单片机功能单元[3].ppt

1、福州大学 物理与信息工程学院,单片机原理及应用,第四章MCS-51单片机功能单元,4.3MCS-51单片机中断系统,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,3,一、中断的概念,计算机系统根据需要，可以中断正常的工作程序，改去处理外部需要处理的事件。当外部事件处理完后再回到正常的工作程序中。,4.3.1 中断的概述,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,4,中断系统是计算机的重要指标之一。,某人看书 执行主程序 日常事务 电话铃响 中断信号如INT=0 中断请求 暂停看书 暂停执行主程序 中断响应 书中作记号 当前PC入栈 保护断点 电话谈话 执行中断程序 中断服务 继续看书 返回

2、主程序 中断返回,日常生活中的中断与计算机中断的比较：,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,5,中断源：能够打断当前程序的外部事件。 中断优先级和中断优先权 中断嵌套。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,6,子程序是预先安排好的，使用软件调用； 中断是随机发生的，硬件主动执行。,中断与子程序的区别,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,7,二、中断的作用,实现高速CPU与慢速外设之间的配合； 实现实时处理； 实现故障的紧急处理； 便于人机联系。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,8,三、中断处理过程,中断请求保护断点中断响应 中断返回（恢复断点） 使用

3、堆栈保护现场和恢复现场。 开中断、关中断：是否允许中断嵌套，防止重复中断，现场处理时关中断。 中断服务处理。 中断返回：RETI 不同于RET。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,9,一、中断源及其中断服务程序入口地址,它的中断处理程序可实现两级嵌套，有较强的中断处理能力； 单片机对中断系统的管理是通过相关的专用寄存器来实现的。,4.3.2 中断系统,1、 MCS-51单片机有5个中断源，2个中 断优先级；,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,10,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,11,中断源及相应的中断服量和中断标志,2020/8/6,福州大学物理与信息工

4、程学院,12,二、与中断有关的SFR,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,13,1、中断允许控制寄存器IE,EA 中断允许的总控制位，IE.7 EX0 外部中断0 (INT0)允许控制位，IE.0 EX1 外部断1 (INT1)允许控制位，IE.2 ET0 定时计数器0(T0)允许控制位，IE.1 ET1 定时计数器1(T1)允许控制位，IE.3 ES 串行口(RI/TI)允许控制位，IE.4,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,14,IE复位值是00H，即总中断开关关闭。禁止所有中断。 单片机在响应中断后不能自动关中断，若想禁止中断嵌套，必须用软件关闭。 软件关闭可以用字

5、节寻址也可位寻址。 例：开放外部中断0： MOV IE , #81H 或 MOV 0A8H , #81H 或 SETB EA; SETB EX0,1、中断允许控制寄存器IE,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,15,TR0：定时计数器0停启使能位（与中断无关） TR1：定时计数器1停启使能位（与中断无关） TF0：定时计数器T0溢出标志位 TF1：定时计数器T1溢出标志位 提示：标志位TF0 ，TF1被硬件置位（=1）时，若中断是开放的，即可向CPU发出中断请求。在中断响应后转向中断服务程序时，硬件自动清0。,2、定时器控制寄存器TCON,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院

6、,16,IT0：外中断0请求信号方式控制位 IT0=0，电平触发（低电平有效），即低电平 引起中断； =1，边缘触发（负跳变有效），即高电平 跳变到低电平时引起中断。 IT1：外中断1请求信号方式控制位(作用同IT0),2、定时器控制寄存器TCON,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,17,IE0：外中断0 (INT0)负跳变申请标志位 IE1：外中断1 (INT0)负跳变申请标志位,2、定时器控制寄存器TCON,提示：标志位IE0 ，IE1被硬件置1时，若中断是开放的，即可向CPU发出中断请求。在中断响应后转向中断服务程序时，硬件自动清0。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程

7、学院,18,关于外部中断触发方式的说明,1.电平触发方式,CPU在每个机器周期的S5P2采样INT0和INT1的输入电平，在电平触发方式下，单片机中没有专门的中断请求标志，外部中断申请触发器的状态随着CPU在每个机器周期采样到的外部中断输入线的电平变化而变化，同时单片机响应中断后，也不能自动清除请求信号。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,19,对触发信号的要求： 触发信号低电平必须保持足够长的时间，直到CPU响应为止，但持续时间亦不能太长，在中断返回之前必须撤去。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,20,RD,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,21,二是在

8、单片机之外增设一个请求标志（使用触发器），如下图所示，再配合相应程序即可。,程序： MAIN： SETB P3.0 CLR IT0 SETB EX0 SETB EA HERE： AJMP HERE WBINT：CLR P3.0 MOV A，#0FFH MOV P1，A MOV A，P1 SWAP A MOV P1，A SETB P3.0 RETI,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,22,关于外部中断触发方式的说明,2.边缘触发方式,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,23,3、串行口控制寄存器SCON,与串行中断有关的是RI和TI(SCON.0、SCON.1) RI(SC

9、ON.0)：串行口接收中断申请标志位，有软件置0 TI(SCON.1)：串行口发送中断申请标志，有软件置0,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,24,中断优先级：由软件对IP设置 PX0：外中断0 IP.0 PT0：定时器T0 IP.1 PX1：外中断1 IP.2 PT1：定时器T1 IP.3 PS：串行口中断 IP.4 各位设置为1时为高优先级，各位设置为0时为低优先级。,4、中断优先级寄存器IP,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,25,中断优先权： 当5个中断源在同一个优先级的情况下，由硬件顺序排列了优先权： INT0 T0 INT1 T1 串行口,2020/8/6,

10、福州大学物理与信息工程学院,26,MCS-51中断系统内部结构,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,27,在开放中断的条件下（IE），使用中断优先级的原则：,非中断服务程序可被任一个中断申请所中断； 若干中断同时申请中断时，CPU先选择优先级高的进行中断响应； CPU同时接收到几个优先级相同的中断申请时，先响应中断优先权高的； 低优先级可被高优先级的中断申请所中断，但同级不能嵌套。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,28,三、MCS-51单片机对中断的响应,1、响应条件 前提： 中断源有中断申请； 此中断源的中断允许位为“1”； CPU开中断，即总开关EA1。,2020/

11、8/6,福州大学物理与信息工程学院,29,CPU在每个机器周期的S6都对中断源进行检测，并对其排列顺序。,在满足下列条件时才响应中断： 无同级或更高级中断正在服务； 当前指令周期已经结束； 若现行指令为RETI或访问IE、IP指令时，执行该指令以及紧接着的下一条指令也要执行完成。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,30,CPU将在下一个机器周期S1响应中断。若中断申请已置，但因上述条件封锁未被立即响应，且当封锁解除后申请已复位，则中断不再被响应。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,31,2、中断响应时间 从产生外部中断请求到开始执行中断服务程序的第一条指令的时间。,20

12、20/8/6,福州大学物理与信息工程学院,32,最短需要三个周期：一个周期用于查询中断请求标志位，且这个周期恰好是指令的最后一个周期，则在这个机器周期结束后，中断请求被CPU响应，产生一条硬件自动生成的长调用指令LCALL，以使CPU转到相应的服务程序入口。这条指令需两个机器周期，故最少需三个机器周期。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,33,最长需8个机器周期：若在中断查询时正好开始执行RET、RETI或访问IE、IP，则需当前指令完成后再继续执行一条指令，才进行中断响应。 RET、RETI用2个机器周期 MUL、DIV用4个机器周期 LCALL用2个机器周期 8个机器周期,20

13、20/8/6,福州大学物理与信息工程学院,34,3、堆栈的应用：保护断点、保护现场 在中断服务程序开始，就需要保护现场，由PUSH入栈；在中断服务程序最后，由POP出栈。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,35,注：,入栈、出栈的顺序相反； 入栈和出栈数目相同； PUSH和POP必须成对出现； 设为堆栈区的字节单元不能再做数据缓冲区； SP初始值为07H，在初始化程序必须对SP置初值； 在发生中断嵌套时，为防止入栈错误，可以：主程序只使用工作寄存器0区、第一个中断服务程序使用1区、第二个中断服务程序使用2区,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,36,4、中断服务程序入口地

14、址 由于各个入口地址只相差8个字节单元，一般难以存放一个完整的中断服务程序，因此常在中断入口地址处存放一条无条件转移指令LJMP addr16，使服务程序转到后面充足的地址单元。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,37,四、应用举例：,例1: 设计一个程序，实时显示INT0引脚上出现的负跳变信号的累计数,ORG 0000H AJMP MAIN ORG 0003H AJMP IP0 ORG 0030H MAIN: MOV SP, #60H SETB IT0 SETB EA SETB EX0 MOV R7 , #00H LP : ACALL DISP AJMP LP ORG 0800H

15、 IP0 : INC R7 RETI,；程序地址 ；转至主程序 ；中断服务程序入口 ；转至中断服务程序 ；主程序初始化 ；设置外中断0的中断方式 ；开总中断 ；开外中断0 ；记累加数 ；DISP为显示R7内容到显示器的子程序 ；中断服务程序 ；中断返回,例1,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,39,例2,例2: 利用MCS-51单片机的外部中断实现系统 的单步操作。,解：一般单片机的开发系统都有单步运行用户程序的功能。在调试程序时，每按一次单步执行键，CPU就执行一条用户程序的指令，之后进入暂停等待状态，必要时还显示累加器中的内容和下条指令的地址。这是利用单片机的外部中断，配上简单

16、硬件（如下图），再经适当编程实现的。,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,40,例2,图5-8,下图中，INT0设为电平触发方式，INT0引脚平时为低电平，单片机处于中断服务中。用户一次按键出现一个正脉冲。CPU在中断服务程序中检测到一个正脉冲便返回主程序执行一条用户程序指令，又得响应中断，等待用户按键，实现了单步操作。,初始化子程序为： CLR IT0；设INT0为电平触发 SETBEA ；CPU开中断 SETB PX0 ；置为高中断优先级 SETB EX0；允许INT0中断 RET 中断服务程序： LCALL SETDISBUF；设置显示数据 LCALL DISPDATA； 显示

17、必要的数据 HIGH： JNB P3.2，HIGH ；等待引脚为高电平 LOW： JB P3.2，LOW ；再等待引脚为低电平 RETI,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,41,例3,利用8051将开关所设置的数据读入后驱动发光二极管,如下图所示，将P1口的P1.7P1.4设置成输入，P1.3P1.0设置成输出。现要求利用8051将开关所设置的数据读入后分别通过P1.3P1.0输出，驱动发光二极管，以检查P1.7P1.4输入电平的情况。要求采用外中断方式，每边沿触发一次，完成一次读、写任务。,程序清单如下: ORG 0000H AJMP GAFN ORG 0003H AJMP PA

18、USEO ORG 1100H GAFN: SETB EA SETB IT0 SETB EX0 DEFG: AJMP DEFG ORG 1200H PAUSEO:MOV A，#0FFH MOV P1，A MOV A，P1 SWAP A MOV P1，A RETI,2020/8/6,福州大学物理与信息工程学院,42,的输入线才由低电平变为高电平，从而引起8031中断。中断服务的任务就是判定故障源，并使相应的LED显示。,例4,利用中断实现多个故障显示的电路。,下图为利用中断实现多个故障显示的电路。当系统无故障时，4个故障源输入端全为低电平，指示灯全熄灭，只有当某部分出现故障，其相应,ORG 0000H AJMPGAFN ORG 0003H