单片机原理 第五章 中断系统和定时 计数器

中断的基本概念80C51中断源中断控制寄存器中断处理过程中断优先控制和中断嵌套中断系统的应用80C51定时/计数器定时/计数器控制寄存器定时/计数器工作方式定时/计数器的应用第5章中断系统和定时/计数器本章要点：§5-180C51中断系统CPU暂时中止其正在执行的程序，转去执行请求中断的那个外设或事件的服务程序，等处理完毕后再返回执行原来中止的程序,叫做中断。⒉为什么要设置中断？⑴提高CPU工作效率⑵具有实时处理功能⑶具有故障处理功能⑷实现分时操作5.1.1中断概述⒈什么叫中断？中断功能强弱是计算机性能优劣的重要标志①中断源②中断申请③开放中断④保护现场⑤中断服务⑥恢复现场⑦中断返回中断涉及的几个环节CPU在每个机器周期的S5P2期间，会自动查询各个中断申请标志位，若查到某标志位被置位,将启动中断机制。CPU识别中断申请的依据：⑴INT0:外部中断0，中断请求信号由P3.2输入。⑵INT1:外部中断1，中断请求信号由P3.3输入。⑶T0:定时/计数器0溢出中断，对外部脉冲计数由P3.4输入。⑷T1:定时/计数器1溢出中断，对外部脉冲计数由P3.5输入。⑸串行中断:包括串行接收中断RI和串行发送中断TI。5.1.2中断源和中断控制寄存器⒈中断源中断源是指能发出中断请求，引起中断的装置或事件。80C51单片机的中断源共有5个，其中2个为外部中断源，3个为内部中断源：①中断请求：定时和外中断控制寄存器TCON;串行控制寄存器SCON;②中断允许控制寄存器IE;③中断优先级控制寄存器IP。⒉中断控制寄存器80C51单片机中涉及中断控制的有3个方面4个特殊功能寄存器：INT0、INT1、T0、T1中断请求标志放在TCON中串行中断请求标志放在SCON中。⑴中断请求控制寄存器TCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称TF1—TF0—IE1IT1IE0IT0位地址8FH8EH8DH8CH8BH8AH89H88H功能T1中断标志—T0中断标志—中断标志触发方式中断标志触发方式TCON的结构、位名称、位地址和功能如下：TCON位功能:①TF1——T1溢出中断请求标志T1计数溢出后，TF1=1②TF0——T0溢出中断请求标志T0计数溢出后，TF0=1TF0/TF1：定时器溢出中断申请标志位：=0：定时器未溢出；=1：定时器溢出申请中断,进中断后自动清零。③IE1——外中断中断请求标志当P3.3引脚信号有效时，IE1=1④IE0——外中断中断请求标志当P3.2引脚信号有效时，IE0=1IE0/IE1：外部中断申请标志位：=0：没有外部中断申请；=1：有外部中断申请。⑤IT1——外中断触发方式控制位IT1=1，边沿触发方式；IT1=0，电平触发方式。⑥IT0——外中断触发方式控制位其意义和功能与IT1相似。IT0/IT1：外部中断请求的触发方式选择位：=0：在INT0/INT1端申请中断的信号低电平有效;=1：在INT0/INT1端申请中断的信号负跳变有效.串行控制寄存器SCONTCOND7D6D5D4D3D2D1D0位名称——————TIRI位地址——————99H98H功能——————串行发送中断标志串行接收中断标志①TI——串行口发送中断请求标志②RI——串行口接收中断请求标志80C51对中断源的开放或关闭由中断允许控制寄存器IE控制。⑵中断允许控制寄存器IEIE的结构、位名称和位地址如下：IED7D6D5D4D3D2D1D0位名称EA——ESET1EX1ET0EX0位地址AFH——ACHABHAAHA9HA8H中断源CPU——串行口T1T0①EA——CPU中断允许控制位(总开关）EA=1，CPU开中；EA=0，CPU关中，且屏蔽所有5个中断源。②EX0——外中断INT0中断允许控制位EX0=1，INT0开中；EX0=0，INT0关中。③EX1——外中断INT1中断允许控制位EX1=1，INT1开中；EX1=0，INT1关中。④ET0——定时/计数器T0中断允许控制位ET0=1，T0开中；ET0=0，T0关中。⑤ET1——定时/计数器T1中断允许控制位ET1=1，T1开中；ET1=0，T1关中。⑥ES——串行口中断(包括串发、串收)允许控制位ES=1，串行口开中；ES=0，串行口关中。说明:80C51对中断实行两级控制，总控制位是EA，每一中断源还有各自的控制位。首先要EA=1，其次还要自身的控制位置“1”。例如:要使INT0开中(其余关中)，可执行下列指令：MOVIE，#1000000lB；或者：SETBEA；SETBEX0；IED7D6D5D4D3D2D1D0位名称EA——ESET1EX1ET0EX0位地址AFH——ACHABHAAHA9HA8H中断源CPU——串行口T1T0中断允许控制寄存器IE①PX0：INT0中断优先级控制位。PX0=1，为高优先级；PX0=0，为低优先级；②PX1：INT1中断优先级控制位。控制方法同上。③PT0：T0中断优先级控制位。控制方法同上。④PT1：T1中断优先级控制位。控制方法同上。⑤PS：串行口中断优先级控制位。控制方法同上。⑶中断优先级控制寄存器IP80C51有5个中断源，划分为2个中断优先级：高优先级和低优先级。IP的结构、位名称和位地址如下：IED7D6D5D4D3D2D1D0位名称———PSPT1PX1PT0PX0位地址———BCHBBHBAHB9HB8H中断源———串行口T1INT1T0INT0例如:若要将INT1、串行口设置为高优先级，其余中断源设置为低优先级，可执行下列指令：MOVIP，#00010100B；需要指出的是，若置5个中断源全部为高优先级，就等于不分优先级。IED7D6D5D4D3D2D1D0位名称———PSPT1PX1PT0PX0位地址———BCHBBHBAHB9HB8H中断源———串行口T1INT1T0INT0中断优先级控制寄存器IP5.1.3中断处理过程中断处理过程大致可分为四步：中断请求、中断响应、中断服务、中断返回⒈中断请求中断源发出中断请求信号，相应的中断请求标志位(在中断允许控制寄存器IE中)置“1”。⒉中断响应CPU查询（检测）到某中断标志为“1”，在满足中断响应条件下，响应中断。⑴中断响应条件：①该中断已经“开中”；②CPU此时没有响应同级或更高级的中断；③当前正处于所执行指令的最后一个机器周期；④正在执行的指令不是RETI或者是访向IE、IP的指令,否则必须再另外执行一条指令后才能响应。⑵中断响应操作CPU响应中断后,进行下列操作：①保护断点地址；②撤除该中断源的中断请求标志；③关闭同级中断；④将相应中断的入口地址送入PC；80C51五个中断入口地址：INT0：0003H；T0：000BH；INT1：0013H；T1：001BH；串行口：0023H⒊执行中断服务程序中断服务程序应包含以下几部分：⑴保护现场⑵执行中断服务程序主体，完成相应操作⑶恢复现场⒋中断返回在中断服务程序最后，必须安排一条中断返回指令RETI，当CPU执行RETI指令后，自动完成下列操作：⑴恢复断点地址。⑵开放同级中断，以便允许同级中断源请求中断。5.1.4中断响应等待时间若排除CPU正在响应同级或更高级的中断情况，中断响应等待时间为:3～8个机器周期5.1.5中断请求的撤除中断源发出中断请求，相应中断请求标志置“1”。CPU响应中断后，必须清除中断请求“1”标志。否则中断响应返回后，将再次进入该中断，引起死循环出错。⑴对定时/计数器T0、T1中断，外中断边沿触发方式，CPU响应中断时就用硬件自动清除了相应的中断请求标志。⑵对外中断电平触发方式，需要采取软硬结合的方法消除后果。⑶对串行口中断，用户应在串行中断服务程序中用软件清除TI或RI。例：硬件电路如图所示。当外部设备有中断请求时，中断请求信号经反相，加到锁存器CP端，作为CP脉冲。由于D端接地为0，Q端输出低点平，触发INT0生中断。当CPU响应中断后，应在该中断服务程序中按排两条指令：CLRP1．0：SETBP1．0从而撤消引起重复中断的INT0低电平信号。因此一般来说，对外中断INT0、INTl，应尽量采用边沿触发方式，以简化硬件电路和软件程序。5.1.6中断优先控制和中断嵌套⒈中断优先控制80C51中断优先控制首先根据中断优先级，此外还规定了同一中断优先级之间的中断优先权。其从高到低的顺序为：INT0、T0、INT1、T1、串行口。中断优先级是可编程的，而中断优先权是固定的，不能设置，仅用于同级中断源同时请求中断时的优先次序。80C51中断优先控制的基本原则：①高优先级中断可以中断正在响应的低优先级中断，反之则不能。②同优先级中断不能互相中断。③同一中断优先级中，若有多个中断源同时请求中断，CPU将先响应优先权高的中断，后响应优先权低的中断。⒉中断嵌套当CPU正在执行某个中断服务程序时，如果发生更高一级的中断源请求中断，CPU可以“中断”正在执行的低优先级中断,转而响应更高一级的中断，这就是中断嵌套。中断嵌套只能高优先级“中断”低优先级，低优先级不能“中断”高优先级，同一优先级也不能相互“中断”。中断嵌套结构类似与调用子程序嵌套，不同的是：①子程序嵌套是在程序中事先按排好的；中断嵌套是随机发生的。②子程序嵌套无次序限制，中断嵌套只允许高优先级“中断”低优先级。5.1.7中断系统的应用⒈中断初始化⑴设置堆栈指针SP⑵定义中断优先级⑶定义外中断触发方式⑷开放中断⑸安排好等待中断或中断发生前主程序应完成的操作内容。⒉中断服务主程序中断服务子程序内容要求：⑴在中断服务入口地址设置一条跳转指令，转移到中断服务程序的实际入口处。⑵根据需要保护现场。⑶中断源请求中断服务要求的操作。⑷恢复现场。与保护现场相对应，注意先进后出、后进先出操作原则。⑸中断返回，最后一条指令必须是RETI。⒈中断初始化⑴设置堆栈指针SP因中断涉及保护断点PC地址和保护现场数据，且均要用堆栈实现保护，因此要设置适宜的堆栈深度。①深度要求不高且工作寄存器组1～3不用时，可维持复位时状态：SP=07H，深度为24B(20H~2FH为位寻址区)。②要求有一定深度时，可设置SP=60H或50H，深度分别为32B和48B。⑵定义中断优先级根据中断源的轻重缓急，划分高优先级和低优先级。用MOVIP，#XXH或SETBXX指令设置。⑶定义外中断触发方式一般情况，定义边沿触发方式为宜。若外中断信号无法适用边沿触发方式，必须采用电平触发方式时，应在硬件电路上和中断服务程序中采取撤除中断请求信号的措施。⑷开放中断注意开放中断必须同时开放二级控制，即同时置位EA和需要开放中断的中断允许控制位。可用MOVIE，#XXH指令设置，也可用SETBEA和SETBXX位操作指令设置。⑸安排好等待中断或中断发生前主程序应完成的操作内容。⒉中断服务主程序中断服务子程序内容要求：⑴在中断服务入口地址设置一条跳转指令，转移到中断服务程序的实际入口处。由于80C51相邻两个中断入口地址间只有8B的空间，8B只能容纳一个有3~8条指令的极短程序，一般情况中断服务程序均大大超出8B长度。因此，必须跳转到其他合适的地址空间。跳转指令可用SJMP、AJMP或LJMP指令，SJMP、AJMP均受跳转范围影响，建议用LJMP指令，则可将真正的中断服务程序不受限制地安排在64KB任何地方。⑵根据需要保护现场。保护现场不是中断服务程序的必需部分。通常是保护Acc、PSW和DPTR等特殊功能寄存器中的内容。若中断服务程序中不涉及Acc、PSW,DPTR，则不需保护，也不需恢复。例如：累加器A是最常用的特殊功能寄存器，主程序中不可能不用到A。而发生中断又是随机的，可能正好发生在对A进行操作、A中的数据还有用时进入中断，而在中断服务程序中又涉及到A，改变了A中的内容，则在进入中断服务程序对A操作前应对原A中数据进行保护，以便中断返回后恢复A中原来数据需要指出的是，保护现场数据越少越好，数据保护越多，堆栈负担越重，堆栈深度设置应越深。⑶中断源请求中断服务要求的操作。⑷若是外中断电平触发方式，应有中断信号撤除操作。