51单片机的中断系统ppt课件.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,*,项目4 单片机的中断系统,嵌入式单片机方向单片机C语言程序项目设计,.,4.1 任务说明,本节为理论内容，重点掌握单片机的中断类型、控制方,式以及应用，单片机共有5个中断源，两级优先级控制，在,以后的项目实践中，我们要用到定时器中断、外部中断和串,行中断。,.,4.2 中断系统的结构,51单片机中断系统的结构如图4-1所示，5个中断分别有5个中断源，并提供两个中断优先级控制，能够实现两级中断服务程序的嵌套。单片机的中断系统是通过4个相关的特殊功能寄存器TCON、SCON、IE和IP来进行管理的。因此用户可以用软件对每个中断的开和关以及优先级的控制。定时器控制寄存器TCON用于设定外部中断的中断。,.,串口控制寄存器SCON用于保存串行口（SIO）的发送,中断标志和接收中断标志。中断控制寄存器IE用于设定各,个中断源的开放或关闭。各个中断源的优先级可以由中断,优先级寄存器IP中的相应位来确定，同一优先级中的各中,断源同时请求中断时，由中断系统的内部查询逻辑来确定,响应的顺序。,.,图4-1 8051单片机中断系统的结构,.,一、中断源,单片机5个中断源都有自己的标志位，包括外部中断（P3.1）引脚接受的外部中断请求；外部中断（P3.2）引脚接受的外部中断请求；定时器/计数器0（T0）溢出中断请求；定时器/计数器1（T0）溢出中断请求；串行口完成一帧数据发送或接收中断请求源TI或RI。,.,其中INT0和INT1一般称为外部中断，T0、T1和串行口（SIO 的TI和RI）则称为内部中断。在有中断请求时，,由相应的中断标志位。保存其中断请求信号，分别存放在,特殊功能寄存器TCON和SCON中增强型的51单片机，则比51,单片机多一个中断源T2。,二、中断优先级,51单片机的中断系统具有两级优先级控制，系统在处,理时遵循下列基本原则：,.,1）,低优先级的中断源可被高优先级的中断源中断，,号的有效形式及保存定时/计数器T0和T1的中断请求标志位。,而,高优先级中断源不能被低级的中断源所中断；,2）一种中断源（无论是高优先级或低优先级）一旦得到响应，就不会被同级的中断源所中断；,3）低优先级的中断源和高优先级的中断源同时产生中断请求时，系统先响应高优先级的中断请求，后响应低优先级的中断请求；,.,表4-1 中断入口地址及优先级排列表,中断源,入口地址,中断级别,外部中断0,0003H,最高,最低,T0溢出中断,000BH,外部中断1,0013H,T1溢出中断,001BH,串行口中断,0023H,4）多个同级的中断源同时产生中断请求时，系统按照默,认的顺序先后予以响应，5个中断默认优先级见表4-1。,.,三、中断系统使用的多功能寄存器,要使用8051单片机的中断功能，必须掌握4个相关的特殊功能寄存器中特定位的意义及其使用方法。下面分别介绍4个特殊功能寄存器对中断的具体管理方法。,（1）TCON,定时器控制寄存器TCON是定时器/计数器T0和T1的控制寄存器，也用来锁存T0和T1的溢出中断请求,.,TCON,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,位名称,TF1,TR1,TF0,TR0,IE1,IT1,IE0,IT0,TF0、TF1标志及外部中断请求源标志IE0、IE1。TCON的,字节地址88H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址,的范围是,.,IT0,，,外部中断0（INT0）触发方式控制位，用于设定INT0中断请求信号的有效方式。如果将IT0设定为1则外部中断0为边沿（脉冲）触发方式，CPU在每个机器周期的S5P2采样INT0的输入信号（即单片机的P3.2脚）。如果在一个机器周期中采样到高电平，在下一个机器周期中采样到低电平，则硬件自动将IE0置为“1”，向CPU请求中断；如果IT0为0，则外部中断0为电平触发方式。此时系统如果检测到INT0,.,直至该中断信号被检测到。同时在中断返回前必须变为电,平，否则会再次产生中断。概括地说，IT01时INT0的中,断请求信号是脉冲后沿（负脉冲）有效，P3.2从1变为0时,系统认为INT0有中断请求；IT00时，INT0的中断请求信,号是低电平有效，即P3.2保持为0时系统认为INT0有中断,请求IE0，,外部中断0的中断请求标志位。如果IT0置1，则,当P3.2上的电平由1变为0时，由硬件置位IE0，向CPU申,.,请中断。如果CPU响应该中断，在转向中断服务时，由硬,件将IE0复位。,可见，IT0用于设定INT0中断请求的信号形,式。设定了IT0后，如果INT0产生了有效的中断请求信号,（P3.2出现脉冲后沿或低电平），则由中断系统的硬件电,路自动将IE0置位。单片机系统在工作过程的每一个机器,周期的特定时刻（即S5P2），通过检测INT0的中断请求标,志位IE0是1还是0来确定INT0是否有中断请求，而不是通,过检测P3.2上的中断请求信号来确定INT0的中断请求。,.,端输入低电平，则置位IE0。采用电平触发时，输入到,INT0端的外部中断信号必须保持低电平，,IT01时表示,有中断请求，IT00时则没有中断请求。下面INT1的情况,类似，不再重复说明。,.,IT1，,外部中断1（INT1）的触发方式控制位。其意义和IT0相同。,IE1，,外部中断1的中断请求标志位。其意义和IE0相同。,TF0，,定时器/计数器T0的溢出中断请求标志位。当T0开始计数后，从初值开始加1计数，在计满产生溢出时，由硬件使置位TF0，向CPU请求中断，CPU响应中断时，硬件自动将TF0清零。如果采用软件查询方式，则需要由软,.,件将TF0清零。因此，系统是通过检查TF0的状态来确定T0,是否有中断请求。TF01表示T0有中断请求，TF00时则,没有。,TF1，,定时器/计数器T1的溢出中断请求标志位，其作,用同TF0。,TR0,和,TR1,分别是T0和T1的控制位，与中断无关。将,在定时器/计数器应用内容中介绍。,.,（2）SCON,SCON为串行口控制寄存器，主要用于设置串行口的工作方式，同时也用于保存串行口的接收中断和发送中断标志。字节地址是98H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址的范围是98H9FH。8位中只有最低的两位与中断有关，其格式如下：,.,SCON,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,位地址,9FH,9EH,9DH,9CH,9BH,9AH,99H,98H,位名称,SM0,SM1,SM2,REN,TB8,RB8,TI,RI,.,RI，,串行口的接收中断标志位。8051单片机的串行口共有4中工作方式。在串行口的方式0中，每当接收到第8位数据时，由硬件置位RI；在其他工作方式中，若SM20，在接收到停止位的中间时置位RI；若SM21，仅当接收到的第9位数据RB8为1时，并且在接收到停止位的中间时置位RI，表示串行口已经完成一帧数据的接收，向CPU申请中断，准备,.,接收下一帧数据。但当CPU转到串行口的中断服务程序,时，不复位RI，必须由设计者在程序中用指令来清零RI。,简单地说，串行口在接收完一帧数据时,.,自动将RI置位，向CPU申请中断。,TI，,串行口的发送中断标志位。在方式0中，每当发,送完8位数据时由硬件置位。在其他方式中，在发送到停,止位开始时置位TI，表示串行口已经完成一帧数据的发,送，向CPU申请中断，准备发送下一帧数据。要发送的数,据一旦写入串行口的数据缓冲器SBUF，单片机的硬件电,路就立即启动发送器进行发送。CPU响应中断时并不清零,TI，同样要在程序中用指令来清零。,.,（3）中断屏蔽寄存器IE,8051单片机的CPU对中断源的开放或屏蔽（即闭），是由片内的中断允许寄存器IE（也称为中断控制寄存器或中断屏蔽寄存器）控制的。IE的字节地址是A8H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址的范围是A8HAFH。8位中有6位与中断有关，剩下的两位没有定义。其格式如下：,.,IE,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,位地址,AFH,AEH,ADH,ACH,ABH,AAH,A9H,A8H,位名称,EA,ES,ET1,EX1,ET9,EX0,.,EA，,CPU的中断开放标志。EA0时，CPU屏蔽所,有的中断请求，此时即使有中断请求，系统也不会去响,应；,EA 1时，CPU开放中断，但每个中断源的中断请,求是允许还是被禁止，还需由各自的控制位确定。,ES，,串行口的中断控制位。ES1，允许串行口中,断；ES0，禁止串行口中断。,ET1,：定时器/计数器1的溢出中断控制位。ET11，,T1的中断开放，ET10，T1的中断被关闭。,.,EX1，,外部中断1的中断控制位。EX11，允许外部中断1中断；EX10，禁止外部中断1的中断。,ET0，,定时器/计数器T0的溢出中断控制位。ET01时允许T0中断；ET00，禁止T0中断。,EX0，,外部中断0的中断控制位。EX01，允许外部中断0的中断；EX00，禁止外部0的中断。,可见，EA0时，所有的中断都被屏蔽，此时IE低5位的状态没有任何作用。EA1时，可以通过对IE,.,设置来开放或关闭相应的中断，在图5-1中可以很直观地,看出来。单片机复位后，IE寄存器被清零，所有的中断都,被屏蔽。IE寄存器中各个位的状态支持位寻址，用户根据,要求用指令SETB置位或CLR清零，而实现相应的中断源,允许中断或禁止中断，当然也可以采用字节操作来实现。,例如，若要求开放外部中断，关闭内部中断，则可以用两,条置位指令将EA、EX0和EX1置位，ES、ET1和ET0保持,为系统复位后的默认值0。如果使用字节操作方式，则一,.,条MOV指令即能实现，即MOV IE，#1xx00101B。其中的两个x对应的是无关位，可以任意为1或0。,（4）中断优先级控制寄存器,8051单片机的中断系统有两个中断优先级。对于每一个中断请求源都可编程为高优先级中断或低优先级中断，实现两级中断嵌套。中断优先级是由片内的中断优先级寄存器IP控制的。IP的字节地址是,.,IP,D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,位地址,BFH,BEH,BDH,BCH,BBH,BAH,B9H,B8H,位名称,PS,PT1,PX1,PT0,PX0,B8H，既支持字节操作，又支持位操作。位地址的范围是,B8HBFH。8位中有5位与中断有关，剩下的3位没有定,义。其格式如下：,.,PS，,串行口的中断优先级控制位。PS1时，串行口被定义为高优先级中断源；PS0时，串行口被定义为低优先级中断源。,PT1，,定时器/计数器T1的中断优先级控制位。PT11，T1被定义为高优先级中断源；PT10，T1被定义为低优先级中断源。,PX1，,外部中断1（INT1）的优先级控制位。PX1，外部中断1被定义为高优先级中断源；PX00，外部中断1被定义为低优先级中断源。,.,PT0，,定时器/计数器T0的中断优先级控制位。其功能,同PT1。,PX0，,外部中断0（INT0）的优先级控制位。其功能,同PX1。,中断优先级控制寄存器IP的各位都由用户置位或复,位，可用位操作指令或字节操作指令更新IP的内容，以改,变各中断源的中断优先级，单片机复位后IP全为0，各个,中断源均为低优先级中断。,.,4.3 中断响应过程,单片机的中断的处理过程可分为中断响应、中断处理和中断返回3个阶段。下面介绍8051单片机的中断处理过程。,一、中断的响应条件,在每个机器周期的S5P2时刻，单片机依次采样每一个中断标志位，而在下一个机器周期对采样到的中断进行查询。如果在前一个机器周期的S5P2有,.,中断标志，则在查询周期内便会查询到并按优先级高低进行,中断处理，中断系统将控制程序转入相应的中断服务程序。,CPU响应中断应具备的条件是：首先有中断源发出中断请,求；然后CPU中断允许位EA为“1”，即CPU开中断，并且申,请中断的中断源，其相应的中断允许位为“1”，即允许相,应的中断源中断。条件满足时，一般CPU会响应中断请求。,.,CPU响应中断时，会根据中断源的类别，在硬件的控制下，程序转向相应的中断服务程序入口单元，执行中断服务程序。,二、中断的响应过程,51单片机的中断系统中分为两个中断优先级。每一中断请,求源均可通过对IP寄存器的编程为高优先级中断或低优先,级中断，并可实现多级中断嵌套。一个正在执行的低优先,.,应新的中断请求。为了实现上述功能，51单片机的中断,系统中有两个不可寻址的优先级状态触发器。一个指出某,高优先级的中断正在得到服务，所有后来的中断请求被阻,级中断服务程序能被高优先级的中断请求所中断，但不能,被另一个同级或低级的中断源所中断。因此，如果CPU正,在执行高优先级的中断服务程序，则不能被任何中断源所,中断，必须等到当前的中断服务程序执行结束，遇到返回,指令（RETI）返回主程序后，至少再执行一条指令才能响,.,应新的中断请求。为了实现上述功能，51单片机的中断,系统中有两个不可寻址的优先级状态触发器。一个指出某,高优先级的中断正在得到服务，所有后来的中断请求被阻,断；另一个触发器指出某低优先级的中断正在得到服务，,所有同级的中断请求都被阻断，但不能阻断高优先级的中,断请求。,如果8051单片机满足中断响应的条件，并且不存在,中断被屏蔽的情况，CPU就响应相应的中断请求。在实际,的,.,响应过程中，CPU首先置位被响应中断的优先级状态触发器，以屏蔽（即关闭）同级和低级的中断请求。然后，根据中断源的类别，在硬件的控制下，内部自动执行一条子程序调用指令，将程序转移至相应的中断入口处，开始执行中断服务程序。在转入中断服务程序时，子程序调用指令自动把断点地址（即程序计数器PC的当前值）压入堆栈，但不会自动保存状态寄存器PSW等寄存器中的内容。,.,当中断的各项条件满足要求时，CPU响应中断，停止现行程,序，转向中断服务程序。整个响应过程中CPU应完成工作有：,1）关中断。CPU响应中断时便向外设发出中断响应,信号，同时自动地关中断，处理一个中断过程中不致又接,收另一新的中断，以防止误响应。,.,2）保护断点。为了保证CPU在执行完中断服务程序,后，准确地返回断点，CPU将断点处的PC值推入堆栈保,护。待中断服务程序执行完后，由返回指令RETI将其从堆,栈中弹回PC，从而实现程序的返回。,.,3）执行中断服务程序。找出中断服务程序入口地址，转入执行中断服务程序。在中断服务程序中一般应完成如下任务：,（1）保护现场。由于CPU响应中断是随机的，而CPU中各寄存器的内容和状态标志会因转至中断服务程序而受到破坏，所以要在中断服务程序的开始，把断点处有关的各个寄存器的内容和状态标志，用堆栈操作指令PUSH推入堆栈保护。,.,（2）中断服务。中断源申请中断时应完成的任务。,（3）恢复现场。在中断服务程序完成后，把保护在堆,栈中的各寄存器内容和状态标志，用POP指令弹回CPU。,（4）开中断。上面已谈到CPU在响应中断时自动关中,断。为了使CPU能响应新的中断请求，在中断服务程序末,尾应按排开中断指令。,（5）返回主程序。当中断服务程序执行完毕返回主程,序时，必须将断点,地址弹回PC，因此在中断服务程序的最,.,后用一条RETI指令，使PC返回断点。,因系统保留的各中断入口地址间空间太小，所以，通常在中断入口地址处安排一条相应的跳转指令，跳转至用户设计的中断服务程序入口。,三、中断处理,CPU响应中断请求后，即转到中断服务程序的入口，执行中断服务程序。从中断服务程序的第一条指令开始,.,到中断返回指令为止，这个过程称为中断处理或中断服务。不同的中断源所需服务的要求及内容各不相同，其处理过程也就有所区别，但在一般情况下，中断处理应包括两部分内容：一是保护现场，二是为中断源服务。,现场通常有程序状态字PSW、工作寄存器、累加器或其他的特殊功能寄存器等。如果在中断服务程序,.,中要用这些寄存器，则应在进入中断服务之前用进栈指令将,它们的内容压入堆栈中保护起来，这就叫做保护现场。同,样，在完成中断服务，中断程序返回之前（执行返回指令,RETI之,.,前），应采用出栈指令恢复现场。,中断服务是根据中断源的具体要求所编写的中断服务,程序的运行和处理。用户在编写中断服务程序时应，一般,应注意以下几个方面：,（1）8051单片机为各中断源所保留的中断入口地,址，只相隔8个单元，如此小的空间通常是容纳不下中断,服务程序的，因而常常在中断入口地址单元处设置一条无,条件转移指令，使中断服务能转至中断服务程序所存放的,.,存储器的任何位置。,（2）在运行当前的中断服务程序时，如果想禁止更高,优先级的中断源请求中断，可以用指令复位IE中的相关控,制位来屏蔽更高优先级中断源的中断请求。在中断服务程,序执行完返回之前，再用指令开放中断。,（3）在中断服务程序中保护、恢复现场时，为避免现,场信息受到破坏或造成混乱，一般情况下，应先关闭CPU,的中断，使CPU暂不响应新的中断请求，以避免保护或恢,.,复现场的过程受到干扰。这就要求在编写中断服务程序,时，应注意在保护现场之前要关中断。在保护现场之后，,若允许高优先级的中断源申请中断，则应开中断。同样在,恢现场之前应关中断，恢复之后再开中断。,.,四、中断返回,中断服务程序的最后一条指令是中断返回指令RETI。它的功能是将断点地址从堆栈中弹出，送回程序计数PC中，使程序能返回到原来被中断的地方继续执行。,8051单片机的RETI指令除了弹出断点之外，还通知中断系统已完成中断处理，并将优先级状态触发器清除（复位），使系统能响应新的中断请求。,.,五、中断请求的撤消,CPU完成中断请求的处理以后，在中断返回之前，应,将该中断请求撤消，否则会引起第二次响应中断。在51单,片机中，各个中断源撤消中断请求的方法各不相同。,（1）定时/计数器的溢出中断：CPU响应其中断请求,后，由硬件自动清除相应的中断请求标志位，使中断请求,自动撤消，因此不用采取其他措施。,.,（2）外部中断请求：中断请求的撤消与触发方式控制位的设置有关。采用边沿触发的外部中断，CPU在响应中断后，由硬件自动清除相应的标志位，使中断请求自动撤消；采用电平触发的外部中断源，应采用电路和程序相结合的方式，撤消外部中断源的中断请求信号。,（3）串行口的中断请求：由于RI和TI都会引起串口的中断，CPU响应后，无法自动区分RI和TI引起的中断，硬件不能清除标志位，需采用软件方法在中断服务程序中清除相应的标志位，以撤消中断请求。,.,当某一中断得到相应时，由硬件调用对应的中断服务程,序，把程序计数器PC的值压入堆栈，同时把被响应的中,断服务程序的入口地址（中断服务程序的起始地址）装入,PC中。因为采用硬件调用，每一个中断源的中断入口地,址都是固定的，同时要每个中断服务程序必须放在对应的,中断入口地址单元。,在中断服务结束后，单片机把响应中断时所置位的优,先级激活触发器清零，然后将从堆栈中弹出的断点地址送,给PC，使CPU返回到原来被中断的程序。,.,六、中断响应时间,CPU在对中断请求进行响应时，不同的情况下所需的响应时间也不一样。现以外部中断为例，说明中断响应的时间。外部中断INT0和INT1的电平在每个机器周期的S5P2时被采样并锁存到IE0和IE1中，这个置入到IE0和IE1的状态在下一个机器周期才被查询。如果产生了一个中断请求，而且满足响应的条件，CPU响应中断，由硬件生成长调用指令转到相应的中断服务程序入口，这条指令是双机器周期指令。,.,因此，从中断请求有效到执行中断服务程序的第一条指令,的时间间隔至少需要3个完整的机器周期。如果中断请求,被上述的3个条件之一所屏蔽，将需要更长的响应时间。,（1）如果已经在处理同优先级或高优先级的中断，,则额外的等待时间明显地取决于正在处理的中断服务程序,的执行时间。,.,（2）如果CPU正在执行的指令没有到最后的机器周,期，则所需的额外等待时间不会多于3个机器周期，因为,最长的指令（乘法指令和除法指令）也只有4个机器周期。,（3）如果正在执行的指令为RETI或是对IE、IP的读写,指令，则额外的等待时间不会多于5个机器周期。这样如,果应用系统中只设定一个中断源，并且中断是开放的，则,中断响应时间将是38个机器周期。,.,