第5章-中断.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,6章,51,单片机的中断系统,主要内容,中断的基本概念,中断的系统结构,中断的响应过程,中断的的应用编程,在,CPU,和外设交换信息时，存在着,快速,CPU,和,慢速外设间,的矛盾，机器内部有时也可能出现,突发事件,，为此，计算机中通常采用中断技术。,中断,CPU,和外设并行工作，当外设数据准备好,(,或有某种突发事件发生,),时向,CPU,提出请求，,CPU,暂停正在执行的程序转而为该外设服务,(,或处理紧急事件,),，处理完毕再回到原断点继续执行原程序。,在,CPU,和外设交换信息时，存在着快速,CPU,中断,源,引起中断的原因,中断申请的来源，中断源可以是,I/O,设备、故障、时钟、调试中人为设置。,中断优先级,当有多个中断源同时向,CPU,申请中断时，,CPU,优,先响应最需紧急处理的中断请求，处理完毕再响应优,先级别较低的，这种预先安排的响应次序。,中断的嵌套,在中断系统中，高优先级的中断请求能中断正在,进行的较低级的中断源处理。,中断系统,能实现中断功能并能对中断进行管理的硬件和软件,称为中断系统。,本章将讨论,MCS51,系列单片机的中断系统。,中断请求是在执行程序的过程中的随机发生的，,中断系统要解决的问题是：,1,）,CPU,在不断的执行指令中，是如何,检测,到,随机,发,生的中断请求？,2,）如何使中断的双方（,CPU,方和中断源方）均能人,为控制，,允许中断或禁止中断,。,3,）由于中断产生的随机性，不可能在程序中安排调子,程序指令或转移指令，那么,如何实现正确的转移,，,以便为该中断源服务呢？,4,）,中断源有多个，而,CPU,只有一个,，当有多个中断源,同时有中断请求时，用户怎么控制,CPU,按照自己的,需要安排,响应次序,？,5,）中断服务完毕，如何正确地返回到原断点处？,6.1,中断系统结构,8XX51,有,5,个中断源，,3,个在片内，,2,个在片外，它们在程序存贮器中有固定的中断入口地址，当,CPU,响应中断时，硬件自动形成这些地址，由此进入中断服务程序；,5,个中断源有两级中断优先级，可形成中断嵌套。,6.1,中断系统结构,8XX51,有,5,个中断源，其符号、名称、产生条件及中断服务程序的入口地址如表,6.1,。,二、中断控制的有关寄存器,(1),中断的允许和禁止,中断控制寄存器,IE IE,寄存器的各位对应相应的中断源，如果允许该中断源中断则该位置,1,，禁止中断则该位,0,。,EA,-,ET2,ES,ET1,EX1,ET0,EX0,中断总控允,/,禁,不 用,T2,允,/,禁,串行口,允,/,禁,T1,允,/,禁,INT1,允,/,禁,T0,允,/,禁,INT0,允,/,禁,EA,：中断总控开关，是,CPU,是否响应中断的前提。,EA=1,，,CPU,开中断,;,EA=0,，,CPU,关中断。,ES,：串行口中断允许位，,ES=1,，允许串行口发送,/,接收中断；,ES=0,，禁止串行口中断。,ET1,：定时器,T1,中断允许位，,ET1=1,，允许,T1,计数溢出中断；,ET1=0,，禁止,T1,中断。,ET0,：定时器,T0,中断允许位,ET0=1,，允许,T1,计数溢出中断；,ET0=0,，禁止,T0,中断。,EX1,：外部中断,INT1,允许位，,EX1=1,，允许,INT1,中断；,EX1=0,，禁止,INT1,中断。,EX0,：外部中断,INT0,允许位，,EX0=1,，允许,INT0,中断；,EX0=0,，禁止,INT0,中断。,(2),中断请求标志及外部中断方式选择寄存器,TCON,说明：,IT0,和,IT1,为外中断,INT0,和,INT1,中断触发方式选择，若选下降沿触发则相应位置,1,；若选低电平触发，,IT,相应位置,0,。,某中断源有中断请求，该中断标志置,1,，无中断请求，该中断标志置,0,TR0,和,TR1,为定时器,T0,和,T1,工作启动和停止控制。,(3),中断优先级管理寄存器,IP,五个中断源的优先级别由,IP,寄存器管理，相应位置,1,，,则该中断源优先级别高，置,0,的优先级 别低。,-,-,PT2,PS,PT1,PX1,PT0,PX0,无,用,位,无,用,位,T2,高,/,低,串行 口,高,/,低,T1,高,/,低,INT1,高,/,低,T0,高,/,低,INT0,高,/,低,T0,T1,串行口,当 某几个中断源在,IP,寄存器相应位同为,1,或同为零时，由内部查询确定优先级，查询的顺序是：,CPU,优先响应先查询的中断请求,T2,INT0,INT1,MCS_51,系列单片机的中断结构,6.2,中断响应过程,一、中断处理过程,中断处理过程分为四个阶段：,中断请求,;,中断响应,;,中断处理,;,中断返回。,MCS-51,系列单片机的中断过程流程如图,6.2,所示。,N,N,Y,Y,Y,N,执 行 指 令,中断标志,1?,(,中断请求,?),指令,最后一个,T,周期,?,EA=1?,允 许 位,=1?,CPU,判 别优 先权,响 应优 先权高 的中断,断点的,PC,进栈,中断服务入口地址送,PC,撤 除 中 断 标 志,中 断 服 务,中 断 返 回,断 点 出 栈 送,PC,中断请求,.,中断响应,中断服务,中断返回,中断请求、中断响应过程由硬件完成。,中断服务程序应根据需要进行编写。程序中要注意保护现场和恢复现场。,中断返回是通过执行一条,RETI,中断返回指令，使堆栈中被压入的断点地址送,PC,，从而返回主程序的断点继续执行主程序。另外,RETI,还有恢复优先级状态触发器 的作用，因此不能以,RET,指令代替,“,RETI,”,指令。,若某个中断源通过编程设置，处于被打开的状态，,并满足中断响应的条件，然而下面三种情况单片机不响,应此中断：,当前正在执行的那条指令没执行完；,当前响应了同级或高级中断；,正在操作,IE,、,IP,中断控制寄存器或执行,RETI,指令。,在正常的情况下，从中断请求信号有效开始，到中断得到响应，通常需要,3,个机器周期到,8,个机器周期。,二、中断请求的撤除,CPU,响应中断后，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,。,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,。,对电平触发的外部中断，,CPU,在响应中断时也不会,自动清除中断标志，因此，在,CPU,响应中断后应立即撤,除,INT1,或,INT0,的低电平信号。,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，这是在编串行通信中断服务中应该注意的。,6.3,中断的汇编语言程序和,C,语言程序设计,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,IE,、,TCON,、,IP,、,SCON,进行控制或管理。这几个寄存器在单片机复位时是清零的，因此必须根据需要对这几个寄存器的有关位进行预置。,6.3,中断的汇编语言程序和,C,语言程序设计,在中断程序的编制中应注意：,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,。,若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断，可以采用软件关,CPU,中断。或禁止某中断源中断，在中断返回前再开放中断。,编写中断服务程序，并注意用保护现场和恢复现场，以免中断返回时，丢失原寄存器、累加器中的信息。,汇编语言的中断服务程序按规定的中断矢量地址存入，由于五个中断矢量地址,0003H,、,000BH,、,0013H,、,001BH,、,0023H,之间相距很近，往往装不下一个中断服务程序，通常将中断服务程 序安排在程序存贮器的其他地址空间，而在矢量地址的单元中安排一条转移指令。,一、汇编语言中断程序的设计,例,1.,在图,6.3,中,P1.4,P1.7,接有四个发光二极管，,P1.0,P1.3,接有四个开关，消抖电路用于 产生中断请求信号，当消抖电路的开关来回拔动一次将产生一个下降沿信号，通过,INT0,向,CPU,申请中断，要求：初时发光二极管全黑，每中断一次，,P1.0,P1.3,所接的开关状态反映到发光二极管上，且要求开关断开的对应发光二极管亮，电路和现象如下：,、,ORG 0000H ,AJMP,MAIN,ORG 0003H,；,INT0,中断入口,AJMP,WBI,；转中断服务程序,ORG 0030H,；主程序,MAIN:,MOV P1,，,#0FH,；高,4,位灯灭，低四位输入先写,1,SETB IT0,；边沿触发中断,SETB EX0,；允许外中断,0,中断,SETB EA,；开中断开关,SJMP$,；等待中断,WBI,：,MOV P1,，,#0FH,；,P1,先写入,“,1,”,且灯灭,MOV A,，,P1,；输入开关状态换到高,4,位,SWAP A ,；低,4,位开关状态电平,MOV P1,，,A,；输出到,P1,高,4,位,RETI,END,中断服务,此例的执行现象是，每重置一次四个开关的开、合状态，四个发光二极管维持原来的亮、灭状态，仅当来回拔动消抖电路开关后，产生了中断，发光二极管才反映新置的开关状态。,例,2.89C51,的,P1,口接一个共阴极的数码管，利用消抖开关产生中断请求信号，每来回拔动一 次开关，产生一次中断，用数码管显示中断的次数,(,最多不超过,15,次,),。,ORG 0000H ,AJMP MAIN,ORG 0013H,；,INT1,中断入口,AJMP INT1,；转中断服务程序,ORG 0030H,；主程序,MAIN,：,SETB IT1,；边沿触发中断,SETB EX1,；允许,INT1,中断,SETB EA,；开中断开关,MOV R0,，,#0,；计数初值为,0,MOV A,，,#3FH,；,“,0,”,的字形码送,A,AL1,：,MOV P1,，,A,；显示数码,AL2,：,CJNE R0,，,#0FH,，,AL1,；没满,15,次循环显示,MOV R7,，,#0FFH,；满,15,次，显,F,，延时,DJNZ R7,，,MOV P1,，,#0,；关显示,CLR EA,；关中断,SJMP,；结束,INT1,：,INC R0,；中断次数加,1,MOV A,，,R0,MOV DPTR,，,TAB,；,DPTR,指向字形码表首址,MOVC A,，,A+DPTR,；查表,POP DPH,POP DPL,；弹出断点,MOV DPTR,，,#AL1,PUSH DPL,PUSH DPH,；修改中断返回点，,AL1,压入堆栈,RETI,；从堆栈,AL1,地址,PC,，返主程序,AL,处,TAB,：,DB 3FH,，,06H,，,5BH,，,4FH,，,66H,，,6DH,DB 7DH,，,07H,，,7FH,，,6FH,，,77H,，,7CH,DB 39H,，,5EH,，,79H,，,71H,；段码表,(,字形码,),END,上面程序每中断一次，执行一次中断服务程序,INT1,。,在中断服务程序中，累计中断次数并 查字形表，返回,到主程序,AL1,地址执行显示。,为方便说明程序的执行情况，将上面程序重排在,同一页。,ORG 0000H,AJMP MAIN,ORG 0013H,AJMP INT1,ORG 0030H,MAIN,：,SETB TI1,SETB EX1,SETB EA,MOV R0,，,#0,MOV A,#3FH,AL1,：,MOV P1,，,A,AL2,：,CJNE R0,，,#0FH,，,AL1,MOV R7,，,#0FFH,DJNZ R7,，,MOV P1,，,#0,CLR EA ,SJMP,INT1,：,INC R0,MOV A,，,R0,MOV DPTR,，,TAB,MOVC A,，,A+DPTR,POP DPH,POP DPL,MOV DPTR,，,#AL1,PUSH DPL,PUSH DPH,RETI,；,AL1,地址,PC,，,返主程序,AL1,TAB:DB 3FH,，,06H,，,5BH,，,以上中断在,AL1,或,AL2,两指令处发生，究竟是哪,一指令处中断是随机的，为保证返回到,AL1,显示,F,，这里采用修改中断返回点的办法，即先从栈中弹出中断响应时压入的 断点弹到,DPTR,中，修改,DPTR,为用户需要的返回点，并将其压 入堆栈，再通过执行,RETI,指令弹出栈中内容到,PC,、弹出的即为修改后的地址，从而返回到主 程序中用所希望的地址执行。,上例中中断次数在主程序判断，目的是使读者了解修改中断返回点的方法，如果改在中断服务程序中判断，编程简洁些，下面仅介绍和上例中的不同部分的程序。,MOV R0,，,#0,；计数初值为,0,MOV P1,，,#3FH,；显示,0,MOV DPTR,，,#TAB,；指向字形码表,AGA,：,SJMP,；等待中断,INT1,：,INC R0,；中断次数加,1,MOV A,，,R0,MOVC A,，,A+DPTR,；查字形码表,MOV P1,，,A,；显示,CJNE R0,，,#0FH,，,RE,；,15,次中断未到转,RE,CLR EA,；,15,次到关中断,RE,：,RETI,；返回主程序的,AGA,处,TAB,：,DB 3FH,，,06H,，,5BH,，,4FH,，,66H,，,6DH,，,7DH,07H DB 7FH,，,6FH,，,77H,，,7CH,，,39H,，,5EH,，,79H,，,71H,C51,使用户能编写高效的中断服务程序，编译器在,规定的中断源的矢量地址中放入无条件转移指令，使,CPU,响应中断后,自动,地从矢量地址跳转到中断服务程序的实际地址，而无需用户去安排。中断服务程序定义为函数，函数的完整定义如下。,其中,interrupt n,表示将函数声明为中断服务函数，,n,为中断源编号，可以是,0,31,间的整数，不允许是带运算符的表达式，,n,通常取以下值：,返回值 函数名,(,参数,),模式再入,interrupt n,using m,0,外部中断,0,；,1,定时器,/,计数器,0,溢出中断,2,外部中断,1,；,3,定时器,/,计数器,1,溢出中断,4,串行口发送与接收中断,Using m,定义函数使用的工作寄存器组，,m,的取值范围为,0,3,，可缺省，它 对目标代码的影响是：函数入口处将当前寄,存器保存，使用,m,指定的寄存器组，函数退出时原寄存器组恢,复。选不同的工作寄存器组，可方便实现寄存器组的现场保护。,再入,:,属性关键字,reentrant,将函数定义为再入的，在,C51,中，普通函数,(,非再入的,),不能,递归,调用，只有再入函数才可被递归调用。,中断服务函数不允许用于外部函数，它对目标代,码影响如下：,当调用函数时，,SFR,中的,ACC,、,B,、,DPH,、,DPL,和,PSW(,当需要时入栈,),。,如果不使用寄存器组切换，中断函数所需的所有工作寄存器,Rn,都入栈。,函数退出前，所有工作寄存器出栈。,函数由“,RETI”,指令终止。,例,1.,在图,6.3,中,P1.4,P1.7,接有四个发光二极管，,P1.0,P1.3,接有四个开关，消抖电路用于 产生中断请求信号，当消抖电路的开关来回拔动一次将产生一个下降沿信号，通过,INT0,向,CPU,申请中断，要求：初时发光二极管全黑，每中断一次，,P1.0,P1.3,所接的开关状态反映到发光二极管上，且要求开关断开的对应发光二极管亮，电路和现象如下：,、,例如，对本节的例,1,用,C,语言编程,#include,int0()interrupt 0 /*INT0,中断函数*,/,P1=0 x0f;/*,输入端先置,1,，灯灭*,/,P1=4;/*,读入开关状态，并左移四位，,使开关反映在发光二极管上*,/,main(),EA=1;/*,开中断总开关*,/,EX0=1;/*,允许,INT0,中断*,/,IT0=1;/*,下降沿产生中断*,/,while(1);/*,等待中断*,/,主函数执行,while(1),；语句进入死循环等待中断，当拨动,INT0,的开关后，进入中断函数，读入,P1.0,P1.3,的开关状态并将状态数据右移四位到,P1.4,P1.7,的位置上输出控制,LED,亮，执行完中断，返回到等待中断的,while(1),语句，等待下一次的中断。,例,2,对本节的例,2,记录并显示中断次数改用,C,语言编程，可有两种编程方法。,例,2.89C51,的,P1,口接一个共阴极的数码管，利用消抖开关产生中断请求信号，每来回拔动一 次开关，产生一次中断，用数码管显示中断的次数,(,最多不超过,15,次,),。,法,1,：在主程序中控制中断次数,#include,char i;,code char tab,16,=,0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4F,0 x66,，,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,;,int,()interrupt 2,i+,；,/*,计中断次数*,/,P1=tab,i,;/*,查表，次数送显示*,/,main(),EA=1;,EX1=1;,IT1=1;,ap5:P1=0 x3f;/*,显示“,0”*/,for(i,=0;i,16;);/*,当,I16,等待中断*,/,goto,ap5;/*,当,i=16,重复下,一轮,16,次中*,/,法二：在中断服务程序中控制中断次数,#include,char i;,code char tab,16,=,0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4F0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c,0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71,;,int,()interrupt 2,i+,if(i,16)P1=tab,i,；,else,i=0;P1=0 x3f;,main(),EA=1;EX1=1;IT1=1;,P1=0 x3f,；,while(1);/*,等待中断*,/,每个中断源有固定的中断服务程序的入口地址,(,称矢量地址或向量地址,),。当,CPU,响应中断以 后单片机内部硬件保证它能自动的跳转到该地址。因此，此地址是应该熟记的，在汇编程序 中，中断服务程序应存放在正确的向量地址内。,6.4,小 结,（,1,）中断技术是实时控制中的常用技术，,51,系列单片机有三个内部中断，二个外部中断。所谓 外部中断就是在外部引脚上有产生中断所需要的信号。,(,或存放一条转移指令,),；而在,C,语言中是靠,Interrupt n,的关键字,n,自动设置的。,（,2,）单片机的中断是靠内部的寄存器管理的，这就是中断允许寄存器,IE,，中断优先权寄存器,IP,，必须在,CPU,开中断即开全局中断开关,EA,，开各中断源的中断开关，,CPU,才能响应该中断源的 中断请求，其中缺一不可。,（,3,）从程序表面看来，主程序和中断服务程序好象是,没有关连的，只有掌握中断响应的过程，才能理解中断,的,发生,和,返回,，看得懂中断程序，并能编写高质量中断,程序。,（,4,）本章重点应掌握中断的基本概念，并能熟练编制,中断程序。,