控制K，启动T0在原计数值上加1计数，直至溢出。 若TR00，则关断控制开关，停止计数。 当GATE1，且TR01时， 或

25、门、与门全部打开，外信号电平 通过引脚 直接开启或关断定时器计数。 输入1电平时，允许计数，否则停止计数。,由于定时器/计数器以加1方式计数， 当定时器/计数器用于计数工作方式时，假定要求的计数长度为N，则应装入定时器/计数器的初值 X213N。 在方式0下，计数的长度范围为18192。,2、 方式1 计数器由TH 8位和TL8位构成。 当定时器/计数器用于计数工作方式时，假定要求的计数长度为N，则应装入定时器/计数器的初值X216N。 在方式0下，计数的长度范围为165536。 当工作于定时状态时，若需要的定时时间为Tc，则需要的机器周期数NTc/Tp（Tp机器周期），则应装入定时器/计数器

26、的初值X216N。 若晶振频率为12MHz，则当X65535时，具有最小的定时时间为1us； 当N65536时，具有最大的定时时间为65536us65ms。,图6-3 T0（或T1）方式1结构16位计数器,3、 方式2 方式2具有自动重新加载功能，即自动加载计数初值。 在该工作方式下，把16位计数器分为两部分，即 以TL作计数器， 以TH作预置寄存器，初始化时把计数初值分别装入TL和TH中。 当计数溢出时，由预置寄存器TH以硬件方法自动给计数器TL重新加载，继续计数，循环重复。,图6-4 T0（或T1）方式2结构8位计数器,4方式3 前三种工作方式下，T0和T1的设置和使用是完全相同的。但是在

27、工作方式3下，二者的设置和使用却是不同的，因此要分开介绍。 （1） 在工作方式3下，T0被拆成两个独立的8位计数器TL0和TH0。其中TL0既可以作计数使用，又可以作定时使用。 T0的各控制位、引脚和中断源，即、GATE、TR0、TF0 和T0（P3.4）引脚、 （P3.2）引脚全归它使用。 功能和操作与方式1完全相同，而且逻辑电路结构也很相似，如图6-5所示。,图6-5 T0工作方式3逻辑结构,而此时TH0只可用作简单的定时器使用。而且由于T0的控制位已被TL0独占，因此只好借用定时器/计数器1的控制位TR1和TF1，即以计数溢出去置位TF1，而定时的启动和停止则受TR1的状态控制。 由于T

28、L0既能作定时器使用也能作计数器使用，而TH0只能作定时器使用，却不能作计数器使用。因此，在工作方式3下，定时器/计数器0可以构成两个定时器或一个定时器和一个计数器。,（2）工作方式3下的定时器/计数器1 如果T0已工作在工作方式3，则T1只能工作在方式0、1或方式2下，因为它的运行控制位TR1及计数溢出标志位TF1已被T0借用，如图6-6所示。,此时，T1通常是作为串行口的波特率发生器使用，以确定串行通信的速率。因为已经没有计数溢出标志位TF1可供使用，因此只能把计数溢出直接送给串行口。,若将T1强行设置为模式3，就会使T1立即停止工作。,以晶振fosc=12MHz计算,五、 定时器/计数器

29、的应用举例 主要任务: 编程。 编程时应注意的问题： 1. 能正确写入控制字（即初始化定时器/计数器）2. 会进行定时/计数初值的计算。,写入控制字的次序： 1. 把工作方式控制字写入TMOD寄存器； 2. 把定时/计数初值装入TL0、TH0（或TL1、TH1） 3. 置位TR0（或TR1）以启动计数 4. 置位ET0（或ET1）允许定时器/计数器中断（如果需要）； 5. 置位EA使CPU开放中断。,定时器/计数器初值的计算： 计数初值最大计数值需要计数的值 最大计数值在不同工作方式下是不同的， 方式0为：8192 方式1为：65536 方式2为：256 方式3为：256 如果定时，需要计数的

30、值=定时时间/机器周期,例1：设单片机晶振频率fosc6MHz，使用定时器0以方式0产生周期为2ms的等宽正方波脉冲，并由P1.0输出。以中断方式完成。 （1）计算计数初值 实现正方波脉冲的方法：P1.0端以1ms为周期交替输出高低电平。 则：定时时间应为1ms。 若晶振为6MHz，则一个机器周期2us。 设待求的计数初值为X，则： （213X）2us1000us 得：X769211110000 01100B TH10F0H， TL10CH。,（2）TMOD寄存器初始化 T1在方式0下， M1M000； 定时功能，应使 0； 实现T1的运行控制，则GATE0。 所以： TMOD00H。 （3）

31、由定时器控制寄存器TCON中的TR1位控制定时的启动和停止，则TR11，启动；TR10，停止。,（4）程序清单：ORG 0000H LJMPSTART ORG000BH LJMPTINT START:MOV SP,#60H MOV TMOD，#00H；设置T1工作方式0 MOV TL0，#0CH MOV TH0，#0F0H；设置计数初值 SETB EA SETB ET0 SETBTR1；启动T1运行 SETB P1.0 ；高电平 SJMP $,TINT： CPLP1.0；输出取反 MOVTL0，#0CH ；重新设置计数初值 MOVTH0，#0F0H RETI END；程序结束,例2：设单片机晶

32、振频率fosc6MHz，使用定时器1以方式1产生周期为2S的等宽正方波脉冲，并由P1.7输出。以中断方式完成。 （1）计算计数初值 设待求的计数初值为X，则： （216X）2us1000,000us 得： X155363CB0H， 则： TH13CH，TL10B0H。 （2）TMOD寄存器初始化,M1M001， C/T 0， GATE0 所以： TMOD10H,（4）程序清单：ORG 0000H LJMPSTART ORG001BH LJMPTINT START:MOV SP,#60H MOV TMOD，#10H；设置T1工作方式0 MOV TH1，#3CH；设置计数初值 MOV TL1，#0

33、B0H SETB EA SETB ET1 SETBTR1；启动T1运行 SETB P1.7 ；高电平 MOV R7,#10 SJMP $,TINT： MOVTL0，#0B0H ；重新设置计数初值 MOVTH0，#3CH DJNZ R7,LOOP MOV R7,#10 CPLP1.7 ；输出取反 LOOP:RETI END；程序结束,查询方式实现：ORG1000H START:MOVTMOD，#10H；设置T1工作方式1 MOVTH1，#3CH；设置计数初值 MOVTL1，#0B0H MOV IE,#00H MOV R7,#10 SETBTR1 SETB P1.7 LOOP:JB TF1,LOOP1 AJMP LOOP LOOP1：MOVTH1，#3CH MOVTL1，#0B0H CLR TF1 DJNZ R7,LOOP MOV R7,#10 CPL P1.7 ALMP LOOP END,例3：有一自动罐装药粒系统，每瓶罐装药粒100片，每满一瓶，累加器A加1操作，若满200瓶，向P1.0输出0，然后停止计数。要求用定时器1以工作方式2计数。（查询方式） （1）