单片机中断系统.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,*,本章介绍的主要内容,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,第6章 MCS-51单片机的中断系统,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。,中断源,引起中断的原因,中断申请的来源，称为中断源，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？,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；,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,。,6.1 中断系统结构,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。,INT0,方式,下沿/低电平,INT0,请求,有/无,INT1,方式,下沿/,低电平,INT1,请求,有/无,T0,工作,启/停,T0,请求,有/无,T1,工作,启/停,T1,请求,有/无,IT0,IE0,IT1,IE1,TR0,TF0,TR1,TF1,(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。,-,-,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,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,T0,T1,串行口,T2,INT0,INT1,五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。,(3)中断优先级管理寄存器IP,MCS51系列单片机的中断结构可以用图6.1示。,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,YN,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,1）中断请求、中断响应过程由硬件完成。,2）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。,3）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。,1）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。,2）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。,3）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。,4）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。,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。,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。,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。,一、汇编语言中断程序的设计,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。,例1.在图6.3中P1.4P1.7接有四个发光二极管，P1.0P1.3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，P1.0P1.3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,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AL1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。,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。,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 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RECLR 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。,返回值 函数名(参数)模式再入interrupt nusing m,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031间的整数，不允许是带运算符的表达式，n 通常取以下值：,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03，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。,例如，对本节的例1用C语言编程,#include,void int0(void)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P1.0P1.3的开关状态并将状态数据右移四位到P1.4P1.7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。,方法1：在主程序中控制中断次数,#include,char i;,code char tab16=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;,void int(void)interrupt 2,i+；/*计中断次数*/,P1=tabi;/*查表，次数送显示*/,main(),EA=1;,EX1=1;,IT1=1;,ap5:P1=0 x3f;/*显示“0”*/,for(i=0;i16;);/*当I16等待中断*/,goto ap5;/*当i=16重复下,一轮16次中断*/,法二：在中断服务程序中控制中断次数,#include,char i;,code char tab16=0 x3f,0 x06,0 x5b,0 x4F0 x66,0 x6d,0 x7d,0 x07,0 x7f,0 x6f,0 x77,0 x7c0 x39,0 x5e,0 x79,0 x71;,void int(void)interrupt 2,i+；,if(i16)P1=tabi；,elsei=0;P1=0 x3f;,main(),EA=1;EX1=1;IT1=1;,P1=0 x3f；,while(1);/*等待中断*/,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。,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。,(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。,