单片机C语言编程(中断)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,*,第,5,章,MCS-51,单片机中断系统,目 录,5.1,中断概述,5.2,中断系统结构及控制,5.3,中断响应过程及处理过程,5.4,中断应用举例,1,本章主要讨论,MCS-51,单片机中断系统。,内容主要有：,MCS-51,单片机中断系统结构、中断控制、中断优先级、中断处理过程，以及中断的应用。,通过本章的学习，应该理解中断系统结构、中断响应的条件和中断处理过程；,掌握中断控制、中断优先级，灵活的应用中断解决实际问题。,第,5,章,MCS-51,单片机的中断系统,2,5.1,中断概述,主要内容,5.1.1,微机的输入,/,输出几种控制方式,5.1.2,中断的相关概念,3,5.1.1,微机的输入,/,输出方式,1,、程序控制方式,可以分为以下两种方式。,（,1,）无条件传送方式,外设始终处于就绪状态，,CPU,不必查询外设的状态，直接进行信息传输,，称为无条件传送方式。,此种信息传送方式只适用于简单的外设。如开关和数码段显示器等。,5,5.1.1,微机的输入,/,输出方式,（,2,）条件传送方式,CPU,通过执行程序不断读取并测试外部设备状态，,如果输入设备处于准备好状态或输出设备为空闲状态时，则,CPU,执行传送信息操作。,由于条件传送方式需要,CPU,不断地查询外部设备的状态，然后才进行信息传送，所以,也称为,“,查询式传送”,。,6,5.1.1,微机的输入,/,输出方式,2,、中断方式,外部设备与,CPU,之间以中断信号作为数据交换的控制信号,。,当外部设备需要与,CPU,进行数据交换时，由接口部件向,CPU,发出一个请求信号，,CPU,响应这一中断请求后，在中断服务程序中完成一个字节或多个字节的信息交换。,中断方式具有并行工作、实时传输、充分利用,CPU,效率等特点。,7,5.1.1,微机的输入,/,输出方式,中断传送仍由,CPU,通过程序来传送，每次都要执行指令进行断点、现场的保护和恢复。对于高速,I/O,，就显得速度太慢了。,3,、,DMA,方式,(,直接存储器存取,)DMA,控制方式主要用于存储器和外设之间直接传送、块传输。,DMA,请求总线：,当某一外部设备需要输入,/,输出一批数据时，向,DMA,控制器发出请求，,DMA,控制器接收到这一请求后，向,CPU,发出总线请求信号。,8,1,、中断的概念,CPU,在正常运行的时候，外部或者内部发生了请求,CPU,迅速去处理的事件，,CPU,暂时中断当前的程序，去处理所发生的事件，处理完事件后，再返回到原来被中断的程序继续运行。,此过程称为中断,。,5.1.2,中断的相关概念,10,5,、其他概念,中断系统：,实现中断功能的部件称为，又称中断机构。,中断服务程序：,CPU,响应中断后，处理中断事件的程序。,断点：,CPU,响应中断请求，转去,执行中断服务程序时的,PC,值，即为断点地址,。,中断返回：,CPU,执行完中断服务程序后回到断点的过程。,5.1.2,中断的相关概念,12,5.2,中断系统的结构及控制,主要内容,5.2.1 MCS-51,的中断结构,5.2.2 MCS-51,的中断源,14,5.2.1 MCS-51,单片机的中断结构,中断系统构成：,增强单片机主要由,5,个特殊功能寄存器,、相关,硬件电路等组成,。有,6,个中断源,，两个中断优先级。,特殊功能寄存器主要用于：,控制中断的开放和关闭、保存中断信息、设置中断的优先级别。,硬件查询电路主要用于：,判定,6,个中断源的优先级别。,MCS-51,增强型单片机的中断结构如图,5-2,所示。,15,图,5-2,增强型单片机的中断系统结构,16,5.2.2 MCS-51,的中断源,MCS-51,中断系统主要是对,6,个中断源进行管理，依次为：,外部中断,0,（,P3.2,）,外部中断,1,（,P3.3,）,定时器,/,计数器,0,溢出中断,定时器,/,计数器,1,溢出中断,定时器,/,计数器,2,溢出中断,串行口中断,CPU,主要是通过标志寄存器、控制寄存器、优先级寄存器对中断源进行管理。,17,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,（,1,）,与中断标志相关的,SFR,主要有：定时器,/,计数器,T0,、,T1,控制寄存器,TCON,串行口控制寄存器,SCON,定时器,/,计数器,2,控制寄存器,T2CON,（第,6,章介绍）,（,2,）中断控制寄存器：,TCON,、,IE,（,3,）中断优先级寄存器：,IP,18,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,串行口接收完一帧，由硬件置位。响应中断后，必须用软件清,0,。,例如：,CLR TI,；,20,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,2,、,T0,、,T1,的控制寄存器,TCON,TCON,格式如下：,TCON,(88H),D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,TF1,TR1,TF0,TR0,IE1,IT1,IE0,IT0,图,5-3,定时器的控制寄存器,TCON,可位寻址。复位后,TCON=00H,。,TF1,（,TCON.7,）,:T1,溢出标志位,当,T1,计满溢出时，由内部硬件置位；,中断响应后自动清,0,。,21,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,IT1=1,，外中断,1,为下降沿触发,采样：,CPU,在每一个机器周期的,S5P2,期间对,P3.3,引脚采样，若上一个机器周期检测为高电平，紧挨着的下一个机器周期为低电平，则使,IE1,置,1,。,IT0,：外中断,0,触发方式控制位,。,功能同,IT1,。,23,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,IE1,：外中断,1,中断请求标志位,外部中断,1,引脚有请求信号置,1,；,IE1,的清,0,方式问题：与外中断的触发方式有关,（,1,）,低电平触发，则,P3.3,引脚为高电平自动对,IE1,清,0,；,（,2,）,下降沿触发，则,CPU,响应中断由硬件自动对,IE1,清,0,。,IE0,：外部中断,0,中断请求标志位,功能同,IE1,。,24,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,EA,（,IE.7),：,中断允许总控位,。,EA=0,，屏蔽所有的中断请求；,EA=1,，开放中断总控制位。,ET2,(IE.5),：,定时器,/,计数器,2,的中断允许位,ET2=0,，禁止,T2,中断；,ET2=1,，允许,T2,中断。,ES,(IE.4),串行口中断允许位,。,26,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,ES=0,，禁止串行口中断；,ES=1,，允许串行口中断。,ET1,(IE.3),：定时器,/,计数器,1,中断允许,ET1=0,，禁止,T1,中断；,ET1=1,，允许,T1,中断。,EX1,(IE.2),：外部中断,1,中断允许位,EX1=0,，禁止外部中断,1,中断；,EX1=1,，允许外部中断,1,中断。,27,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,ET0,(IE.1),：,定时器,/,计数器,0,中断允许位,ET0=0,，,禁止,T0,中断；,ET0=1,，允许,T0,中断。,EX0,(IE.0),：,外部中断,0,的中断允许位,EX0=0,，禁止外部中断,0,中断；,EX0=1,，允许外部中断,0,中断。,例,5-1,假设允许,INT0,、,INT1,、,T0,、,T1,中断，试设置,IE,的值。,解：,（,1,）用,C,语言字节操作：,IE=0 x8f,；,28,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,SETB EX0,；允许外部中断,0,中断,SETB ET0,；允许定时,/,计数器,0,中断,SETB EX1,；允许外部中断,1,中断,SETB ET1,；允许定时,/,计数器,1,中断,SETB EA,；开总中断控制位,4,、中断优先级控制寄存器,IP,MCS-51,单片机有,6,个中断源,，每个中断源有,两级优先级控制：,高优先级,和,低优先级，,以便,CPU,对所有的中断实现两级中断嵌套。,对,IP,设置可让中断源处于不同的优先级。,30,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,IP,复位后为,00H,。其格式如下图所示。,IP,(B8H,),D7,D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0,PT2,PS,PT1,PX1,PT0,PX0,图,5-6,中断优先级控制寄存器,PT2,(IP.5),：,T2,中断优先级控制位,PT2=0,，设置为低优先级；,PT2=1,，设置为高优先级。,31,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,PS,(IP.4),：串行口中断优先级控制位,PS=0,，设置为低优先级；,PS=1,，设置为高优先级。,PT1,(IP.3),：,T1,的中断优先级控制位,功能同,PT2,。,PX1,(IP.2),：外中断,1,中断优先级控制位,PX1=0,，设置为低优先级；,PX1=1,，设置为高优先级。,32,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,PT0,(IP.1),：,T0,中断优先级控制位,功能同,PT1,。,PX0,(IP.0),：外中断,0,中断优先级控制位,功能同,PX1,。,89C52,单片机的中断优先级采用了自然优先级和人工设置高、低优先级的策略。,中断处于同一级别时，就由自然优先级确定。开机时，每个中断都处于低优先级，中断优先级可以通过程序来设定，由中断优先级寄存器,IP,来统一管理。如下图所示：,33,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,系统优先级规则图：,表,5-1,中断优先级的排列顺序,中断源,自然优先级顺序,外部中断,0,定时器,/,计数器,0,外部中断,1,定时器,/,计数器,1,串行口中断,定时器,/,计数器,2,最 高,最低,34,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,中断优先级规则：,（,1,）对同时发生多个中断申请,不同优先级的中断同时申请：,先高后低,相同优先级的中断同时申请：,按序执行,（,2,）不同时发生多个中断申请,正处理低优先级中断又接到高级别中断,：,高打断低,正处理高优先级中断又接到低级别中断：,高不理低,35,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,在上述规则中，当,CPU,正在处理一个中断请求时，又出现了另一个优先级比它高的中断请求，就暂时中止执行优先级较低的中断源的服务程序，保护当前断点，转去处理更高的中断请求，服务完毕，回到原来被中止的中断程序继续执行。此过程为中断嵌套。,两级中断嵌套的处理过程如图,5-7,所示。,36,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,思考：当系统正在处理定时器,0,中断的过程中，定时器,1,和外部中断,0,有中断请求，描述,CPU,的中断处理过程？,37,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,例,5-2,设定时器和串行口中断为高优先级，两个外部中断为低优先级，试设置,IP,的值。,解：,C,语言程序,IP=0 x3a,；,汇编语言程序,：,（,1,）使用字节操作指令：,MOV IP,#3AH,（,2,）使用位操作指令：,CLRPX0,；设置外部中断,0,为低级中断,38,5.2.2 MCS-51,单片机的中断源,CLRPX1,；置外部中断,1,为低级中断,SETBPT0,；置定时器,/,计数器,0,为高级中断,SETBPT1,；置定时器,/,计数器,0,为高级中断,SETBPS,；置串行口中断为高优先级,SETBPT2,；置定时器,/,计数器,2,为高级中断,由于复位后,IP=00H,，外部中断在此可以不设置。,39,5.3,中断响应及处理过程,主要内容,5.3.1,中断响应的过程,5.3.2,中断的处理和返回过程,40,5.3.1,中断响应的过程,一、中断响应条件,（,1,）中断源有中断请求；,（,2,）中断总允许位,EA=1,；,（,3,）发出中断请求的中断源的中断允许控制位为,1,。,在满足以上条件的基础上，若有下列任何一种情况存在，硬件生成的长调用指令“,LCALL”,将被封锁。,41,5.3.1,中断响应的过程,（,1,）,CPU,正在执行一个同级或高优先级的中断服务程序；,（,2,）正在执行的指令尚未执行完；,（,3,）正在执行中断返回指令,RETI,或者对寄存器,IE,、,IP,进行读,/,写的指令。,CPU,在执行完上述指令之后，要再执行一条指令，才能响应中断请求。,42,5.3.1,中断响应的过程,二、中断响应过程,从中断请求发生直到被响应，准备去执行中断服务程序，此过程即中断响应过程。中断响应过程一般包括如下几个阶段,：,1,、中断采样并置位,中断采样过程：,CPU,在每个机器周期,S5P2,期间,顺序对中断源采样、置中断标志。,2,、查询标志,在中断采样后的下一个周期的,S6,按优先级顺序查询中断标志。,43,5.3.1,中断响应的过程,3,、响应中断,在满足中断响应条件情况下，若中断标志为,1,，,在接下来周期,S1,开始,按优先级顺序进行中断处理。,中断响应过程的操作步骤：,硬件自动生成长调用指令,LCALL addr16,，,addr16,为,各中断源的,中断程序入口地址,。,PC,的内容（即断点地址）压入堆栈。,先低位地址，后高位地址，并修改堆栈指针,SP,。,将中断源的中断入口地址装入程序计数器,PC,，执行中断服务程序。,44,5.3.1,中断响应过程,三、中断响应的时间,一般来说，,中断的响应时间最短为,3,个机器周期，最长为,8,个机器周期。,一般中断请求标志位查询占,1,个机器周期,。而机器周期又恰好是指令的最后一个机器周期。执行此指令后，,CPU,将响应中断，产生硬件长调用指令。,长调用,LCALL,指令需要,2,个机器周期这样，中断响应时间为,3,个机器周期。,45,5.3.1,中断响应过程,响应时间最长的情况（,8,周期）：,CPU,正在执行的是,RETI,指令、或访问,IP,、,IE,指令；,其后恰好是,4,个机器周期的指令,MUL,、或,DIV),。,加上执行长调用指令,LCALL,所需,2,个机器周期，则需要,8,个机器周期。,如果中断请求被前面所列三个条件之一所阻 止，则所需的响应时间就更长。,对于实时性要求高的系统，应该考虑中断响应的时间。,46,5.3.2,中断处理和返回过程,一、中断处理过程,当,CPU,响应中断后，做中断处理。首先获得中断服务程序的入口地址。,其次：执行中断服务程序,。,中断源,中断入口,外部中断,0,0003H,定时器,/,计数器,0,000BH,外部中断,1,0013H,定时器,/,计数器,1,001BH,串行口,0023H,定时器,/,计数器,2,002BH,47,5.3.2,中断处理和返回过程,中断服务程序一般包括三部分内容；,保护现场,中断处理程序,恢复现场,现场：,是指中断发生时单片微机中存储单元、寄存器、特殊功能寄存器中的数据或标志位等。,例如,A,、,B,、,Rn,、,PSW,、,DPTR,等,48,5.3.2,中断的处理和返回过程,保护的方法可以有以下几种：,进栈,（使用,PUSH,、,POP,）,切换工作寄存器,暂存内部存储器单元,多使用堆栈方法，,PUSH,、,POP,成对使用。,49,5.3.2,中断处理和返回过程,二、中断返回,使用,RETI,指令,RETI,指令包含两个功能：,首先将相应的,优先级状态触发器清,0,，以开放同级别中断源的中断请求；,其次，从堆栈区把,断点地址弹出给,程序计数器,PC,。,注意：,不能用,RET,指令代替,RETI,指令。,50,5.4,中断应用举例,主要内容,1,、中断程序的组织结构,2,、中断的初始化过程,3,、中断服务程序的设计,4,、中断程序举例,51,5.4,中断应用举例,一、中断程序安排,1,、主程序,MCS-51,单片机复位后，（,PC,）,=0000H,，主程序只分配,0000H-0002H,共,3,个单元。经常,在,0000H,单元设置一条,LJMP,指令，转向主程序的入口处,。而真正的主程序一般安排在中断区域之后。,2,、各中断服务程序,每个中断服务程序在固定的位置由系统分配相邻的,8,个单元,用于存储程序。,52,5.4,中断应用举例,程序组织的一般结构：,ORG0000H,LJMPMAIN,ORG0003H,LJMPINT_0,ORG 0030H,MAIN:.;,主程序区,.,;,进行初始化,SJMP$;,等待中断,INT_0,：,.;,外部中断,0,服务子程序,.,RETI,53,5.4,中断应用举例,二、中断初始化步骤,89C52,单片机中，共有,6,个中断源，,中断的初始化主要是对由,5,个特殊功能寄存器,TCON,、,T2CON,、,SCON,、,IE,和,IP,的设置。,中断初始化部分一般放在主程序中。,54,5.4,中断应用举例,三、中断服务程序流程设计,MCS-51,结束到中断请求后，在条件满足的情况下，响应中断并转到对应的中断服务程序入口处执行,。,中断程序主要由如下所示几部分组成：,1,、保护现场,中断响应后，系统已自动将断点进行保护。,保护现场，主要针对中断程序中的寄存器和存储单元。其位置在中断服务程序前段。,55,5.4,中断应用举例,2,、关中断和开中断,89C52,允许中断嵌套,。为了在保护现场或恢复现场时，由于,CPU响应其它中断请求，而使现场破坏，一般在保护和恢复现场时，,CPU,不响应外界的中断请求，即关中断。,在保护现场和恢复现场前，关中断；在保护现场和恢复现场后，再根据需要使,CPU,开中断。,思考：如果允许中断嵌套，什么时间关中断和开中断？,56,5.4,中断应用举例,3,、中断请求撤除,CPU,响应某中断请求后，在,中断返回前,，应该,撤消,该,中断请求。,中断请求撤除方法如下：,定时器,0,、,1,溢出中断请求的撤除：允许,中断的情况下，响应中断后，硬件会自动清除中断请求标志,TFx,。,定时器,/,计数器,2,请求的撤除：,T2,中断请求标志位,TF2,和,EXF2,不能自动复位，须,软件复位,。,串行口中断的撤除：,串行口中断请求标志位,TI,和,RI,，必须,软件复位,。,57,5.4,中断应用举例,外部中断的撤除,：,外部中断为,边沿触发,方式时，响应中断后，,硬件自动清除,IE0,或,IE1,。,外部中断为电平触发方式时,。响应中断后，,硬件会自动清除,IE0,或,IE1,。,但由于加到该引脚的外部中断请求信号并未撤除，中断请求标志,IE0,或,IE1,会再次被置,1,，所以在,CPU,响应中断后应立即撤除该引脚上的低电平。,一般采用加一个,D,触发器和几条指令的方法来解决这个问题,。,58,5.4,中断应用举例,4,、中断源的识别,串行口中断,:,接收请求标志,RI,和发送中断请求标志位,TI,共用中断入口地址（,0023H,），中断允许位,ES,和中断优先级选择位,PS,。,定时器,/,计数器,2:,中断请求标志,TF2,和,EXF2,，共用一个中断矢量地址（,002BH,），中断允许位,ET2,和中断优先级选择位,PT2,。,在中断服务程序中注意区分是哪种中断引起的中断请求，并清除其中断请求标志。,59,5.4,中断应用举例,5,、恢复现场,在结束中断服务程序，,返回断点处前,要,恢复现场,。,6,、中断返回,当,CPU,执行到,RETI,指令时，将,当前栈顶,内容弹出到,PC,恢复断点,。,注意：中断服务程序的最后一条指令，必须为,RETI,返回指令不能为,RET,指令,。,60,5.4,中断应用举例,例,5-3,如图,5-9,所示，将,P1,口的,P1.4,P1.7,作为,输入,位，,P1.0,P1.3,作为,输出,位。,要求利用,89C52,将,开关所设的数据读入,单片机内，并依次,通过,P1.0,P1.3,输出,，驱动发光二极管，以检查,P1.4,P1.7,输入的电平情况（若,输入为高电平则相应的,LED,亮,）。,要求采用,中断边沿触发方式,，中断一次，完成一次读,/,写操作。,61,5.4,中断应用举例,62,5.4,中断应用举例,分析：,5-9,中，用外部中断,0,，中断请求从,P3.2,输入，并采用去抖动电路。当,P1.0P1.3,的某一位输出为,0,时，相应的发光二极管就会发光。当开关,S1,来回拨动一次时，将产生一个下降沿信号，发出中断请求。中断服务程序的入口地址为,0003H,。,C,语言程序,：,#include,void main(),EX0=1;/,允许外部中断,0,中断,63,5.4,中断应用举例,IT0=1;/,选边沿触发方式,EA=1;/CPU,开中断,while(1);/,等待中断,void int0_int(void)interrupt 0,unsignedchardatad;,P1=0 xf0;/,设,P1.4,P1.7,为输入,d=P1;/,取开关数,P1=(d4);/,驱动,LED,发光,64,5.4,中断应用举例,汇编程序：,ORG 0000H,SJMPMAIN;,上电，转向主程序,ORG0003H;,外部中断,0,入口地址,SJMPINSER;,转向中断服务程序,ORG0030H;,主程序,MAIN,：,SETBEX0;,允许外部中断,0,中断,SETBIT0;,选择边沿触发方式,SETBEA;CPU,开中断,65,5.4,中断应用举例,HERE,：,SJMPHERE;,等待中断,INSER,：,;,中断服务程序,MOV A,MOV P1,#0F0H;,设,P1.4,P1.7,为输入,MOV A,P1;,取开关数据,SWAP A;A,的高、低四位互换,CPL,MOV P1,A;,输出驱动,LED,发光,RETI;,中断返回,END,66,本章小结,本章介绍了中断的基本概念，中断系统的逻辑结构，中断控制的过程、以及中断的应用。,89C52,单片机内部有,6,个中断源，它们分别是外部中断,0,、外部中断,1,、定时器,0,，,1,，,2,和串行口。对应,8,个中断标志，,6,个中断允许和优先级控制位。,不同中断源有不同的中断入口地址，读者在编制程序时一定要注意正确区分中断源，从而保证中断功能的正确实现。,67,