第7章 MCS-51的中断控制系统.ppt

第7章 MCS-51的中断控制系统 本章定位 知识提高 71 中断的相关概念 72 MCS-51单片机中断系统结构 721 中断请求源与中断源寄存器TCON、SCON 722 中断控制与中断控制寄存器IE、IP 73 中断的处理过程 731 中断响应 732 中断服务 733 中断返回 74 多外部中断源系统设计 741 用定时器计数器扩展外部中断源 742 中断和查询结合的方法 743 用优先权编码器扩展外部中断源 75 中断系统的程序设计与应用实例,第7章 MCS-51的中断控制系统 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。 7.1 中断的相关概念 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。,对事件的整个处理过程，称为中断处 理（或中断服）。,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。 7.2 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。,7.2.1 中断请求源 及 TCON 和 SCON 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。,1. TCON为定时器/计数器的控制寄存器，字节地址为88H。 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）TF0T0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）TF1T1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。,2. SCON为串行口控制寄存器，字节地址为98H。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”。 7.2.2 中断控制 和 IE IP 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（IE.7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。 （3）ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位 0：禁止T1溢出中断； 1：允许T1溢出中断。 （4）EX1：外部中断1中断允许位 0：禁止外部中断1中断； 1：允许外部中断1中断。,（5）ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位 0：禁止T0溢出中断； 1：允许T0溢出中断。 （6）EX0：外部中断0中断允许位。 0：禁止外部中断0中断； 1：允许外部中断0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7-补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 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7-2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： 表7-1 中断源 同级内的中断顺序 外部中断0 最先 T0溢出中断 外部中断1 T1溢出中断 串行口中断 最后,例7-补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 7.3 中断的处理过程 7.3.1 中断响应 1. 中断响应条件 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。 2.中断响应过程： 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固定，如下所示：,中断源 入口地址 外部中断0 0003H 定时器/计数器T0 000BH 外部中断1 0013H 定时器/计数器T1 001BH 串行口中断 0023H 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。 （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。 3. 外部中断的响应时间-记住结论即可 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。,7.3.2 中断服务 保护断点 一段特殊的“子程序” 7.3.3 中断返回 入栈与出栈的配合 请求服务，返回前撤销中断请求否则重复中断。 补充： 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。 7补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。,7补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。 * 中断请求的撤消 定时+外部+串行 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7-4所示。 只要P1.0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： SETB P1.O ；P1.0为“1” CLR P1.0 ；P1.0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,7.4 多外部中断源系统设计 7.4.3 优先权编码 自学 两个外部中断请求源往往不够用。 7.4.1 用定时器/计数器扩展外部中断源 定时器/计数器选为计数器工作模式，T0 （或T1）引脚上发生负跳变时，T0（或T1）计数器加1，利用该特性，可以把T0（或T1）引脚作为外部中断请求输入引脚，计数器初值设为FFH，TF0（或TF1）作为外部中断请求标志。,ORG 0000H AJMP MAIN ；跳到初始化程序 MAIN: MOV TMOD，#06H ；设置T0的工作方式 MOV TL0，#0FFH ；设置计数器初值 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0FFH送TL0，即TL0恢复初值0FFH。 7.4.2 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：IR0IR4。,外部中断INT1的中断服务程序 INT1: PUSH PSW ；保护现场 PUSH A MOV P1，#0FFH JB P1.0,IR1 ；P1.0高，IR1有请求 JB P1.1,IR2 ；P1.1高，IR2有请求 JB P1.2,IR3 ；P1.2高，IR3有请求 JB P1.3,IR4 ；P1.3高，IR4有请求 INTIR: POP A ；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 ；,7.5 中断系统的程序设计与应用实例 补充、中断服务程序设计需进行的任务 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7-1 使用单片机外部中断0。设外部中断0优先级别为低优先级,当产生中断请求时,对寄存器R2进行加1操作，试编写相应的实现程序。中断请求边沿触发，请求信号自动撤销。 写程序时,只需要初始化及RETI即可。 程序:,例7-2 使用单片机外部中断1。设外部设备在准备好时输出低电平，采用电平方式将外部中断通知给单片机，单片机向外部设备发送10个数据，数据首地址位于片内40H处。当外部设备可以接受数据时输出电平。对电平方式外部中断请求需要引入撤销电路。 程序:,例7-4 利用定时器中断。按照图5-9连接的硬件电路。编写中断程序使发光二极管LED每1s变化一次,实现秒表闪烁(设晶振频率=6MHz)。 ,例7-6 用8751单片机设计一个航标灯控制器。当黑夜降临时,航标灯自动启动亮2s,灭2s,闪闪发光,指明航向。当白天到来时,航标灯自动熄灭,不再发光。 在INT0引脚申请的外部中断处理过程中, 用软件查询INTT0引脚,这种用法比较灵活。此外,这里选用了两种中断:外部中断与内部定时器/计数器中断,并将定时器/计数器中断设为最高优先级的中断。,8751,由于定时间隔比较长,本例采用定时和软件计数相结合的方法。若定时间隔选为10ms,计数次数为200次,总的定时就是2s。 设时钟频率为12MHz,定时器/计数器T1选择工作方式1,为16位计数器。 初值TH1=0DBH,TL1=0F0H.,