《凌阳十六位单片机原理及应用》课件第5章.ppt

1、第5章 中 断 系 统1 1第第 5 5 章章 中中 断断 系系 统统5.1 概述5.2 SPCE061A中断系统5.3 中断系统应用本章小结第5章 中 断 系 统2 25.1 概 述5.1.1 中断概念在计算机系统中，引入中断的最初目的是为了提高CPU的利用率以及数据的输入/输出效率，随着计算机应用的发展，中断技术也能对计算机运行过程中突然发生的故障做到及时发现并进行自动处理，如硬件故障、运算错误及程序故障等。第5章 中 断 系 统3 35.1.2 中断的处理过程1CPU响应中断的条件1)设置中断请求触发器中断请求是中断源(按中断方式与CPU之间进行信息交换的事件)向CPU发出信号，请求CP

2、U为它服务。第5章 中 断 系 统4 42)设置中断屏蔽触发器在有多个中断源的情况下，常要求在每一个外设的接口电路中都设置一个中断屏蔽触发器，只有当此触发器为“1”时，外设的中断请求才能被送到CPU。第5章 中 断 系 统5 53)设置中断允许触发器的状态在CPU内部有一个中断允许触发器，只有当其为“1”(开中断)时，CPU才能响应中断；如果它为“0”(关中断)时，即使中断请求线上有中断请求，CPU也不响应。可以用开中断和关中断指令来设置中断允许触发器的状态。当CPU复位时，中断允许触发器复位为“0”，即关中断；当中断响应后，CPU自动关闭中断，以拒绝接受另一个新的中断。第5章 中 断 系 统

3、6 64)CPU在结束现行指令后响应中断在满足以上3个条件的情况下，CPU总是在执行到每条指令的最后一个总线周期的最后一个时钟周期时，才检测中断输入线，如果CPU允许某个中断源的中断请求，那么在结束该指令后进入中断响应总线周期，相应的中断允许位为真(允许中断)，相应的总中断允许位为真(允许中断)，则响应中断。第5章 中 断 系 统7 72中断响应过程1)保护断点2)关中断3)识别中断源第5章 中 断 系 统8 83中断服务过程中断服务过程就是执行中断服务程序的过程。1)保护现场2)中断服务3)恢复现场4)中断返回第5章 中 断 系 统9 9图5.1 中断处理过程流程图第5章 中 断 系 统10

4、 105.1.3 中断优先级一个计算机处理系统一般是有多个中断源的，但CPU的引脚往往只有一条中断线INTR，则需要对不同的中断源安排相应的中断优先级，对紧急事件要安排具有较高的中断优先级。第5章 中 断 系 统11 115.1.4 中断屏蔽当中断源申请中断时，CPU可以由软件设置而使之不能响应，这称为中断屏蔽。根据微处理器内部处理中断请求的情况，中断可分为屏蔽中断和不可屏蔽中断。对于各种计算机系统，中断的构成差别很大，但都具有三种功能：(1)能实现中断响应、中断服务、中断返回、中断屏蔽；(2)能实现中断优先级排队；(3)能实现中断嵌套。第5章 中 断 系 统12 125.1.5 中断应用注意

5、事项1)中断的嵌套2)外部中断信号的时间3)保护现场和堆栈4)中断响应时间的确定第5章 中 断 系 统13 135.2 SPCE061A中断系统SPCE061A系列单片机中断系统是凌阳16位单片机中中断功能较强的一种，它可以提供14个中断源，具有两个中断优先级，可实现两级中断嵌套功能。5.2.1 中断类型1软件中断2异常中断3事件中断第5章 中 断 系 统14 145.2.2 中断源SPCE061A单片机的中断系统有14个中断源，分为2个定时器溢出中断、2个外部中断、1个串行口中断、1个触键唤醒中断、7个时基信号中断、1个PWM音频输出中断，如表5.1所示。第5章 中 断 系 统15 15第5

6、章 中 断 系 统16 161定时器溢出中断源定时器溢出中断由SPCE061A内部定时器中断源产生，故它们属于内部中断(即软件中断由软件指令BREAK产生)。第5章 中 断 系 统17 172外部中断源SPCE061A单片机有2个外部中断，分别为外部时钟源输入信号EXT1和EXT2。两个外部输入脚分别为B口的IOB2和IOB3的复用脚。EXT1(IOB2)和EXT2(IOB3)两条外部中断请求输入线，用于输入两个外部中断源的中断请求信号，并允许外部中断以下降沿触发的方式来输入中断请求信号，如图5.2所示。第5章 中 断 系 统18 18图5.2 外部中断结构第5章 中 断 系 统19 19图5

7、.3 IOB2与IOB4或IOB3与IOB5组成的反馈结构示意图第5章 中 断 系 统20203串行口中断源串行口中断由SPCE061A内部串行口中断源产生，故也是一种内部中断。串行口中断分为串行口发送中断和串行口接收中断两种。第5章 中 断 系 统21 21图5.4 UART接收数据的方式第5章 中 断 系 统22224触键唤醒中断源当系统给出睡眠命令时，CPU便关闭PLL倍频电路，停止CPU时钟工作而使系统进入睡眠状态。在睡眠过程中，通过IOA口低8位接的键盘就可以给出唤醒信号使系统接通PLL倍频电路，启动CPU时钟工作，将系统从睡眠状态转到工作状态，同时产生一个IRQ3中断请求。第5章

8、中 断 系 统23235时基信号中断源CPU的时基信号发生器是最基本的定时脉冲信号，它可以为单片机提供各种不同的频率信号，也即为中断系统提供各种实时中断源(IRQ4和IRQ5)信号。第5章 中 断 系 统24245.2.3 中断向量及优先级中断向量是指向中断服务子程序入口地址的指针。在SPCE061A单片机中，快速中断的优先级高于一般中断的优先级；在IRQ中断中，IRQ0的中断优先级高于IRQ1，IRQ1的中断优先级高于IRQ2，依次类推，按照IRQ的序号，序号越高则中断优先级越低；然后是UART IRQ，BREAK软中断的中断优先级最低。第5章 中 断 系 统2525第5章 中 断 系 统2

9、6265.2.4 中断控制1中断控制寄存器1)中断控制单元P_INT_CtrlP_INT_Ctrl控制单元具有可读和可写的属性，存储地址为7010H，其各位的写入与读出的意义是不同的。其各位定义如表5.3所示。第5章 中 断 系 统2727第5章 中 断 系 统28282)清除中断标志控制单元P_INT_Clear_INT_Clear只具有可写的属性，读该寄存器是无任何意义的，存储地址为7011H。清除中断标志控制单元主要用于清除中断控制标志位，当CPU响应中断后，会将中断标志置位为“1”，当进入中断服务程序后，要将其控制标志清零。第5章 中 断 系 统2929第5章 中 断 系 统30303

10、)激活和屏蔽中断控制单元P_INT_NewP_INT_New控制单元具有读和写的属性，存储地址为702DH。该控制单元用于激活和屏蔽中断。第5章 中 断 系 统31 31第5章 中 断 系 统32322中断控制配置端口表5.6表示各中断控制寄存器不同配置时所实现的功能。第5章 中 断 系 统3333表 5.6 中断控制配置端口 P_INT_Ctrl_New(W)P_INT_Ctrl(R)P_INT_Clear(W)功 能 1 允许中断/唤醒功能 0 屏蔽中断/唤醒功能，但不清除P_INT_Ctrl(R)单元相应的中断标志位 1 有中断事件发生 0 没有中断事件发生 1 消除中断事件 0 不改变

11、中断源的状态 第5章 中 断 系 统34343中断控制指令SPCE061A单片机允许中断时，要对控制寄存器的每位进行设置，与此同时还需要通过指令控制实现开启和清除，这样才能保证中断的正常进行。这些控制的实现是使用了专门的中断控制指令，如表5.7所示。第5章 中 断 系 统3535第5章 中 断 系 统36361)FIQ ON功能：该指令用来允许FIQ中断。其控制指令不能代替P_INT_Ctrl，也就是说，即使在程序中写了该代码，但是没有在P_INT_Ctrl寄存器中FIQ处置位“1”，CPU也无法响应该中断。FIQ ON与FIQ OFF是配对出现的。第5章 中 断 系 统3737第5章 中 断

12、 系 统38382)FIQ OFF功能：这个指令用来禁止FIQ中断。该指令可以禁止P_INT_Ctrl控制寄存器打开的FIQ中断。第5章 中 断 系 统39393)IRQ ON功能：这个指令用来开放IRQ中断，该控制指令不能代替P_INT_Ctrl，与FIQ ON功能相同，必须通过P_INT_Ctrl控制寄存器来开通中断。其与IRQ OFF是对应使用的。4)IRQ OFF功能：这个指令是用来屏蔽IRQ中断。与FIQ OFF功能相同，可以屏蔽P_INT_Ctrl控制寄存器开放的中断，并通过IRQ ON来打开。第5章 中 断 系 统40405)INT功能：这个指令用来设置允许/禁止FIQ和IRQ中

13、断。该控制指令与前面的指令相同，只有先通过P_INT_Ctrl寄存器才能打开中断通道。INT控制指令还可以细分为：第5章 中 断 系 统41 41第5章 中 断 系 统42426)RETI功能：该指令起中断返回的作用。RETI指令在恢复断点地址的同时还能恢复中断响应时由CPU自动保存的寄存器内容。第5章 中 断 系 统43435.2.5 中断响应1中断查询SPCE061A的设计思想是把所有的中断请求都汇集到P_INT_Ctrl和P_UART_Command2寄存器中，P_UART_Command2主要用于检测串行传输中断标志位。其外部中断是使用采样的方法，将中断请求锁定在P_INT_Ctrl控

14、制寄存器的相应标志位中。而音频输出中断、触键唤醒、定时中断、时基中断、串行异步中断的中断请求都是发生在芯片的内部，因此可以直接对P_INT_Ctrl和P_UART_Command2寄存器中各自的中断请求标志进行置位，不存在采样的问题。第5章 中 断 系 统44442中断响应中断源总是通过专用的接口电路向CPU提出实时信息交换要求的，当CPU允许某个中断源的中断请求时，将在结束现行指令后进入中断响应总线周期，把它称之为中断响应。中断响应是在中断查询后进行的，当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应。第5章 中 断 系 统4545中断响应的主要内容可以理解为是硬件自动生成一条调用指令，其格式

15、为：CALL addr16这里的addr16是存储器中断区中相应中断入口地址，在SPCE061A单片机中，这些入口地址已经由系统设定。例如：对于时基信号2048Hz中断的响应，产生的调用指令为：CALL FFFCH第5章 中 断 系 统46463中断响应时间中断响应的时间应从中断信号出现到CPU响应的时间与CPU响应中断信号到进入中断服务程序的时间之和。第5章 中 断 系 统47474中断请求的撤销中断响应后，P_INT_Ctrl和P_UART_Command2寄存器中的中断请求标志应及时清除，把该中断请求信号撤销，否则中断请求仍然存在，就会造成中断的重复查询和响应。第5章 中 断 系 统48

16、485.3 中断系统应用5.3.1 单中断源应用1定时器中断定时器中断包括定时器A中断和定时器B中断，定时器A、B中断源在快速中断请求(FIQ)中有，在一般中断请求IRQ1(TimerA)和IRQ2(TimerB)中也有。可根据具体程序设计的需要而选择，若需要定时器的中断优先级高，可以打开FIQ方式的定时器中断；若定时器对中断优先级要求不是较高，则可以将定时器中断放在IRQ中断方式中。定时器中断所使用的寄存器的属性和功能如表5.8所示。第5章 中 断 系 统4949第5章 中 断 系 统50502时基中断SPCE061A单片机具有时基中断，减少了软硬件关于实时时钟信号的处理过程。时基信号是最基

17、本的定时脉冲信号，它为SPCE061A单片机提供各种不同的频率信号，有2Hz、4Hz、8Hz、16Hz、32Hz、64Hz、128Hz、256Hz、512Hz、1024H、2048Hz、4096Hz等多种频率信号，从而为用户在实时处理上提供了各种时钟选择。第5章 中 断 系 统51 51【例5.1】定时0.5s，使A口的8个二极管闪烁。分析：首先考虑定时0.5s采用哪个时基信号比较方便。由于实时时钟振荡器32768Hz经14级2分频器产生各种可为SPCE061A单片机使用的时基信号，定时周期为0.5s，则可得频率为2Hz。由此得知，我们使用2Hz作为中断源IRQ5为系统提供0.5s的时基信号中

18、断是最为方便的。在设计时只要触发2Hz的时基信号中断就可以实现0.5s的定时时间。第5章 中 断 系 统5252第5章 中 断 系 统5353图5.5 主程序流程图第5章 中 断 系 统5454图5.6 中断服务程序流程图第5章 中 断 系 统5555第5章 中 断 系 统5656第5章 中 断 系 统5757第5章 中 断 系 统5858第5章 中 断 系 统59593触键唤醒中断触键唤醒中断源主要是在系统进入睡眠状态后，通过IOA口低八位的按键给出唤醒信号，让系统接通PLL倍频电路来唤醒系统时钟，同时产生一个IRQ3中断请求，进入触键唤醒中断，恢复睡眠时的PC指针。第5章 中 断 系 统6

19、0604外部中断【例5.2】在外部中断中点亮8个LED。分析：首先考虑使用外部中断EXT1还是外部中断EXT2，或者是两个外部中断都可以。反馈电路外部中断所使用的控制寄存器的属性和功能如表5.10所示。第5章 中 断 系 统61 61第5章 中 断 系 统6262 在编写外部中断程序时，在本例中选择了EXT1，所以要对IOB2初始化，即需设置为输入。在主程序中要初始化A口的低8位为输出端，开启外部中断EXT1。控制8个LED的亮在中断服务程序中完成，对中断子程序的设计流程与中断服务流程一样，主要的一步是判断是否是IRQ3_EXT1中断，若是就直接进行清中断标志，若不是则就说明LED灯亮。外部中

20、断主程序流程图如图5.7所示，外部中断中断服务程序流程图如图5.8所示。第5章 中 断 系 统6363图5.7 外部中断主程序流程图 第5章 中 断 系 统6464 图5.8 外部中断中断服务程序流程图 第5章 中 断 系 统6565第5章 中 断 系 统6666第5章 中 断 系 统6767第5章 中 断 系 统6868第5章 中 断 系 统6969【例5.3】EXT1与EXT2设置为外部中断，对应的I/O端口与按键连接；IOA0与IOA1分别接LED发光管，如图5.9所示。当EXT1对应的键按下时，LED1点亮，LED2熄灭；当EXT2对应的键按下时，LED2点亮，LED1熄灭。第5章 中

21、 断 系 统7070图5.9 电路原理图第5章 中 断 系 统71 71第5章 中 断 系 统7272第5章 中 断 系 统7373第5章 中 断 系 统74745串行异步中断串行异步中断用于串行通信过程中数据的收发，串行通信接口为标准全双工的通用异步接受器/发送器UART模块。UART的接收信号Rx和发送信号Tx分别与IOB7和IOB10共用，属于B口的特殊功能。第5章 中 断 系 统7575第5章 中 断 系 统76765.3.2 多中断源应用1同中断向量多个中断源的使用【例5.4】IRQ6中断有两个中断源IRQ6_TMB1和IRQ6_TMB2，此处利用两个中断源分别控制8个发光二极管，分

22、别为1s和0.5s闪烁。分析：IRQ6_TMB1有多种频率选择(如：8Hz、16 Hz、32Hz、64Hz)，可以选择其中任何一个频率做到0.5s定时。在本例中我们选择64Hz；同样IRQ6_TMB2也有多种频率选择(如：128 Hz，256 Hz，512 Hz，1024Hz)，每一种频率都可以达到定时1s，在本例中选择128Hz。第5章 中 断 系 统7777图5.10 同中断向量的多个中断源主程序流程图第5章 中 断 系 统7878图5.11 同中断向量的多个中断源中断服务子程序第5章 中 断 系 统7979第5章 中 断 系 统8080第5章 中 断 系 统81 81第5章 中 断 系

23、统8282第5章 中 断 系 统8383第5章 中 断 系 统8484第5章 中 断 系 统8585第5章 中 断 系 统86862不同中断入口中断源的使用用不同中断入口的中断源实现例5.4的控制要求。分析：在本例中使用IRQ2中的定时器B来实现0.5s定时；1s定时利用的是IRQ4中的IRQ_1kHz中断。第5章 中 断 系 统8787图5.12 不同中断入口的中断源主程序流程图 第5章 中 断 系 统8888 图5.13 不同中断入口的中断源定时器B中断服务程序流程图 第5章 中 断 系 统8989图5.14 不同中断入口的中断源时基信号1024Hz中断服务程序流程图第5章 中 断 系 统9090第5章 中 断 系 统91 91第5章 中 断 系 统9292第5章 中 断 系 统9393第5章 中 断 系 统9494第5章 中 断 系 统9595第5章 中 断 系 统9696第5章 中 断 系 统9797 本 章 小 结中断系统是为CPU对外部事件作出快速反应和处理而设置的，中断技术使计算机在实时控制方面得到了广泛的应用。SPCE061A是凌阳16位单片机系列中中断功能较强的一种，本章主要讲述了SPCE061A中断系统的终端类型、中断源、中断响应以及中断控制等相关概念，并从单中断源和多中断源两个方面来介绍了SPCE061A中断系统的实际应用。