2022年单片机基础课件3.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5章,MCS-51,的中断系统,实时测控，单片,机,能及时地响应和处理单片机外,部事件或内部事件所提出的中断请求,。,5.1 中断的概念,CPU,正在执行程序时，单片机外部或内部发生的某一,事件,，请求,CPU,迅速去处理。,CPU,暂时中止当前的工作，转到中断服务处理程序处理所发生的事件。,处理完该事件后，再回到原来被中止的地方，继续原来的工作，这称为,中断,。,CPU,处理事件的过程，称为,CPU,的,中断响应过程。,图5-1所示。对事件的整个处理过程，称为,中断处,理,（,或中断服务,）,。,能够实现中断处理功能的部件称为,中断系统,；产生中断的请求源称为,中断请求源,。,中断源向,CPU,提出的处理请求，称为,中断请求,(或,中断申请,)。,进入中断,保护现场,中断处理恢复现场,中断返回,中断方式,优点,：,大大地提高了,CPU,的工作效率,。,5.2,MCS-51,中断系统的结构,有5个中断请求源，两个中断优先级，可两级嵌套。,中断系统结构示意图,如下图所示。,5.3 中断请求源,五个中断请求源：,（1）,INT0,*,外部中断请求0，由引脚,INT0,*,输入，中断请求标志为,IE0,。,（,2）,INT1,*,外部中断请求1，由引脚,INT1,*,输入，中断请求标志为,IE1。,3）,定时器/计数器,T0,溢出,中断请求，中断请求标志为,TF0,。,（4）,定时器/计数器,T1,溢出,中断请求，中断请求标志为,TF1,。,（5）,串行口中断请求,，中断请求标志为,TI,或,RI,。,由特殊功能寄存器,TCON,和,SCON,的相应位锁存。,TCON,为定时器/计数器的控制寄存器，,字节地址为88,H。,包含：,（1）,T0,和,T1,的溢出中断请求标志位,TF1,和,TF0,（2）,外部中断请求标志位,IE1,与,IE0。,格式如下所示：,各标志位的功能：,（1）,IT0,选择外部中断请求0为跳沿触发方式还是电平触发方式：,IT0=0,，,为,电平触发,方式。,IT0=1,，,为,跳沿触发,方式。,可由软件置“1”或清“0”。,（2）,IE0,外部中断请求0的中断请求标志位。,IE0=0,，,无中断请求,。,IE0=1,，,外部中断0有中断请求。当,CPU,响应该中断，转向中断服务程序时，由硬件清“0”,IE0。,（3）IT1,外部中断请求1为跳沿触发方式还是电平触发方式，意义与,IT0,类似。,（4）,IE1,外部中断请求1的中断请求标志位，意义与,IE0,类似。,（5）,TF0,T0,溢出中断请求标志位。,T0,计数后，溢出时，由硬件置“1”,TF0，,向,CPU,申请中断，,CPU,响应,TF0,中断时，,硬件自动清“0”,TF0,，TF0,也可由软件清0。,（6）,TF1,T1,的溢出中断请求标志位，功能和,TF0,类似。,TR1,、,TR0,2个位与中断无关。,当,MCS-51,复位后,，,TCON,被清0，则,CPU,关中断，,所有中断请求被禁止。,SCON,为串行口控制寄存器，字节地址为98,H,。串行口的,发送中断,和,接收中断,的中断请求标志,TI,和,RI,，,格式如下：,各标志位的功能：,（1）,TI,发送中断请求标志位。串口每发送完一帧串行数据后，硬件自动置“1”,TI。,必须在中断服务程序中用软件对,TI,标志清“0”。,（2）,RI,接收中断请求标志位。串口接收完一个数据帧，硬件自动置“1”,RI,标志。,必须在中断服务程序中用,软件,对,RI,标志清“0”。,5.4 中断控制,5.4.1 中断允许寄存器,IE,CPU,对中断源的开放或屏蔽，由片内的,中断允许寄存器,IE,控制。,字节地址为,A8H,，,可位寻址。格式如下：,IE,对中断的开放和关闭为两级控制,总的开关中断控制位,EA,位）:,EA=0,，所有中断请求被屏蔽。,EA=1,，,CPU,开放中断，但五个中断源的中断请求是否允许，还要由,IE,中的5个中断请求允许控制位决定。,IE,中各位的功能如下：,（1）,EA,：,中断允许总控制位,0：,CPU,屏蔽所有的中断请求(,CPU,关中断)；,1：,CPU,开放所有中断(,CPU,开中断)。,2）,ES,：,串行口中断允许位,0：,禁止串行口中断；,1：,允许串行口中断。,MCS-51,复位后，,IE,清0，所有中断请求被禁止。,若使某一个中断源被允许中断，除了,IE,相应的位的被置“1”，还必须使,EA,位=1。,改变,IE,的内容，可由位操作指令来实现，即：,SETB bit；,CLR bit。,例5-1,若允许片内2个定时器/计数器中断，禁止其它中断源的中断请求。编写设置,IE,的相应程序段,（1）用位操作指令来编写如下程序段,：,CLR ES,；禁止串行口中断,CLR EX1 ；,禁止外部中断1中断,CLR EX0；,禁止外部中断0中断,SETB ET0 ；,允许定时器/计数器,T0,中断,SETB ET1 ；,允许定时器/计数器,T1,中断,SETB EA ；CPU,开中断,（2）用字节操作指令来编写,：,MOV IE，#8AH,或者用：,MOV 0A8H，#8AH,；A8H,为,IE,寄存器字节地址,5.4.2 中断优先级寄存器,IP,两个中断优先级，可实现两级中断嵌套。,如图,5-6,示。,可归纳为下面两条基本规则：,（1）低优先级可被高优先级中断，反之则不能。,（2）同级中断不会被它的同级中断源所中断。,若,CPU,正在执行高优先级的中断，则不能被任何中断源所中断,。,中断优先级寄存器,IP,，,其字节地址为,B8H,。,IP,各个位的含义：,（1）,PS,串行口中断优先级控制位,1,：,高优先级中断；,0,：,低优先级中断。,（2）,PT1,定时器,T1,中断优先级控制位,1,：,高优先级中断；,0,：,低优先级中断。,（3）,PX1,外部中断1中断优先级控制位,1,：,高优先级中断；,0,：,低优先级中断。,（4）,PT0,定时器,T0,中断优先级控制位,1,：,高优先级中断；,0,：,低优先级中断。,（5）,PX0,外部中断0中断优先级控制位,1,：,高优先级中断；,0,：,低优先级中断。,由软件可改变各中断源的中断优先级。,MCS-51,的中断系统,有,两个,不可寻址的“优先级激活触发器”,:,一个,用来指示某高优先级的中断正在执行所有后来的中断均被阻止。,另一个,用来指示某低优先级的中断正在执行，所有同级中断都被阻止，但不阻断高优先级的中断请求。,在同时收到,几个同一优先级的中断请求,时，,优先响应哪一个中断，取决于,内部的查询顺序,。,查询顺序,如下：,中断源 中断级别,外部中断0最高,T0,溢出中断,外部中断1,T1,溢出中断,串行口中断最低,例5-2,设置,IP,寄存器的初始值，使2个外中断请求为高优先级，其它中断请求为低优先级。,（1）用位操作指令,SETB PX0,；2,个外中断为高优先级,SETB PX1,CLR PS,；,串口为低优先级中断,CLR PT0,；,2,个定时器/计数器低优先级中断,CLR PT1,（2）,用字节操作指令,MOV IP，#05H,或：,MOV 0B8H，#05H；B8H,为,IP,寄存器的字节地址,5.5 响应中断请求的条件,一个中断请求被响应，需满足以下必要条件：,（1）,IE,寄存器中的中断总允许位,EA=1。,（2）,该中断源发出中断请求，即该中断源对应的中 断请求标志为“1”。,（3）该中断源的中断允许位=1，即该中断没有被屏,蔽。,（4）无同级或更高级中断正在被服务。,中断响应的主要过程：,首先由硬件自动生成一条长调用指令:,LCALL addr16,接着就由,CPU,执行该指令,将,PC,的内容压入堆栈以保护断点，再将中断入口地址装入,PC,。各中断源服务程序的入口地址是固定的，如下所示：,中断源 入口地址,外部中断0 0003,H,定时器/计数器,T0 000BH,外部中断1 0013,H,定时器/计数器,T1001BH,串行口中断0023,H,中断响应是有条件的，遇到,下列三种情况,之一时，中断响应被封锁：,（1）,CPU,正在处理同级的或更高优先级的中断,。,（2）,所查询的机器周期,不是所当前正在执行指令的最后一个机器周期,。只有在当前指令执行完毕后，才能进行中断响应。,2个定时器/计数器低优先级中断,二、采用中断时的主程序结构,JB P1.,IT0=0，为电平触发方式。,CPU正在执行程序时，单片机外部或内部发生的某一事件，请求CPU迅速去处理。,SETB PX0；,SETB IT0 ；,（1）中断请求标志位查询占1个机器周期。,IR4:IR4的中断处理程序,各中断源服务程序的入口地址是固定的，如下所示：,（1）EA：中断允许总控制位,0：CPU屏蔽所有的中断请求(CPU关中断)；,（1）EA：中断允许总控制位,CLR PT1,IR1:IR1的中断处理程序,（3）,正在执行的指令是,RETI,或是访问,IE,或,IP,的指令。,需要再去执行完一条指令，才能响应新的中断请求。,如果存在上述三种情况之一，,CPU,将丢弃中断查询结果，不能对中断进行响应。,5.6 外部中断的响应时间,外部中断的,最短,的响应时间为3个机器周期:,（1）中断请求标志位查询占,1个机器周期,。,（2）子程序调用指令,LCALL,转到相应的中断服务程序入口，需,2个机器周期,。,外部中断响应的,最长,的响应时间为8个机器周期,：,（1）发生在,CPU,进行中断标志查询时，刚好是开始,执行,RETI,或是访问,IE,或,IP,的指令,，则,需把当前指令执行完,再继续执行一条指令后，才能响应中断，,最长需2个机器周期,。,（,2,）接着再执行一条指令，按最长指令（乘法指令,MUL,和除法指令,DIV）,来算，也只有,4个机器周期,。,（,3,）加上,硬件子程序调用,指令,LCALL,的执行，需要,2个机器周期,。,所以，,外部中断响应最长时间为,8个机器周期,。,如果已在处理同级或更高级中断，,响应时间无法计算。,在一个单一中断的系统里，,MCS-51,单片机,对外部中断请求的响应的时间总是在,38个机器周期,之间。,5.7 外部中断的触发方式选择,两种触发方式,：,电平触发,方式和,跳沿触发,方式。,5.7.1 电平触发方式,CPU,在每个机器周期采样到的外部中断输入线的电平。,在中断服务程序返回之前，外部中断请求输入必须无效（即变为高电平），,否则,CPU,返回主程序后会再次响应中断。,适于外中断以低电平输入且中断服务程序能清除外部中断请求（即外部中断输入电平又变为高电平）的情况。,5.7.2 跳沿触发方式,连续两次采样，一个机器周期采样到外部中断输入为高，下一个机器周期采样为低，则置“1”中断请求标志，直到,CPU,响应此中断时，该标志才清0。这样不会丢失中断，但,输入的负脉冲宽度至少保持1个机器周期,。,5.8 中断请求的撤消,1,定时器/计数器中断请求,的撤消,中断请求被响应后。硬件会,自动清,TF0,或,TF1,。,2,外部中断请求,的撤消,（1）,跳沿,方式外部中断请求的撤消是,自动撤消,的。,（2）,电平,方式外部中断请求的撤消,:,除了标志位清“0”之外，还需在中断响应后把中断请求,信号引脚从低电平强制改变为高电平，如图,5-8,所示。,只要端输出一个负脉冲就可以使,D,触发器置“1”，从而撤消了低电平的中断请求信号。,所需的负脉冲可增加如下两条指令得到：,为“1”,为“0”,电平方式的外部中断请求信号的完全撤消，是通过软硬件相结合的方法来实现的。,3串行口中断请求的撤消,响应串行口的中断后，,CPU,无法知道是接收中断还是发送中断，,还需测试这两个中断标志位的状态，,以判定是接收操作还是发送操作，然后才能清除。所以,串行口中断请求的撤消,只能用软件清除,CLR TI ；,清,TI,标志位,CLR RI ；,清,RI,标志位,5.9 中断服务程序的设计,一、中断服务程序设计的任务,基本任务：,（1）设置中断允许控制寄存器,IE。,（2）设置中断优先级寄存器,IP。,（3）对外中断源，是采用电平触发还是跳沿触发。,（4）编写中断服务程序，处理中断请求,。,前,2,条一般放在主程序的初始化程序段中。,例5-3,假设允许外部中断0中断，并设定它为高级中断，其它中断源为低级中断，采用跳沿触发方式。,在主程序中编写如下程序段：,SETB EA ；CPU,开中断,SETB ET0；,允许外中断0产生中断,SETB PX0；,外中断0为高级中断,SETB IT0 ；,外中断0为跳沿触发方式,二、采用中断时的主程序结构,常用的,主程序结构,如下：,ORG 0000H,LJMP MAIN,ORG,中断入口地址,LJMP INT,ORG XXXXH,MAIN：,主 程 序,INT：,中断服务程序,三、中断服务程序的流程,SETB EA；CPU,开中断,RETI；,中断返回，恢复断点,几点说明：,（1）现场保护仅涉及到,PSW,和,A,的内容，,如还有其它需保护的内容,，只需要在相应的位置再加几条,PUSH,和,POP,指令即可。,（2）“中断处理程序段”，应根据任务的具体要求，来编写。,（3）如果本中断服务程序,不允许被其它的中断所中断,。可将“中断处理程序段”前后的“,SETB EA”,和“,CLR EA”,两条指令去掉。,（4）中断服务程序的,最后一条指令,必须是返回指令,RETI。,MOV TH0，#0FFH,SETB TR0；,启动,T0，,开始计数,SETB ET0；,允许,T0,中断,SETB EA；CPU,开中断,当连接在,P3.4（T0,引脚）的电平发生负跳变时，,TL0,加1，产生溢出，置“1”,TF0，,向,CPU,发出中断请求，同时,TH0,的内容0,FFH,送,TL0，,即,TL0,恢复初值0,FFH。,5.10.2 中断和查询结合的方法,最高级别中断请求源,IR0,接,INT0,*,输入端，其余的外部中断请求源,IR1IR4,用“线或”的办法连到,MCS-51,的另一个外中断源输入端，同时还连到,P1,口。,5个外部中断源的排队顺序依此为：,IR0,IR4。,ORG 0013H,；INT1,的中断入口,LJMP INT1 ；,INT1:PUSH PSW,；,保护现场,PUSH A,CC,JB P1.0,IR1 ；,高，,IR1,有请求,JB P1.1,IR2 ；,高，,IR2,有请求,JB P1.2,IR3 ；,高，,IR3,有请求,JB P1.3,IR4 ；,高，,IR4,有请求,INTIR:POP A,CC,；,恢复现场,POP PSW,RETI ；,中断返回,IR1:,IR1,的中断处理程序,AJMP INTIR ；,IR2:,IR2,的中断处理程序,AJMP INTIR ；,IR3:,IR3,的中断处理程序,AJMP INTIR ；,IR4:,IR4,的中断处理程序,AJMP INTIR ；,