单片机原理与应用第五章

1、第5章 单片机的中断系统,5.1 中断的概念 5.2 中断控制系统 5.3 中断处理过程 5.4 中断的编程及应用举例,5.1 中断的概念 5.2 中断控制系统 5.3 中断处理过程 5.4 中断的编程及应用举例,第5章 单片机的中断系统,日常生活的中断现象举例,某人正在看报,电话铃响了,去接电话,继续接电话,继续看报,跑向厨房,关煤气、灌开水,水开了,第5章 单片机的中断系统,中断是指在突发事件到来时先中止当前正在进行的工作，转而去处理突发事件。待处理完成后，再返回到原先被中止的工作处，继续进行随后的工作。,第5章 单片机的中断系统,中断响应过程：由中断管理系统处理突发事件的过程； 中断源：

2、中断管理系统能够处理的突发事件; 中断请求：中断源向CPU提出的处理请求; 中断函数：针对中断源和中断请求提供的服务函数; 中断嵌套：在中断服务过程中执行 更高级别的中断服务。,中断的一般概念,第5章 单片机的中断系统,中断过程与调用一般函数过程的相似性: 两者都需要保护断点，都可实现多级嵌套等。 中断过程与调用一般函数过程的差异性:,1、前者是程序设计者事先安排的（断点是明确的），而后者却是系统根据工作环境随机决定的（断点则是随机的）。 2、主函数与调用函数之间具有主从关系，而主函数与中断函数之间则是平行关系； 3、一般函数调用是纯粹软件处理过程，而中断函数调用却是需要软、硬件配合才能完成的

3、过程。,第5章 单片机的中断系统,1、分时操作：CPU可以使多个外设同时工作，并分时为各外设提供服务，从而大大提高了CPU的利用率和输入/输出的速度。 2、实时处理：当计算机用于实时控制时，请求CPU提供服务是随机发生的。有了中断系统，CPU就可以立即响应并加以处理。 3、故障处理：当计算机运行中出现如电源断电、存储器校验出错、运算溢出等错误时，CPU可及时转去执行故障处理程序，而不会死机。,中断实现的功能：,实例1 单片机开关状态检测,要求：若有按键压下D1 状态反转。,第5章 单片机的中断系统,常规办法,运行效果,第5章 单片机的中断系统,问题： 1、主函数中没有调用中断函数，为何能自动执

4、行？ 2、主函数中的变量赋值语句的作用？ 3、这种程序结构的意义？,答案： 1、当P3.2端口有脉冲下降沿出现时系统自动调用该中断函数； 2、实现中断功能的管理命令； 3、可实现多任务实时操作功能。,第5章 单片机的中断系统,5.1 中断的概念 5.2 中断控制系统 5.2.1 中断系统的结构 5.2.2 中断控制 5.3 中断处理过程 5.4 中断的编程及应用举例,第5章 单片机的中断系统,1、中断源（哪些信号可以引起单片机中断？）,中断源数量和种类越多，MCU处理突发事件的能力就越强。 80C51单片机共有5种中断源。,第5章 单片机的中断系统,中断向量位于ROM内的中断程序入口地址汇编程

5、序,第5章 单片机的中断系统,第5章 单片机的中断系统,中断号与中断向量对应的编号C51程序,第5章 单片机的中断系统,80C51的中断源一览表,2、中断请求标志（单片机如何知道中断信号出现了？）,第5章 单片机的中断系统,当中断信号出现时，单片机中的某些位寄存器（中断请求标志位）可被硬件置1。,CPU通过定期查看中断请求标志位是否为1，便可知道有无中断请求。,第5章 单片机的中断系统,中断请求标志的工作原理,1、外部中断源（ 和 ）,逻辑开关IT0和IT1选择外部中断源的触发信号： ITx=0电平触发（低电平经非门IEx置1） ITx=1脉冲触发（负脉冲经施密特触发器IEx置1),第5章 单

6、片机的中断系统,2、内部中断源（T0和T1）,当T0或T1被充满溢出向位寄存器TF0、 TF1“进位” 置1的效果,（第6章）,第5章 单片机的中断系统,3、内部中断源（TX和RX）,（发送SUBF中的数据输出门TXD引脚）/发送控制器位寄存器TI置1； （RXD引脚的数据移位寄存器接收SBUF）/接收控制器位寄存器RI置1。,（第7章）,第5章 单片机的中断系统,80C51的中断请求标志一览表,5.1 中断的概念 5.2 中断控制系统 5.2.1 中断系统的结构 5.2.2 中断控制 5.3 中断处理过程 5.4 中断的编程及应用举例,第5章 单片机的中断系统,中断系统的组成（影响中断的因素

7、？）,第5章 单片机的中断系统,中断信号的传送是分别沿着5条水平路径由左向右进行的 其中，TCON、SCON、IE、IP是相关SFR。,1、TCON寄存器,第5章 单片机的中断系统,定时/计数器的控制寄存器（Timer/Counter Control Register），字节地址为88H，可位寻址。,51单片机复位后，TCON初值为0，即默认为无上述4个中断请求、电平触发外部中断方式。,=1，有中断请求 =0，无中断请求,=1，脉冲触发 =0，电平触发,第5章 单片机的中断系统,2、SCON寄存器,串口控制寄存器(Serial control register)，字节地址为98H，可位寻址。,

8、TI和RI虽然是2个中断请求标志位，但在SCON之后经或门电路合成为1个信息，统一接受中断管理。,=1，有中断请求 =0，无中断请求,第5章 单片机的中断系统,中断允许寄存器（Interrupt Enable Register），字节地址为A8H，可位寻址。,单片机复位后，IE的初值为0，即默认为整体禁止中断。,3、IE寄存器,=1，允许中断 =0，禁止中断,第5章 单片机的中断系统,51单片机复位后，IP初值为0，即默认为全部低优先级中断。,4、IP 寄存器 中断优先级寄存器（Interrupt Priority Registers），字节地址为B8H，可位寻址。,=1，高优先级 =0，低优

9、先级,第5章 单片机的中断系统,当多个同级中断源同时提出中断请求时，CPU将优先响应自然优先级高的中断请求。,优先级原则小结： 1）高级中断请求可以打断正在执行的低级中断； 2）同级或低级中断请求不能打断正在执行的中断； 3）同级中断源同时提出请求时按自然优先级响应： INT0 T0 INT1T1TI/RI 4）单片机复位时，IP各位都被置0， 所有中断源为低级中断,第5章 单片机的中断系统,第5章 单片机的中断系统,中断嵌套的实例演示,功能： LED0的显示为主函数功能； K0产生INT0中断请求，调用LED1显示功能； K1产生INT1中断请求，调用LED2显示功能； 设置INT1为高级中

10、断，INT0为低级中断； 高级中断运行时，若有低级中断请求，则D1点亮；高级中断结束后，低级中断才能运行。,第5章 单片机的中断系统,中断嵌套实例的仿真运行,中断标志汇总,第5章 单片机的中断系统,中断管理寄存器汇总,第5章 单片机的中断系统,中断系统汇总,第5章 单片机的中断系统,5.1 中断的概念 5.2 中断控制系统 5.3 中断处理过程 5.4 中断编程及应用,第5章 单片机的中断系统,中断处理包括中断请求、中断响应、中断服务等环节。,第5章 单片机的中断系统,1、中断响应 CPU响应中断的基本条件为： （1）有中断源发出中断请求； （2）中断总允许位EA=1，即CPU开中断； （3）

11、申请中断的中断源的中断允许位为1。,第5章 单片机的中断系统,CPU响应中断后的操作过程： 中断优先级查询，阻止后来的同级或低级中断请求。 保护断点，即把程序计数器PC的内容压入堆栈保存。 清除中断请求标志位。 调用中断函数并开始运行。 返回断点继续运行。 除中断函数运行是软件方式外，其余中断处理过程都是由单片机硬件自动完成的。,第5章 单片机的中断系统,2、响应时间 从查询中断请求标志到执行中断函数第一条语句所经历的时间，称为中断响应时间。 CPU在每个机器周期的S6期间查询每个中断请求的标志位。 中断响应过程包括1个查询机器周期加2个调用中断函数周期，总计3个机器周期，这也是对中断请求做出

12、响应所需的最短时间。,C51中断函数的声明格式：,void 函数名 (void) interrupt n using m,interrupt n，表示是关于中断源n的中断服务函数；,using m，表示该中断函数将使用第m组工作寄存器。缺省为当前工作寄存器组。,第5章 单片机的中断系统,【注意】 1、中断服务函数既没有返回值，也没有调用参数； 2、中断服务函数只能由系统调用，不能被其他函数调用。,3、中断服务函数,5.1 中断的概念 5.2 中断控制系统 5.3 中断处理过程 5.4 中断编程及应用 5.4.1 中断的编程和应用举例 5.4.2 扩展外部中断源,第5章 单片机的中断系统,第5章

13、 单片机的中断系统,重新认识实例1的程序,中断允许设置也可采用字节变量实现，即IE=0 x81;,实例2 将第4章实例3改用中断方式实现,中断扫描法有键闭合时才扫描键盘，但不是判断有无按键闭合，而是获取闭合按键键号。,问题：查询扫描法需占用大量CPU机时，如何兼顾按键检测功能与其它程序功能？,第5章 单片机的中断系统,硬件更改： 增加一个4输入与门器件U3行线分接输入端，输出端接P3.2（INT0)；键盘连线改接在P1口。,第5章 单片机的中断系统,软件更改： 主函数中进行中断初始化，中断函数中查找闭合键号； 为下次中断做准备，每次中断返回前都应将列电平置为全低,行电平置为全高。,第5章 单片

14、机的中断系统,完整程序,第5章 单片机的中断系统,运行效果,第5章 单片机的中断系统,实例3 将第4章实例2改用中断方式实现,问题：当CPU运行于LED循环环节时，将因不能及时检测按键状态，而使按键操作不灵敏。,第5章 单片机的中断系统,硬件改动：增加一只4输入与门电路，使按键闭合电平作为外部中断信号。,第5章 单片机的中断系统,软件改动,参考程序,第5章 单片机的中断系统,运行效果按键动作灵敏度明显增强,第5章 单片机的中断系统,* 中断响应时间,在实时控制系统中，为了满足控制速度要求，常要弄清CPU响应中断所需的时间。中断响应时间是指从查询中断请求标志位到转向中断服务程序入口地址所需的机器

15、周期数，一般是3-8个机器周期。,响应中断最短时间是：,CPU查询中断标志的周期正好是执行一条指令的最后一个机器周期（占用一个机器周期），此后，不需等待即可响应中断，硬件自动生成并执行LCALL指令（需要2个机器周期），所以总共需要3个机器周期。,响应中断最长时间是：,CPU查询中断标志时，正好是开始执行RETI或访问IE、IP的指令，此时，需要把当前指令执行完再继续执行一条指令后，才能响应中断。执行前者最长需2个机器周期，而执行后者最长需4个机器周期（如乘、除指令），再加上执行长调用指令LCALL所需2个机器周期，总共需要8个机器周期。,通常，中断响应时间可以不予考虑，但在某些需要精确定时的

16、场合，应作出调整，以保证精确的定时。,* 中断请求的撤除,在中断请求被响应前，中断源发出的中断请求是由CPU锁存在特殊功能寄存器TCON和SCON的相应中断标志位中的。一旦某个中断请求得到响应，CPU必须把它的相应标志位复位成“0”状态。否则，MCS51就会因中断未能得到及时撤除而重复响应同一中断请求，这是绝对不能允许的。,五个中断源只分属于三种中断类型。这三种类型是：外部中断、定时器溢出中断和串行口中断。对于这三种中断类型的中断请求，其撤除方法是不同的。,一、定时器溢出中断请求的撤除,定时器溢出中断源的中断请求是自动撤除的，用户根本不必专门为它们撤除。,二、串行口中断请求的撤除,TI和RI是

17、串行口中断的标志位，中断系统不能自动将它们撤除，这是因为MCS51进入串行口中断服务程序后常需要对它们进行检测，以测定串行口发生了接收中断还是发送中断。为了防止CPU再次响应这类中断，用户应在中断服务程序的适当位置处通过如下指令将它们撤除:,CLR TI ；撤除发送中断 CLR RI ；撤除接收中断,若采用字节指令，则也可采用如下指令： ANL SCON，#0FCH；撤除发送和接收中断,三、外部中断的撤除,外部中断请求有二种触发方式：电平触发和负边沿触发。对于这两种不同的中断触发方式，MCS51撤除它们的中断请求的方法是不相同的。,在负边沿触发方式下,外部中断标志IE0和IE1是依靠CPU两次

18、检测INT0和INT1上触发电平状态而置位的。因此，芯片设计者使CPU在响应中断时自动复位IE0和IE1，以撤除INT0或INT1上的中断请求。在中断服务时，既然INT0或INT1停留在低电平，就不会再产生负边沿而使相应中断标志位IE0或IE1置位。,在电平触发方式下,外部中断标志IE0和IE1是依靠CPU检测INT0或INT1 上低电平而置位的。尽管CPU响应中断时相应中断标志IE0或IE1，能自动复位成“0”状态，但若外部中断源不能及时撤除它在INT0或INT1上低电平就会再次使已经变“0”的中断标志IE0或IE1置位，这是绝对不能允许的。因此，电平触发型外部中断请求的撤除必须使INT0或

19、INT1上低电平随着其中断被CPU响应而变为高电平。,外部中断信号,INSVR：ORL P1，#01H ANL P1，#0FEH CLR IE0 END,* 中断系统的初始化,中断系统初始化就是用户对管理中断系统的特殊功能寄存器中的各控制位进行赋值。,中断系统初始化步骤如下：,(1)开相应中断源的中断;,(2)设定所有中断源的中断优先级;,(3)若为外部中断,则应规定低电平还是负边沿的中断触发方式。,解： 采用位操作指令, 采用字节型指令,* MCS-51单片机的单步工作方式,单步工作方式，即单步执行：就是由外来脉冲控制程序的执行，使之达到来一个脉冲就执行一条指令的目的。而外来脉冲是通过按键产

20、生的，因此实际上单步执行就是按一次键执行一条指令。,假定利用外部中断0来实现程序的单步执行，为此应事先作好两项准备工作：, 建立单步执行的外部控制电路；, 编写外部中断0的中断服务程序。,CLR IT0 ；设置外部中断0为电平触发 SETB EA；CPU开中断 SETB PX0；置外部中断0为高优先级 SETB EX0；外部中断0开中断,其初始化程序如下：,* 查询式扩展外部中断源,当外部中断源较多时，可以采用查询的方式扩展中断源。把多个中断源通过硬件（如或非门）引入外中断源输入端（INT0或INT1），同时又连到某I/O口。这样，每个中断源都可能引起中断，并在中断服务程序中通过软件查询便可确定哪一个是正在申请的中断源，其查询的次序则由中断源优先级决定，这样可实现多个外部中断源的扩展。,当系统的各部分工作正常时，4个故障源输入端全为低电平，显示灯全熄灭。只有当某部分出现故障时，对应的输入线由低电平变为高电平，从而引起8031中断，在中断服务程序中通过查询即可判定故障源，并进行相应的灯光显示。,对应的参考程序清单如下：,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP PINT；转中断服务程序 ORG 100H MAIN：ANL P1，#5