微机原理及应用 第5章 MCS-51 中断系统.ppt

1、第5章 MCS-51 中断系统,第5章 MCS-51 中断系统：,5.1 中断的概念 5.2 MCS-51 单片机的中断源 5.3 中断控制 5.4 中断处理过程 5.5 中断请求的撤销 5.6 外部中断的应用,引起CPU中断的根源，称为中断源。 中断源向CPU提出的中断申请，称为中断请求。 CPU暂时中断原来的事务A，转去处理事件B的过程称为中断响应。 CPU处理事件B的过程称为中断服务或中断处理。 对事件B处理完毕后,再回到原来被中断的地方(断点), 称为中断返回。 整个过程称为中断 。,5.1 中断的概念,实现中断功能而配置的软件与硬件称统为中断系统。,随着计算机技术的应用，人们发现中断

2、技术不仅解决了快速主机与慢速I/O设备的数据传送问题，而且还具有如下优点：,分时操作。CPU可以分时为多个I/O设备服务，提高了计算机的利用率；,实时响应。CPU能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；,可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。,5.2 MCS-51 单 片机 的中断源5.3 中断控制,80C51的中断系统有5个中断源，2个优先级，可实现二级中断嵌套 。,8051有两个外部中断源，即外部中断0和外部中断1。它们的中断请求信号分别由引脚 （P3.2）和 （P3.3）输入。,5.2 80C51的中断源 1、外部中断源,每个外部中断

3、均有两种触发方式：电平触发和边沿触发。具体可通过SFR中的TCON的控制位IT0(TCON.0)、 IT1(TCON.2)的设置来选择。,电平触发方式是低电平有效。 边沿触发方式为脉冲的负跳变有效，即下降沿有效。,当CPU检测到P3.2引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE0(TCON.1)置1，向CPU申请中断。 当CPU检测到P3.3引脚上出现有效的中断信号时，中断标志IE1(TCON.3)置1,向CPU申请中断。,定时器中断源为两个T0、T1：实现定时和计数功能。 当片内定时/片外计数器T0、T1发生溢出时，置位TF0、TF1，并向CPU申请中断。 溢出：超出其无符号数表示范围， 特征

4、：计数值从全1变为全0时发生,当串行口接收完一帧串行数据时置位RI 当串行口发送完一帧串行数据时置位TI 均向CPU申请串行口中断，属同一中断源。,5.2 80C51的中断源 2、定时器中断源,3、串行口中断源,5.3.1、定时器控制寄存器 TCON,IT0（TCON.0），外部中断0触发方式控制位。 当IT0=0时，为电平触发方式（低电平有效） 。 当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。 IE0（TCON.1），外部中断0中断请求标志位。 IT1（TCON.2），外部中断1触发方式控制位。 IE1（TCON.3），外部中断1中断请求标志位。 TF0（TCON.5），定时/计数器T0溢

5、出中断请求标志位。 TF1（TCON.7），定时/计数器T1溢出中断请求标志位。,5. 3 80C51中断的控制,T0启动、停止控制位,T0溢出中断申请标志位，,INT0中断触发方式控制位,INT0中断申请标志位,5.3.2、串行口控制寄存器 SCON,TI（SCON.1），串行口发送中断标志位。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，由硬件置位TI ，请求中断。CPU响应中断后，不能自动清除TI，必须由软件清除TI 。 RI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个帧串行数据时，由硬件置位RI。 CPU响应中断后，

6、必须由软件清除RI 。,5.3.3 中断允许控制寄存器 IE,EA： 中断允许总控制位。EA=0，禁止所有中断申请；EA=1，开放所有中断。但是否允许各中断源的中断请求，还要取决于各中断源的中断允许控制位的状态。 ES： 串行口的中断允许位。 ET1： 定时器/计数器T1的中断允许位。 EX1： 外部中断1INT1的中断允许位。 ET0： 定时器/计数器T0的中断允许位。 EX0： 外部中断0INT0的中断允许位。 以上5个中断允许控制位为“0”时，禁止中断，为“1”时允许中断。,80C51单片机有两个中断优先级，即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中的相

7、应位的状态来规定的 。,PX0（IP.0），外部中断0优先级设定位； PT0（IP.1），定时/计数器T0优先级设定位； PX1（IP.2），外部中断0优先级设定位； PT1（IP.3），定时/计数器T1优先级设定位； PS （IP.4），串行口优先级设定位。 以上5个中断优先级控制位分别为“0”时，为低级中断，为“1”时为高级中断。,5.3.4 中断优先级控制寄存器 IP,80C51单片机有两个中断优先级，即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中的相应位的状态来规定的 。,5.3.4 中断优先级控制寄存器 IP,正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的

8、中断请求所中断，但能被更高优先级中断请求所中断-嵌套。,CPU同时接收到几个不同优先级的中断时， CPU首先响应优先级别最高的中断请求。 CPU同时接收到几个同一优先级的中断申请时，则CPU通过内部硬件查询逻辑按自然优先级顺序决定响应哪个中断请求。自然优先级顺序排列如下所示：,正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断，但能被更高优先级中断请求所中断-嵌套。,5.4 中断处理过程,5.4.1 中断采样-对外部中断源信号 5.4.2 中断查询-对中断源标志位 5.4.3 中断响应、处理 5.4.4 中断返回,5.4.1 中断采样,在每个机器周期的S5P2期间，中断系统对各个外部中

9、断源信号进行检测，根据检测结果，设置相应中断标志位IE0 IE1的状态。,电平触发方式的外部中断请求：由一次检测结果来决定 若为高电平，表明没有中断请求，将对应的标志位IE0 IE1清零。 若为低电平，表明有中断请求，将对应的标志位IE0 IE1置。,边沿触发方式的外部中断请求：由相邻两次检测结果来决定 若为先高后低电平，表明有中断请求，将对应的标志位IE0 、IE1置。 否则，表明没有中断请求，不改变IE0 、IE1的状态,5.4.2 中断查询,CPU执行程序过程中，在每个机器周期的最后一个状态S6期间，按先后顺序对上一机器周期各个中断标志位的状态进行查询。,中断标志位为：表明有中断请求 在

10、接下来的机器周期S1期间按优先级进行中断处理。,中断标志位为：表明没有中断请求,中断查询由硬件自动完成，先后顺序为： IE0TF0 IE1 TF1RI和TI,5.4.3 中断响应,CPU执行程序过程中，对中断源提出的中断请求进行的接受响应处理,、中断响应的条件 （1） 有中断源请求信号，中断源标志位为1。 （2） 中断允许开放即EA1，且中断源对应的中断允许位置位1。 （3） 无同级或更高级中断正在服务。 （4） 当前的指令周期已经结束。 （5） 如果当前指令为RETI、RET或访问IE和IP的指令，至少需要再执行完一条指令。 当同时满足以上5个条件时CPU将对中断请求进行响应。,5.4.3

11、中断响应,、中断响应,将相应的优先级状态触发器置1 （以阻断后来的同级或低级的中断请求）。 执行一条硬件LCALL指令： 硬件清零相应中断请求标志（TI、RI除外） 将当前PC内容压入堆栈保护断点 将中断服务子程序入口地址送PC转移,中断响应是由中断系统内部自动完成的。,5.4.3 中断响应,3、中断的响应时间,是指从中断请求标志位置1，到进入相应的中断服务程序开始执行第一条指令所持续的时间。,若M1周期的S5P2前某中断生效，在S5P2期间其中断请求被锁存到相应的标志位中去； M2恰逢指令的最后一个机器周期，且该指令不是RETI或访问IE、IP的指令。于是，M3和M4便可以执行硬件LCALL

12、指令，M5周期将进入了中断服务程序。 80C51的中断响应时间，至少要3个完整的机器周期。,5.4.3 中断响应,4、中断处理,中断处理就是执行中断服务子程序。 从中断入口地址开始执行程序，直到返回指令RETI为止。,5.4.4 中断返回,中断返回是指中断服务程子序执行完后，CPU返回原来断开的位置（断点），继续执行原来的程序的过程； 由RETI指令来完成，具体过程为： 将相应中断优先级状态触发器清0，通知中断系统，中断服务程序已执行完毕，可以响应其他同级或更低级的中断。 将断点地址从栈顶弹出送回PC恢复断点 ， CPU从原来中断的地方继续执行程序；,注意，不能用RET指令代替RETI指令。在

13、中断服务程序中PUSH指令与POP指令必须成对使用，否则不能正确返回断点 。,5.5 中断请求的撤销,CPU响应某中断请求后，在中断返回之前，应撤除该中断请求标志，否则会再次中断。,对定时计数器T0、T1的溢出中断，CPU响应中断后，硬件自动清除中断请求标志TF0和TF1。用户对此不必考虑。,对于串行口中断，CPU响应中断后，没有用硬件清除中断请求标志TI、RI，即这些中断标志不会自动清除，必须用软件清除 CLR RI；CLR TI，这是在编串行通信中断服务中应该注意的。,5.5 中断请求的撤销,对电平触发的外部中断，CPU在响应中断时硬件不会自动清除中断标志，也不能用软件清除中断标志，因此，

14、在CPU响应中断后应立即撤除INT1或INT0的低电平信号， 需要外加硬件电路和软件配合才能实现。P95,对边沿触发的外部中断INT1和INT0，CPU响应中断后硬件自动清除中断请求标志IE0和IE1。用户对此不必考虑。,5.6 外部中断的应用,5.6.1 中断程序设计 5.6.2 单外部中断源举例 5.6.3 多外部中断源举例,5.6.1 中断程序设计,主、子程序结构 中断服务子程序的主程序设计 中断初始化 用户对中断的控制和管理，实际是对4个与中断有关的寄存器TCON、SCON 、 IE、 IP进行控制或管理。 在中断初始化编制中应注意： 开中断总控开关EA，置位中断源的中断允许位。 对外

15、部中断INT0、INT1应选择中断触发方式。 多个中断源中断，应设定中断优先级，预置IP。 中断服务子程序设计 入口地址固定,中断服务程序的主程序设计框架,ORG0000H; 0000H为PC复位地址 LJMPMAIN;MAIN为主程序入口地址 ORG0003H; 为外部中断0服务子程序硬件入口地址 LJMPINT_0;INT_0为外部中断0服务程序真正入口地址 ORG000BH; 为定时器0中断服务子程序硬件入口地址 LJMPT_0;T_0为定时器0服务程序真正入口地址 ORG0013H;为外部中断1服务子程序硬件入口地址 LJMPINT_1;INT_1为外部中断1服务程序真正入口地址 .

16、ORG0100H;真正的主程序开始 MAIN:MOV SP, #60H;堆栈初始化 ;中断初始化：对TCON、SCON 、 IE、IP的初始化 SETBIT0;将外部中断0设置为下降沿触发方式 SETBEA;CPU开中断 SETBEX0;外部中断0开中断 SJMP$;等待中断，此处也可以放置其他处理程序。,中断服务子程序设计框架,INT_0: ; INT_0为外部中断0服务程序真正入口地址 CLREA；关中断 PUSH PSW ；保护现场 PUSH A SETBEA；开中断，允许CPU响应高级中断 ；中断服务子程序 ；中断服务子程序 CLREA；关中断 POP A ；恢复现场 POP PSW

17、SETBEA；开中断 RETI；中断返回,5.6.2 单外部中断源举例,例 程序单步执行方式的外部中断实现，每按一次按钮产生一个正脉冲，只执行一条指令。 P34 把一个外部中断（设为INT0）设置为高优先级和低电平触发方式。 ORG0000H; 0000H为PC复位地址 LJMPMAIN;MAIN为主程序入口地址 ORG 0003H;外部中断0入口地址 INT_0: JNB P3.2, $ ;在INT0变高前=0原地等待(死循环)，不往下执行 JB P3.2, $ ; 在 INT0变低前=1原地等待(死循环) RETI ; INT0 =0返回主程序，并执行下一条指令 ORG0100H;真正的主

18、程序开始 MAIN:MOV SP, #60H;堆栈初始化 SETBPX0；设置外部中断0为高优先级 CLRIT0;将外部中断0设置为低电平触发方式 SETBEA;CPU开中断 SETBEX0;外部中断0开中断 INC A INC A ；需要单步执行的程序。 SJMP$;等待中断，此处也可以放置其他处理程序。,5.6.2 单外部中断源举例,【例5-1】用一个按钮控制8个发光二极管，每按动一次按钮，使发光二级管按L1L2 . L8 L1 的顺序循环移动点亮一位。,ORG0000H SETBP3.3;将P3.3口设置为输入状态 MOVA, #0FEH;设置L1L8的初始状态 LOOP:MOVP1,

19、A JBP3.3, $;若按钮未动作，则原地等待 JNBP3.3, $;等待按钮释放，保证按动一次 ;发光二极管只移动一位 RLA SJMPLOOP END,1、采用查询方式实现,5.6.2 单外部中断源举例,【例5-1】用一个按钮控制8个发光二极管，每按动一次按钮，使发光二级管按L1L2 . L8 L1 的顺序循环移动点亮一位。,ORG0000H;PC复位地址 AJMPMAIN;MAIN为主程序入口地址 ORG0013H AJMPINT_1;INT_1为外部中断1服务程序入口地址 ORG0100H;真正的主程序开始 MAIN:MOVSP, #60H;堆栈初始化 MOVA, #0FEH;设置L

20、1L8的初始状态 MOVP1, A;点亮二极管L1 SETBIT1;将外部中断1设置为下降沿触发方式 SETBEA;CPU开中断 SETBEX1;外部中断1开中断 SJMP$;等待中断，此处也可以放置其他处理程序。 ORG0200H;真正的外部中断1服务程序 INT_1:RLA;修改灯的状态 MOVP1, A RETI;中断返回 END,2、采用中断方式实现,利用外中断0实时显示多个外部系统故障状态。 要求：a、当系统工作正常时，四个故障源输入全为低电平，显示灯全熄灭； b、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； c、在中断服务程序中查询故障源，并对相应的发光二极管LED输出低电平，进行相应的故障显示。,5.6.3 多外部中断源举例,ORG0000H AJMPMAIN;跳转主程序 ORG0003H AJMPPITO;跳转外部中断0服务程序 ORG0030H MAIN:ORLP1, #0FFH;（主程序开始）灯全灭，准备好 SETBEA;开放总