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1、第6章 中断系统,6.1 概述 6.2 MCS - 51中断系统 6.3 中断系统的应用,6.1 概 述,1. 中断 中断是指计算机在执行某一程序的过程中, 由于计算机系统内、 外的某种原因, 而必须中止原程序的执行, 转去执行相应的处理程序, 待处理结束之后, 再回来继续执行被中止的原程序的过程。,采用了中断技术后的计算机, 可以解决CPU与外设之间速度匹配的问题, 使计算机可以及时处理系统中许多随机的参数和信息, 同时, 它也提高了计算机处理故障与应变的能力。 “中断”与“查询”相比： 执行效率 实时性 ,2. 中断源在计算机系统中可以向CPU发出中断请求的来源,1).设备中断 由组成计算
2、机应用系统的外部设备发出的中断申请，称为设备中断。 2).定时时钟 定时提出中断申请。例如，在定时控制或定时数据采集系统中，由内部或外部时钟电路定时，一旦到达规定的时间，时钟电路就向CPU发出中断申请。 3).故障源 例如：目前，微型机的内存RAM是采用半导体存储器，所以在电源掉电时，需要接入备用电源，以便保护存储器RAM中的信息、一般的做法是，在直流电源上并联电容，当电容电压因电源掉电下降到一定值时就发出中断申请，CPU响应中断执行保护现场信息的操作。,4).程序性中断源 例如，为调试程序而设置断点、单步工作等。 对于每个中断源，不仅要求能发出中断请求信号，而且这个信号还要能保持一定的时间，
3、直至CPU响应这个中断请求后才能而且必须撤消这个中断请求信号。这样既不会因CPU未及时响应而丢失中断申请信号，也不会出现多次重复中断的情况。 要求每个中断源的接口电路中有一个中断请求触发器。另外，在实际系统中，往往有多个中断源，为了增加控制的灵活性，在每个中断源的接口电路中还设置一个中断屏蔽触发器，由它控制该中断源的中断申请信号能否送到CPU。,3. 中断系统的功能,1). 实现中断及返回,2). 实现中断优先权排队,3). 实现中断嵌套,4. 中断响应的一般过程 (1) 在每条指令结束后, 系统都自动检测中断请求信号, 如果有中断请求，且CPU处于开中断状态下, 则响应中断。 (2) 保护现
4、场, 在保护现场前, 一般要关中断, 以防止现场被破坏。保护现场一般是用堆栈指令将原程序中用到的寄存器推入堆栈。,(3) 中断服务, 即为相应的中断源服务。 (4) 恢复现场, 用堆栈指令将保护在堆栈中的数据弹出来, 在恢复现场前要关中断, 以防止现场被破坏。在恢复现场后应及时开中断。 (5) 返回, 此时 CPU将推入到堆栈的断点地址弹回到程序计数器, 从而使CPU继续执行刚才被中断的程序。,6.2 MCS - 51中断系统,总体结构 中断源 中断控制 中断处理,注:各中断允许控制位=0,开关断开； =1,开关接通,TCON,SCON,6.2.2 中断源,表 6.1 8051 中 断 源,1
5、.外部中断(IE0,IE1) 外部原因引起的 两个中断源，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INT0(P3.2)和INT1(P3.3)引入 外部中断请求有两种信号方式：电平方式和脉冲方式可通过有关控制位的定义进行规定。电平方式是低电平有效；而脉冲方式则是脉冲的下跳沿有效,51中断分为三类：,2.定时中断(TF0,TF1) 定时中断是为满足定时或计数的需要而设置的 这种中断请求是在单片机芯片内部发生的， 无需在芯片上设置引入端。 3.串行中断(TI,RI) 串行中断是为串行数据传送的需要而设置的。每当串行口接收或发送完一帧串行数据时，就产生一个中断请求。因此串行中断请求也是在
6、单片机芯片内部自动发生的，同样不需在芯片上设置引入端。,中断请求标志（Flag） IE0：外部中断0中断标志 TF0：定时器/计数器0中断标志 IE1：外部中断1中断标志 TF1：定时器/计数器1中断标志 TI：串行口发送中断标志 RI：串行口接收中断标志,1. 定时器控制寄存器TCON的格式（88H ）,(MSB),(LSB),IT0：外部中断0触发方式选择位 0:低电平触发 1: 负跳变触发 IE0：外部中断0中断请求标志 IT1、IE1 类似 IT0、IE0 TR0：定时/计数器0运行控制位 0:停止 1:运行 TF0：定时/计数器0中断请求标志位 TR1、TF1 类似 TR0、TF0,
7、2. 串行口控制寄存器SCON的格式（98H）,SM0和SM1：串行口工作方式选择位 SM2：多机通信使能位 REN: 接收允许位 TB8：发送数据位8 RB8：接收数据位8 TI: 串行口发送中断请求标志 RI: 串行口接收中断请求标志,MSB,LSB,6.2.3 中断控制,1. 中断允许控制 MCS - 51单片机有 5个中断源, 为了使每个中断源都能独立地被允许或禁止, 以便用户能灵活使用, CPU内部在每个中断信号的通道中设置了一个中断允许触发器, 它控制CPU能否响应中断。只有对应的中断允许触发器被使能（置“1”），相应的中断才能得到相应。,EX0：外部中断0允许位 ET0：定时器/
8、计数器0中断允许位 EX1：外部中断1允许位 ET1：定时器/计数器1中断允许位 ES ： 串行口中断允许位 EA ：中断总允许位,(MSB),(LSB),中断允许控制寄存器IE （0A8H）,当系统复位后，IE全部清0,2. 中断优先级控制寄存器IP（0B8H）,(MSB),(LSB),PX0：外部中断0优先级控制位 PT0：定时器/计数器中断0优先级控制位 PX1：外部中断1优先级控制位 PT1：定时器/计数器1中断优先级控制位 PS ： 串行口中断优先级控制位,当系统复位后，IP全部清0， 将所有中断源设置为低优先级中断,当两个以上的中断源同时提出申请时，CPU到底相应哪个中断呢？ 中断
9、响应遵循两条规则： （1）低优先级中断可以被高优先级中断所中断，反之不能； （2）一种中断（不论哪个优先级）一旦得到响应，与它同级的中断不能再中断它。,同级内第二优先级次序,当同时收到处于同一优先级的多个中断请求时，哪一个中断能得到响应，取决于“内部查询次序”，相当于在每个优先级中，还有一个“内部优先级”，如下表所示：,例如, 某软件中对寄存器IE、 IP设置如下: MOV IE, 8FH MOV IP, 06H,则此时该系统中: CPU中断允许; 允许外部中断 0、 外部中断 1、 定时器 /计数器 0、 定时器 /计数器1提出的中断申请; 允许中断源的中断优先次序为: 定时器 /计数器 0
10、外部中断 1外部中断 0定时器/计数器 1。,6.2.4 中断处理,一个完整的中断过程包括中断申请、中断响应、中断处理、中断返回,一、中断响应,1、CPU响应中断的条件： 首先要有中断源发出中断申请； CPU中断是开放的，即中断总允许位EAl， CPU允许所有中断源申请中断； 申请中断的中断源的中断允许位为1，即此中断源可以向CPU申请中断。,CPU正处在为一个同级或高级的中断服务中。 现行机器周期不是所执行的指令的最后一个机器周期，作此限制的目的在于使当前指令执行完毕后，才能进行中断响应，以确保当前指令的完整执行。 当前指令是返回指令（RETI）或访问IE、IP的指令。因为按MCS5l中断系
11、统的特性规定，在执行完这些指令之后，还应再继续执行一条指令，然后才能响应中断。 若存在上述任何一种情况，CPU将丢弃中断查询结果；否则，将在紧接着的下一个机器周期内执行中断查询结果，响应中断。,若有下列任何一种情况存在，则中断响应会被阻止：,当上述阻断条件存在时，中断不能被响应，且丢弃查询结果。若阻断条件结束时，中断标志已经消失，则这个被拖延了的中断请求可能不会再得到响应。,2、中断响应过程 (1) 外部中断请求采样 所谓中断请求采样，其实质就是如何识别外部中断请求信号，并把它锁定在TCON的相应标志位中。 每个机器周期的S5P2对中断请求引脚INT0（P3.2）和INT1（P3.3）进行采样
12、 内部中断直接置位相应的中断请求标志位，不存在中断请求采样问题。但同样存在从中断请求信号发生到中断请求标志位置位的过程 （2）中断查询与响应 每一个机器周期的最后一个状态(S6)，对中断请求标志位进行查询 下一个机器周期的S1状态开始进行中断响应。首先将当前程序计数器PC的内容压栈，再将中断入口地址装入PC，使程序执行转向相应的中断区入口地址,中断服务程序入口地址表,中断响应过程，相当于执行了一条隐含的调用指令（或称隐指令）LCALL。 例如当TF0被置1且得到中断响应时，CPU就自动的执行一条隐指令“LCALL 000BH”。 应当注意，在中断服务子程序的调用过程中，仅仅保存了PC的信息，其
13、余的现场信息（如寄存器的值等）都要由编程人员通过软件来进行保护。,二、中断处理和中断返回,中断服务程序从入口地址开始执行，直到返回指令RETI为止。这个过程称为中断处理或中断服务,保护和恢复现场过程不能响应中断,ORG 中断入口地址 ZHDN： LJMP ITA ITA： ORG XXX CLR EA ；关中断 PUSH A ；保护现场 PUSH R1 SETB EA ；开中断 ；中断服务 CLR EA ；关中断 POP R1 ；恢复现场 POP A SETB EA ；开中断 RETI ；中断返回,中断服务程序的一般编写步骤,三、中断请求的撤除,1.定时中断硬件自动撤除 定时中断响应后，硬件自
14、动把标志位（TF0或TF1）清0，因此定时中断的中断请求是自动撤除的。 2.外部中断自动与强制撤除 外部中断在中断响应后同样通过硬件自动地把标志位（IE0或IE1）清0，即中断请求的撤除也是自动撤除。对于边沿请求方式，问题也就到此结束。然而对于电平请求方式，情况则不同。光靠清除中断标志，并不能彻底解决中断请求的撤除问题，还需要解决外部电平问题 3.串行中断软件撤除 串行中断的标志位是TI和RI，但对这两个中断标志不进行自动清0。中断请求的撤除也应使用软件方法，在中断服务程序中进行。,中断响应后，TCON或SCON中的中断请求标志应及时清除。否则就意味着中断请求仍然存在，会造成中断的混乱,最短：
15、3个机器周期 中断请求标志位查询：1T（恰好是指令的最后一个机器周期） LCALL指令：2T 最长：8个机器周期 刚好执行RETI或访问IE,IP时：2T 后续最长指令MUL、DIV：4T LCALL指令：2T,四、中断响应时间,6.3 中断应用程序举：,管理四个与中断有关的SFR(TCON,SCON,IE,IP) 中断初始化步骤: 开中断 对外部中断,确定触发方式 对多个中断源,设定优先级 例:选用外部中断/INT0,电平触发,高优先级 SETB EA SETB EX0 CLR IT0 SETB PX0,中断应用程序举例：,通过外部中断1,在中断服务中将B寄存器里的内容左环移一位。 已知:
16、(B)=01h,要求采用边沿触发,低优先级。,此例的实际意义：在INT1引脚接一个按钮开关到地，每按一下按钮就申请一次中断，中断服务则是：依次点亮八盏灯中的一盏。,P1.0 P1.7,INT1,300,ORG 0000H LJMP MAIN ORG 0013H ;中断矢量 LJMP INT MAIN：SETB EA ;开总中断允许“开关” SETB EX1 ;开分中断允许“开关” CLR PX1 ;0 优先级（也可不要此句） SETB IT1 ;边沿触发 MOV B,#01H ;给 B 寄存器赋初值 HERE：SJMP HERE ;原地等待中断申请,INT：MOV A，B ;自B寄存器中取数 RL A ;左环移一次 MOV B，A ;存回B,备下次取用 MOV P1,A ;输出到P1口 RETI ;中断返回,中断服 务程序,6.4 中断源扩展,中断与查询结合的方式:,