单片机中断系统精选课件.ppt
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1、 本章介绍的主要内容本章介绍的主要内容第第6章章 MCS-51单片机的中断系统单片机的中断系统 在在CPU和外设交换信息时,存在着快速和外设交换信息时,存在着快速CPU和慢速外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,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。计算机中通常采用中断技术。中断中断 CPU和外设并行工作,当外设数据准备好和外设并行工作,当外设数据准备好(或有某种突或有某种突发事件发生发事件发生)时向时向CPU提出请求,提出请求,CPU暂停正在执行的程序暂停正在执行的程序转而为该外设服务转而为该外设服务(或处理紧急事件或处理紧急事件)
2、,处理完毕再回到原断,处理完毕再回到原断点继续执行原程序。点继续执行原程序。中断源中断源 引起中断的原因引起中断的原因,中断申请的来源,称为中断源,中断申请的来源,称为中断源,可可以是以是I/O设备、故障、时钟、调试中人为设置。设备、故障、时钟、调试中人为设置。中断优先级中断优先级 当有多个中断源同时当有多个中断源同时 向向CPU申请中断时,申请中断时,CPU优先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别较低的,这种预先安排的响应次序。,这种预先安排的响应次序。中断的嵌套中断的嵌套 在中断系统中,高优先级的中断请求能中断正在进
3、行在中断系统中,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。的较低级的中断源处理。中断系统中断系统 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。为中断系统。本章将讨论本章将讨论MCS51系列单片机的中断系统。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: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在不断的执行指令中,是如何检测到随机发生的中断请求?的中断请求?2)如何使中断的双方()如何使中断的双方(CPU方和中
4、断源方)均能人为方和中断源方)均能人为控制,允许中断或禁止中断。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)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?该中断源服务呢?4)中断源有多个,而)中断源有多个,而CPU只有一个,当有多个中断源只有一个,当有多个中断源同时有中断请求时,用户怎么控制同时有中断请求时,用户怎么控制 CPU 按照自己的需要安按照自己的需要安排响应次序?排响应次序?5)中断服务完毕,如何正确地返回到原断点处?)中断服务完毕,如何正
5、确地返回到原断点处?8XX51有有5个中断源,个中断源,3个在片内,个在片内,2个在片外,它个在片外,它们在程序存贮器中有固定的中断入口地址,当们在程序存贮器中有固定的中断入口地址,当CPU响应响应中断时,硬件自动形成这些地址,由此进入中断服务程中断时,硬件自动形成这些地址,由此进入中断服务程序;序;5个中断源有两级中断优先级,可形成中断嵌套;个中断源有两级中断优先级,可形成中断嵌套;8XX51有有5个中断源,其符号、名称、产生条件及中个中断源,其符号、名称、产生条件及中断服务程序的入口地址如表断服务程序的入口地址如表6.1。6.1 中断系统结构中断系统结构 002BH定时计数器定时计数器2中
6、断中断(TF2或或T2EX信号)信号)定时器定时器2中断中断 T20023H串行通信完成一帧数据串行通信完成一帧数据发送或接收引起中断发送或接收引起中断 串行口串行口中断中断 TI/RI 001BH定时计数器定时计数器1计数回零溢出计数回零溢出 定时器定时器1中断中断 T1000BH定时计数器定时计数器0计数回零溢出计数回零溢出 定时器定时器0中断中断 T00013HP3.3引脚的引脚的低电平或下降沿信号低电平或下降沿信号 外部外部中断中断1INT10003H P3.2引脚的引脚的低电平或下降沿信号低电平或下降沿信号 外部外部中断中断0 INT0中断服务程序中断服务程序入口入口中中 断断 引引
7、 起起 原原 因因 名名 称称 符号符号 EA -ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0中断总中断总控允控允/禁禁 不不 用用 T2允允/禁禁 串行口串行口允允/禁禁 T1允允/禁禁 INT1允允/禁禁 T0允允/禁禁 INT0允允/禁禁 二、中断控制的有关寄存器二、中断控制的有关寄存器 (1)中断的允许和禁止中断的允许和禁止中断控制寄存器中断控制寄存器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源中断则该位置1,禁止中断则该位,禁止中断则该位0。EA:中断总控开关,是:中断总控开关,是CPU是否响应中断的前提。是否响应
8、中断的前提。EA=1,CPU开中断开中断;EA=0,CPU关中断。关中断。ES:串行口中断允许位,串行口中断允许位,ES=1,允许串行口发送,允许串行口发送/接收中断;接收中断;ES=0,禁止串行口中断。,禁止串行口中断。ET1:定时器:定时器T1中断允许位,中断允许位,ET1=1,允许,允许T1计数溢出中断;计数溢出中断;ET1=0,禁止,禁止T1中断。中断。ET0:定时器定时器T0中断允许位中断允许位,ET0=1,允许,允许T1计数溢出中断;计数溢出中断;ET0=0,禁止,禁止T0中断。中断。EX1:外部中断外部中断INT1允许位,允许位,EX1=1,允许,允许INT1中断;中断;EX1=
9、0,禁止,禁止INT1中断。中断。EX0:外部中断外部中断INT0允许位,允许位,EX0=1,允许,允许INT0中断;中断;EX0=0,禁止,禁止INT0中断。中断。INT0方式方式下沿下沿/低低电平电平 INT0请求请求有有/无无 INT1方式方式下沿下沿/低电平低电平 INT1 请求请求有有/无无 T0 工作工作启启/停停 T0 请求请求有有/无无 T1工作工作启启/停停 T1 请求请求有有/无无 IT0 IE0IT1IE1TR0 TF0 TR1 TF1(2)中断请求标志及外部中断方式选择寄存器中断请求标志及外部中断方式选择寄存器TCON说明:说明:IT0和和IT1为外中断为外中断INT0
10、 和和INT1中断触发方式选择,若选下降沿中断触发方式选择,若选下降沿触发则相应位置触发则相应位置1;若选低电平触发;若选低电平触发,IT相应位置相应位置0。某中断源有中断请求,该中断标志置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,无中断请求,该中断标志置置0。TR0 和和 TR1 为定时器为定时器T0和和T1 工作启动和停止控制。工作启动和停止控制。-PT2PSPT1PX1PT0PX0无无用用位位无无用用位位T2高高/低低串行串行 口口高高/低低 T1高高/低低INT1高高/低低 T0高高/低低 INT0高高/低低 当当 某几个中断源在某几个中断源在IP寄存器相应位同为寄存
11、器相应位同为1或同为零时,或同为零时,由内部查询确定优先级,查询的顺序是: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优先响应先查询的中断请求T0T1串行口串行口T2INT0INT1 五个中断源的优先级别由五个中断源的优先级别由IP寄存器管理,相应位置寄存器管理,相应位置1,则,则该中断源优先级别高,置该中断源优先级别高,置0的优先级别低。的优先级别低。(3)中断优先级管理寄存器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系列单片机的中断结构可以用图6.1示。示。6.2 中断响应过程中断响应过程一、中断处理过程一、中断处理过程 中断处理过程分为四个阶段
12、:中断请求,中断响应,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。中断处理、中断返回。MCS-51系列单片机的中断过程系列单片机的中断过程流程如图流程如图6.2所示。所示。NNYYYN执执 行行 指指 令令中断标志中断标志1?(中断请求中断请求?)指令指令最后一个最后一个T周期周期?EA=1?允允 许许 位位=1?CPU 判判 别优别优 先权先权,响响 应优应优 先权高先权高 的中断的中断断点的断点的PC进栈进栈,中断服务入口地址送中断服务入口地址送PC撤撤 除除 中中 断断 标标 志志中中 断断 服服 务务中中 断断 返返 回回,断断 点点 出出 栈栈 送送 PC 中断
13、请求中断请求.中断响应中断响应中断服务中断服务中断返回中断返回1)中断请求、中断响应过程由硬件完成。)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)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。保护现场和恢复现场。3)中断返回是通过执行一条)中断返回是通过执行一条RETI中断返回指令,使中断返回指令,使堆栈中被压入的断堆栈中被压入的断 点地址送点地址送PC,从而返回主程序的断,从而返回主程序的断点继续执行主程序。点继续执行主程序。另外另外RETI还有恢复优先级状态触发器还有恢复优先级状态触发器 的作用,因的作用,因此不能以此不能以RET指
14、令代替指令代替“RETI”指令。指令。若某个中断源通过编程设置,处于被打开的状态,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:应此中断:当前正在执行的那条指令没执行完;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;当前响应了同级或高级中断;正在操作正在操作IE、IP中断控制寄存器或执行中断控制寄存器或执行RETI指指令。在正常的情况下,从中断请求信号有效开始,到中令。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,通常需要断得到响应,通常需要3个机器周期到个机器周期到8
15、个机器周期。个机器周期。二、中断请求的撤除二、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。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)对定时计数器T0、T1的溢出中断,的溢出中断,CPU响应中断后,硬件自动清除响应中断后,硬件自动清除中断请求标志中断请求标志TF0和和TF1。2)对边沿触发的外部中断)对边沿触发的外部中断INT1和和INT0,CPU响应中断后硬件自动清除响应中断后硬件自动清除中断请求标志中断请求标志IE0和和IE1。3)对电平触发的外部中断,)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在响应中断时也不会自动清
16、除中断标志,因此,在志,因此,在CPU响应中断后应立即撤除响应中断后应立即撤除INT1或或INT0的低电平信号。的低电平信号。4)对于串行口中断,)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,即这些中断标志不会自动清除,必须用软件清除必须用软件清除,这是在编串,这是在编串行通信中断服务中应该注意的。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中断的汇编语言程序和C语言程序设计语言程序设计 v用户对中断的控制和管理,实际是对用户对中断的控制和管理,实际是对4个与中断有关的个与中断有关的寄存器
17、寄存器IE、TCON、IP、SCON进行控制或管理。这几进行控制或管理。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对这几个寄存器的有关 位进行预置。位进行预置。在中断程序的编制中应注意:在中断程序的编制中应注意:v开中断总控开关开中断总控开关EA,置位中断源的中断允许位。,置位中断源的中断允许位。v对外部中断对外部中断INT0、INT1应选择中断触发方式应选择中断触发方式v多个中断源中断,应设定中断优先级,预置多个中断源中断,应设定中断优先级,预置IP。v编写中断服务程序,并注意用保护现场和恢复现场,以编写中断服务程
18、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。免中断返回时,丢失原寄存器、累加器中的信息。v若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断,可以若要在执行当前中断程序时禁止更高优先级中断,可以采用软件关采用软件关CPU中断或禁止某中断源中断,在中断返中断或禁止某中断源中断,在中断返回前再开放中断。回前再开放中断。汇编语言的中断服务程序按规定的中断矢量地址存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之间相距很近,往往装不下一个中
19、断服务程序,通常将中断服务程务程序,通常将中断服务程 序安排在程序存贮器的其他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。地址空间,而在矢量地址的单元中安排一条转移指令。例例1.在图在图6.3中中P1.4P1.7接有四个发光二极管,接有四个发光二极管,P1.0P1.3接有四个开关,消抖电路用于接有四个开关,消抖电路用于 产生中断请求信号,当产生中断请求信号,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,通过过INT0向向CPU申请中断,要求:初时发光二极管全黑,每申请中断,要求:初时发光二极管全黑,每中断一次,中
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