第5章--MCS-51单片机的中断系统

单片机原理与应用1第5章MCS-51单片机的中断系统【本章内容】本章主要介绍MCS-51单片机中断系统的结构、工作原理、控制方法等。【项目驱动的学习要点】应用项目中对中断源的利用。应用项目中如何通过中断进行时间调校。应用项目中的中断服务程序流程图分析。应用项目中的中断服务源程序的设计与分析。单片机原理与应用2第5章MCS-51单片机的中断系统5.1MCS-51中断系统概述5.2MCS-51的中断控制5.3MCS-51的中断处理5.4MCS-51外部中断源的扩展练习题END单片机原理与应用35.1MCS-51中断系统概述5.1.1中断的概念5.1.2中断系统的结构5.1.3中断源5.1.4中断请求标志单片机原理与应用45.1.1中断的概念1．中断的概念2．中断的作用单片机原理与应用51．中断的概念当CPU执行完现行程序的当前指令时，如果此时发生某一紧急事件请求CPU对其进行迅速处理，这种请求称为中断请求；发出中断请求的来源称为中断源；如果这个中断请求得到CPU的允许，CPU会暂时中止当前程序的运行，保存断点（下一条指令的首地址），转到中断源对应的中断入口，处理发出中断请求的紧急事件，这个过程称为响应中断；单片机原理与应用61．中断的概念处理中断请求的程序称为中断服务程序；CPU执行完中断服务程序后，再回到发生中断的断点继续执行原来的程序，这个过程称为中断返回；实现这种控制过程的部件称为单片机的中断系统；单片机的上述控制过程就称为中断，单片机的中断过程示意图如图5-1所示。单片机原理与应用7图5-1单片机中断过程示意图单片机中断控制过程:单片机原理与应用8（1）提高CPU的工作效率（2）便于实时处理（3）提高系统可靠性2．中断的作用单片机原理与应用9当单片机连接有外围设备时，通过采用中断技术，CPU在启动完外设后，不用专门等待外设，而是和外设同步并行工作，直到外设完成指定操作，向CPU提出中断请求时，CPU再暂时中止当前程序的执行而为外设服务，服务结束后再继续执行原程序。这样，不仅解决了因外设工作速度慢于单片机而导致CPU需要耗时等待的问题，而且可以允许CPU与多个外设并行工作，减少因等待或查询而耗费的时间，从而大大提高CPU的工作效率。（1）提高CPU的工作效率单片机原理与应用10采用中断技术后，凡是需要实时处理的事件，都可以设置成随时可向CPU发出中断请求，要求CPU进行实时处理。（2）便于实时处理单片机原理与应用11对于单片机运行过程中出现的各种异常情况，如断电、设备故障、运算出错等故障，可通过中断技术及时向CPU申请中断，以便进行自我诊断并及时进行处理，从而提高系统的可靠性。（3）提高系统可靠性单片机原理与应用125.1.2中断系统的结构MCS-51单片机中断系统由中断源、定时器/计数器控制寄存器TCON、串行口控制寄存器SCON、中断允许控制寄存器IE、中断优先级控制寄存器IP以及中断优先级排队与查询电路组成，如图5-2所示。单片机原理与应用13图5-2MCS-51单片机的中断系统结构MCS-51单片机的中断系统结构图5-2MCS-51单片机的中断系统结构单片机原理与应用14从图5-2可以看出，MCS-51系列单片机的中断系统有5个中断源和2个优先级。当中断源产生中断请求时，相应的标志位置为1，但中断是否能被CPU响应，则要受中断允许寄存器IE的控制，IE中的EA称为中断总控位、其他位称为中断分控位。对于允许响应的中断，通过中断优先级控制寄存器IP决定优先级别，并送到中断优先级排队与查询电路，CPU按照从高优先级到低优先级的顺序进行查询，首先响应高优先级的中断请求，再响应低优先级的中断请求。被CPU响应的中断请求，其相应的中断入口地址器被自动送到程序计数器PC中，于是CPU便转去执行相应的中断服务程序。说明：单片机原理与应用155.1.3中断源MCS-51单片机的5个中断源分别为：2个外部中断2个定时器/计数器溢出中断1个串行口中断单片机原理与应用161．外部中断源(、)外部中断0和外部中断1的中断请求信号，分别由外部中断请求输入引脚（P3.2）、（P3.3）输入，可以通过定时器/计数器控制寄存器TCON设定为低电平触发或负边沿触发。INT0INT1INT1INT0单片机原理与应用17单片机内部的2个定时器/计数器T0、T1是加1计数器，工作时可以对内部定时脉冲或者对从T0（P3.4）引脚或T1（P3.5）引脚输入的计数脉冲进行加法计数，当计数状态从“全1”加1变为“全0”时，定时器/计数器电路就会产生溢出中断请求信号。2．定时器/计数器溢出中断源（T0、T1）单片机原理与应用18串行口中断分为串行口发送中断和串行口接收中断两种，每当串行口发送或接收完一组串行数据时，串行口电路便会自动产生串行口中断请求。但要区分是接收还是发送中断请求，则需要通过对它们的中断标志位RI、TI进行查询才能知道。3．串行口中断源（RI或TI）单片机原理与应用195.1.4中断请求标志为了能及时发现有无中断源发出中断请求，MCS-51单片机在时序中规定，CPU执行程序过程中，总会在每个机器周期的S5P2期间，对中断系统的各个中断源进行取样。当有中断源发出中断请求时，就将对应的中断标志位置为1，然后在下一个机器周期内检测这些中断标志位的状态，以决定是否响应该中断。单片机原理与应用201．定时器/计数器控制寄存器TCON定时器/计数器控制寄存器TCON各位的定义如图5-3所示。图5-3定时器/计数器控制寄存器TCON各位定义（1）IE0：外部中断中断请求标志位。当CPU在每个机器周期的S5P2期间检测到引脚上的中断请求有效时，IE0由硬件自动置1；当CPU响应中断请求进入相应中断服务程序执行时，IE0被自动复位。（2）IE1：外部中断中断请求标志位。其控制作用和IE0相同。INT0INT0INT1单片机原理与应用21（3）IT0：外部中断触发方式控制位。当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。CPU在每个机器周期的S5P2期间取样引脚电平，如果在连续的两个机器周期检测到引脚由高电平变为低电平，即第一个周期取样到=1，第二个周期取样到=0，则置IE0=1，产生中断请求。在边沿触发方式下，CPU响应中断时，由硬件自动清除IE0标志。但应注意，为保证CPU能检测到负跳变，上的低电平持续时间至少应保持1个机器周期。当IT0=0时，为电平触发方式。CPU在每个机器周期的S5P2取样引脚电平，当取样到低电平时，置IE0=１表示向CPU请求中断；取样到高电平时，将IE0清0。INT0INT0INT0INT0INT0INT0INT0INT0INT0INT0单片机原理与应用22值得注意的是，在电平触发方式下，尽管CPU响应中断时，相应中断标志IE0或IE1能自动复位成0状态，但若外部中断源不能及时撤除它在或上的低电平，就会再次使已经变0的中断标志IE0或IE1置1，这是绝对不允许的。因此，电平触发型外部中断请求的撤除必须使或上的低电平随其中断被CPU响应而变为高电平。INT0INT0INT1INT1单片机原理与应用23由图5-4可见，当外部中断源产生中断请求时，D触发器被触发，其端输出低电平并送到单片机的引脚，该低电平被单片机CPU检测到后就使中断标志IE0置1，CPU响应中断请求便可转去执行中断服务程序。图5-4电平触发方式的外部中断请求撤除电路INT0电平触发方式的外部中断请求撤除电路单片机原理与应用24CPU执行上述的中断服务程序时，可在P1.0上产生一个宽度为2个机器周期的负脉冲。在该负脉冲作用下，D触发器的端被置位成l状态，上的电平因此而变高，从而撤除了其上的中断请求。为了撤除上的低电平，可以在中断服务程序开头加上如下指令。INTSUB：ANLP1,#0FE;P1.0=0ORLP1,#01H;P1.0=1CLRIE0……RETIINT0INT0INT0INT0单片机原理与应用25（4）IT1：外部中断触发方式控制位。其控制功能、注意事项与IT0相同。（5）TF0：定时器/计数器T0溢出中断请求标志位。T0启动后便从初值开始进行加1计数，直至最高位产生溢出时，向CPU发出溢出中断请求，CPU检测到中断请求后，由硬件将TF0置位。CPU响应中断时，由硬件自动将TF0复位为0。（6）TF1：定时器/计数器T1溢出中断请求标志位。其控制功能与TF0类似。（7）TR0、TR1：定时器/计数器的启/停控制位（将在第6章中介绍）。INT1单片机原理与应用262．串行口控制寄存器SCON串行口控制寄存器SCON各位的定义如图5-5所示图5-5串行口控制寄存器各位的定义（1）RI：串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行数据帧，串行口电路便将RI置位，向CPU发出串行口中断请求。（2）TI：串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。每发送完一个串行数据帧，串行口电路便将TI置位，向CPU发出串行口中断请求。单片机原理与应用27CPU响应串行口中断后，中断系统不会通过硬件电路自动将RI或TI复位，而必须在串行口中断服务程序中通过软件对它们进行清除。这是因为MCS-51单片机的串行口中断是由RI和TI所共用的，因此，进入串行口中断服务程序后，常需要对它们进行检测，以确定发生的串行口中断到底是接收中断还是发送中断。为了防止CPU再次响应这类中断，应在中断服务程序的适当位置通过如下位操作指令将它们撤除。CLRRI;撤除接收中断标志CLRTI;撤除发送中断标志说明：单片机原理与应用28若采用字节操作指令，则指令如下：ANLSCON,#0FCH;撤除发送和接收中断标志，其余控制位不变（3）SCON其余各位将在第9章中介绍。单片机复位后，TCON和SCON各位均被清0。另外，所有的中断请求标志位均可由软件置1或清0，获得的效果与硬件置1或清0相同。单片机原理与应用295.2MCS-51的中断控制5.2.1中断允许控制5.2.2中断优先级控制5.2.3中断嵌套单片机原理与应用305.2.1中断允许控制MCS-51单片机的中断系统通过中断允许控制寄存器IE对所有中断以及某个中断源进行中断允许控制。IE中设置有中断允许总控位和各个中断源的分控位，这些位的状态可以通过程序由软件设定，只有当总控位和分控位都为1时，相应的中断源才被允许（参见图5-2）。单片机开机/复位时，IE各位被复位为0，处于关闭所有中断的状态。所以需要用到某个中断源时，必须通过指令使IE开放所需中断，才能使相应的中断请求发生时能为CPU所响应。单片机原理与应用31图5-6中断允许控制寄存器IE各位的定义（1）EA：中断允许总控位。EA=0时，关闭所有中断源的中断请求；EA=1时，开放所有中断源的中断允许总控，但它们的中断请求最终能否为CPU响应还要取决于IE中相应中断源的中断允许分控位的状态。中断允许控制寄存器IE各位的定义：单片机原理与应用32（2）EX0：外部中断的中断允许位。EX0=0时，的中断请求被关闭；EX0=1时，的中断请求被允许，但CPU最终能否响应的中断请求还要取决于IE中的中断允许总控位EA的状态。（3）EX1：外部中断的中断允许位。控制功能与EX0相同。INT0INT1INT0INT0单片机原理与应用33（4）ET0：定时器/计数器T0中断允许位。ET0=0时，T0的中断请求被关闭；ET0=1，且EA=1时，T0的中断请求被允许。（5）ET1：定时器/计数器T1中断允许位。控制功能与ET0类同。（6）ES：串行口中断允许位。ES=0时，串行口的中断请求被关闭；ES=1，且EA=1时，串行口的中断请求被允许。单片机原理与应用345.2.2中断优先级控制MCS-51单片机有两个中断优先级，由中断优先级控制寄存器IP进行设置。IP中的控制位与各中断源一一对应。当IP中的某一控制位的状态设定为1时，与之相应的中断源为高优先级中断；设定为0时，相应的中断源为低优先级中断（参见图5-2）。单片机开机/复