第4章.中断技术.ppt

1、MCS-51单片机原理及接口技术第4章 中断技术,主讲 王可宁 西安工业大学光电工程学院,一个完整的微机系统是由硬件和软件共同构成的。微机系统的硬件由CPU、存储器和I/O口，以及外设组成。CPU与存储器之间的信息交换比较简单，而CPU与外设之间进行信息交换之前必须确定外设是否准备好，即选择I/O传送方式。I/O传送方式有4种：无条件、查询、中断和DMA。本章学习中断传送方式的有关内容。 4.1 中断概述 4.2 MCS-51中断系统,第4章 中断技术,4.1 中断概述,返回,1、中断的定义： 在单片机中，当CPU在执行程序时，由单片机内部或外部的原因引起的随机事件要求CPU暂时停止正在执行的

2、程序，而转向执行一个用于处理该随机事件的程序，处理完后又返回被中止的程序断点处继续执行，这一过程就称为中断。 2、中断系统的定义： 中断系统是指为了实现中断传送过程在CPU内外设置的硬件和有关中断的指令。 3、中断源： 中断源的定义：中断源是指引起中断请求的来源。 中断源的分类： 软中断和 硬中断。,通过指令引起的中断。,可以发中断请求信号的外设或过程。如打印机、驱动器、故障源和A/D转换器等。,4、中断处理的全过程 中断处理的全过程分成4个阶段：中断请求、中断响应、中断服务和中断返回。,5、中断优先级和中断嵌套 (1)当系统中有多个中断源同时向CPU提出中断请求时，CPU按照它们的中断优先级

3、进行响应。 CPU在收到多个外设的请求后，按中断处理原则处理中断。 当CPU正在处理某一较低中断源而同时有较高优先级的中断源向CPU提出中断请求时，则发生中断嵌套。,中断嵌套示意图,中断请求,1CPU都有中断请求输入线。 中断请求输入线有2类：非屏蔽中请输入线和可屏蔽中请输入线；有的CPU只有可屏蔽中断请求输入线，而有的CPU则2种都有。 2CPU的开、关中断。 CPU内有1个中断请求触发器IFF，当IFF=1时，称CPU开中断，此时CPU可以处理收到的可屏蔽中断请求；当IFF=0时，称CPU关中断，虽然 CPU收到了可屏蔽中断请求，但不处理（响应）它。 3CPU内有中断请求检测电路。 CPU

4、每执行一条指令，其内的中断请求检测电路都要检测中断请求输入端的状态： 先测NMI，若NMI有效，则CPU进入非屏蔽中响阶段。 若NMI无效，则检测INT的状态。 若INT有效且CPU开中断，则CPU进入可屏蔽中响阶段。 若INT有效但CPU关中断，则CPU执行下一条指令。 若INT无效，则CPU执行下一条指令。,对于非屏蔽中请输入线上的中请，CPU无条件的响应。,对于可屏蔽中请输入线上的中请，只有在CPU和中断源都开中断的情况下才能响应。,返回,中断响应,1中断响应定义 中断源向CPU发出中断请求，若其优先级别最高，CPU在满足一定的条件下，可以中断当前程序的运行，保护好被中断的主程序的断点及

5、现场信息。然后，根据中断源提供的信息，找到中断服务子程序的入口地址，转去执行新的程序段，这就是中断响应。 2中断响应条件 （1）有中断源请求；（2）该中断源被允许；（3）总中断源开放; （4）CPU完成当前的指令周期； 3任何CPU在中断响应阶段一定做如下工作： 保护断点地址，给出中断服务程序入口地址（将中断服务程序的首地址送给PC，为CPU执行装段服务程序创造条件）；有的CPU还会做出自动关中断等操作。,返回,中断服务,中断服务子程序是由用户根据自己的需要编制的，编制时要注意如下问题： 1保护现场： 由一系列的PUSH指令组成。目的是为了保护现场，(如断点地址、A，PSW，工作寄存器等)，如

6、果中断服务子程序中所使用的寄存器与主程序中所使用的寄存器等没有冲突的话，这一步骤可以省略。 2开/关中断：由SETB或CLR指令实现。目的是为了能控制中断。 3中断服务： 与中断源实现信息交换。 4恢复现场： 由一系列的POP指令完成。是与保护现场对应的，但要注意数据恢复的次序，以免混乱。 5中断返回： 使用中断返回指令RETI。不能使用一般的子程序返回指令RET，因为RETI指令除了能恢复断点地址外，还能恢复中断响应时的标志寄存器的值，而这后一个动作是RET指令不能完成的。,返回,中断服务子程序结构图,中断服务子程序结构图,返回,中断处理原则,返回,1当多个中断源同时提出中请时，CPU按优先

7、级的高低由高到低依次为外设服务。 2当CPU正为某外设服务又有新外设提出中请时， 若新外设级别高则CPU终止为原外设服务转去为新外设服务，为新外设服务完后，再为原外设服务。 若新外设级别低或与原外设同级，则CPU继续为原外设服务，为原外设服务完后，再为新外设服务。,4.2 MCS-51中断系统,4.2.1 MCS-51中断系统结构 4.2.2 MCS-51中断处理过程 4.2.3 MCS-51中断系统应用,返回,4.2.1 MCS-51中断系统结构,MCS-51系列单片机上集成有中断系统，从使用者的角度出发，MCS-51的中断系统就是一些SFR，如IE、IP、TCON、SCON。,返回,INT

8、0,定时器1,串行口,外设,外设,0,INT1,0,IE0,IE1,TF0,TF1,定时器0,TCON,RI,TI,SCON,EX0,EX1,ET0,ET1,ES,IE,EA,PX0,0,1,PX1,0,1,PT0,0,1,PT1,0,1,PS,0,1,IP,0003H,000BH,0013H,001BH,0023H,0003H,000BH,0013H,001BH,0023H,PC,高,低,中断源,MCS-51中断源,MCS-51单片机有5个中断源。5个中断源分为2种：2个外中断（由P3.2INT0和P3.3INT1引入）和3个内中断（T0、T1和串口）。每个中断源对应一个中断标志位，当某个中

9、断源有中断请求时，相应的中断标志位置1，各个中断源的中断标志位在TCON和SCON中。,返回,中断标志与TCON和SCON,1、TCON：88H 可以按字节操作，也可以按位操作。 TCON：98H 可以按字节操作，也可以按位操作。 2、在每条指令结束时，CPU检测各个中断标志位，若中断标志位置1，则认为有中断请求。 3、外中断有2种触发方式：低电平和下降沿，由TCON中的TI0和 TI1决定。 当IT0=1，INT0为脉冲方式（边沿触发方式），后沿负跳变有效；当IT0=0，电平触发方式，低电平有效。此位可由软件置1或清0。 当IT1=1，INT1为脉冲方式（边沿触发方式），后沿负跳变有效；当I

10、T1=0，电平触发方式，低电平有效。此位可由软件置1或清0。,返回,MCS-51单片机的5个中断源都是可屏蔽中断，即用户可以通过软件方法来控制是否允许CPU去响应中断。CPU对中断源的中断开放（也称中断允许）或中断屏蔽（也称中断禁止）的控制是通过中断允许控制寄存器IE来实现的。 IE：A8H ，可以按字节操作，也可以按位操作。 EA： 当EA=0时， 称CPU关中断。当EA=1时，称CPU开中断。 EX0：当EX0=0时，禁止INT0 申请中断；当EX0=1时，允许INT0 申请中断。 EX1：当EX1=0时，禁止INT1申请中断；当EX1=1时，允许INT1申请中断。 ET0：当ET0=0时

11、， 禁止T0中断；当ET0=1时，允许T0中断。 ET1：当ET1=0时， 禁止T1中断；当ET1=1时，允许T1中断。 ES： 当ES=0时， 禁止串行口中断；当ES=1时，允许串行口中断。,中断开放与中断允许控制寄存器 IE,返回,中断开放与中断允许控制寄存器 IE 8051复位后IE=00H，说明CPU和各个中断源都关中断。 注意：单片机在响应中断后不会自动关中断，因此，如果在转入中断服务处理程序后，如果想禁止更高级的中断源的中断申请，可以用软件方式关闭中断。 例如：假定要开放外中断1和T1的溢出中断，屏蔽其他中断，则对应的中断允许控制寄存器内容应为10001100B，即中断允许控制字为

12、8CH。 使用字节操作指令，可用一条指令MOV IE，8CH完成。 使用位操作指令，则需三条指令SETB EX1；SETB ET1；SETB EA实现。,中断优先级与中断优先级寄存器 IP,MCS-51单片机的中断系统对优先级的控制比较简单，只规定了两个中断优先级，对于每一个中断源均可编程为高优先级中断或低优先级中断，各中断源的优先级由中断优先级控制寄存器IP设定。 IP：B8H ，可以按字节操作，也可以按位操作。 PX0：当PX0=0时，INT0 处于低级；当PX0=1时，INT0 处于高级。 PX1：当PX1=0时，INT1 处于低级；当PX1=1时，INT1 处于高级。 PT0：当PT0

13、=0时，T0 处于低级；当PT0=1时，T0 处于高级。 PT1：当PT1=0时，T1 处于低级；当PT1=1时，T1处于高级。 PS： 当PS=0时， 串行口处于低级；当PX0=1时，串行口处于高级。 8051复位后IP=00H，说明各个中断源都处于低级。,返回,注意： 1、当五个中断源在同一个优先级的情况下INT0优先权最高，串行口优先权最低。在同一个优先级中，对五个中断源的优先次序安排如下： INT0T0INT1T1串口 （中断优先级从高到低） 2、对于外中断来说，可以用软件查询法和硬件排队电路法确定优先级。 3、通过对IP寄存器的编程，可以把五个中断源分别定义在 两个优先级中，软件可以

14、随时对IP的各位清0或置1。 例如： 某软件中对寄存器IE、IP设置如下： MOV IE，10001111B ； MOV IP，00000110B 此时该系统中： CPU中断允许；允许外部中断0、外部中断1、定时/计数器0、定时/计数器1发出的中断申请。 允许中断源的中断优先次序为：定时/计数器0外部中断1外部中断0定时/计数器1。,中断优先级与中断优先级寄存器 IP,4.2.2 MCS-51中断处理全过程,1、中断请求 MCS-51单片机内部的中断检测电路随时检测各个中断源，检测到有每个中断源有中请后，将相应的中断标志位置1。 CPU在每条指令结束时，检测各个中断标志位，若中断标志位置1，则

15、认为有中断请求。 CPU读取IE和IP的内容，若中断允许且满足如下条件，则在下一个机器周期进入中断响应阶段。 没有同级或更高级的中断正在执行（否则必须等CPU为它们服务完之后，才能响应新中断请求。） 执行完的指令不是RETI或访问IE和IP的指令（否则必须另外执行一条指令后才能响应。） 2、中断响应 在中断响应阶段单片机做2件工作： 断点地址压栈，以及保护现场。 根据不同的中断源，将不同中断源的入口地址送入PC指针，从而转到不同的地方执行中断服务程序。,返回,各个中断源的入口地址是：0003H、000BH、0013H、001BH、0023H。 INT0 T0 INT1 T1 串行口 注意：80

16、51在响应了INT0、INT1、T0、T1的中断之后会自动清除它们的中断标志位，但不会清除串口的中断标志位。 3、中断服务 CPU响应中断后即转至中断服务程序的入口，执行中断服务程序。 针对中断源的具体要求进行不同处理，不同的中断源其中断处理内容可 能不同。 4、中断返回 中断服务（子）程序的最后一条指令是RETI，RETI指令使程序返回被 中断的（主）程序继续执行。 CPU执行该指令，一方面清除中断响应时所置位的优先级有效触发 器；另一方面从堆栈栈顶弹出断点地址送入程序计数器PC，从而返回 主程序。,4.2.2 MCS-51中断处理全过程,4.2.3 MCS-51中断系统的应用,1、中断系统

17、初始化 在使用MCS-51单片机内部的中断系统时，需要对其初始化，89C51的中 断系统的初始化包括：开中断、确定优先级，若是外中断，应确定触发方式。 例： 设引脚P3.2接有一个开关，当开关按下并抬起时，产生一次中断，试对中 断系统初始化。 MOV SP，#60H MOV IE，#81H SETB IT0 2、中断系统应用举例 例1 用中断实现如下功能：将30H60H单元的内容送微型打印机打印。 例2 用中断实现如下功能： 2个开关K1和K2，1个数码管，当K1按下时数码管 加1，K2按下时数码管减1。,返回,例1 用中断实现如下功能：将30H60H单元的内容送微型打印机打印。,返回,P1.

18、0,P1.1,P1.2,P1.3,STB,ACK,BUSY,89C51,D6,D0,D1,D2,D3,D4,D5,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,微型打印机,D7,P2.0,P3.2,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0003H LJMP AINT0 MAIN：MOV SP，#60H SETB EA SETB EX0 SETB IT0 MOV R0,#30H MOV P1,R0 SETB P2.0 CLR P2.0 SJMP $,AINT0: INC R0 CJNE R0,#61H,AINT00 MOV P1,R0 SETB P2.0 CLR P2.0 AINT00: RETI,例2：用中断实现如下功能： 2个开关K1和K2，1个数码管，当K1按下时数码管 加1，K2按下时数码管减1。,返回,P1.0,P1.1,P1.2,P1.3,89C51,P1.4,P1.5,P1.6,P1.7,COM,a,b,c,d,e,f,g,共阴极LED,K1,K2,P3.2,