第5章AT89C51单片机的中断系统

第5章AT89C51单片机的中断系统实时测控，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。5.1中断的概念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。图5-1所示。对事件的整个处理过程，称为中断处理（或中断服务）。图5-1中断响应和处理过程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→中断返回优点：大大地提高了CPU的工作效率。当CPU正在处理一个优先级的中断请求的时候,如果发生另一个优先级比它高的中断请求,CPU暂停正在处理的中断源的处理程序,转而处理优先级高的中断请求,待处理完之后,再回到原来正在处理的低级中断请求,这种高级中断源能中断低级中断源的中断处理称为中断嵌套。具有中断嵌套的系统称为多级中断系统，没有中断嵌套的系统称为单级中断系统。高级中断低级中断主程序中断嵌套流程介绍几种传送方式一、无条件传送•适用于总是处于准备好状态的外设•优点：软件及接口硬件简单•缺点：只适用于简单外设，适应范围较窄•无条件传送方式不用测试外设的状态，直接执行IN/OUT•指令，主要用于外设各种动作为已知或固定的场合。（如开关、LED、显示器、继电器等）程序设计简单，该方式用的较少。RDWRM/IOABD7～D0CPUDB端口译码器输出锁存器输入缓冲器往输出设备(LED显示器)来自输入设备(开关状态)无条件传送方式的工作原理74LS24074LS373二、查询工作方式适用场合：•外设并不总是准备好•对传送速率和效率要求不高对外设及接口的要求：•外设应提供设备状态信息•接口应具备状态端口当CPU与外设同步时，采用无条件传送方式较为方便实用。当两者不同步时，采用无条件传送方式会出错，应采用条件传送方式。•所有I/O操作处在正在执行程序的控制之下，外设设备•处在被动地位。•aCPU从状态口读状态字•bCPU检测状态字对应位，判是否准备好•c准备好，传送数据•该方式比无条件传送可靠，应用场合多，但CPU效率极•低，轮流查各个外设，实时性差。I/O外设数据端口状态端口端口选择及控制MPUDBABCB数据图5-5查询式接口的硬件结构状态信号查询工作方式•优点：软件比较简单•缺点：CPU效率低，数据传送的实时性差，速度较慢单一外设时的工作流程超时?READY?与外设进行数据交换超时错读入并测试外设状态YNYN传送完？防止死循环复位计时器NY查询工作方式实例外设状态端口地址为03FBH，第5位(bit5)为状态标志（=1忙，=0准备好）外设数据端口地址为03F8H，写入数据会使状态标志置1；外设把数据读走后又把它置0。试画出其电路图，并将DATA下100B数输出D5D7-D0A9|A3≥1&A15|A10≥1D7-D03F8H外设D7D6D5D4D3D2D1D0BUSYCPQ7Q6Q5Q4Q3Q2Q1Q0状态端口GG2AG2BCBAA2A1A0Y0≥1IORY3OE3FBH程序段？74LS37474LS138IOW•例1.设数据输入口PORT1,状态口地址为PORT2,传送•的数据字节数为N,则查询式数据输入的程序如下:•MOVSI,0;地址指针初始化为0•MOVCX,N;传送的字节数送CX•START:INAL,PORT2;读状态位•TESTAL,02H;检测数据是否准备好00000010•JZSTART;未就绪,循环等待•INAL,PORT1;已准备好,读数据口数据•MOV[SI],AL;存数据•INCSI;修改地址指针•LOOPSTART;未完,继续传送,已完,继续后•续程序D1•例2.如果一个输出设备接口的状态端口(8位)的地址为PST,状态端口的D0位为1,表明准备好。数据端口•(8位)的地址为PDATA,采用条件传送方式传送1字节数据(数据在BL中)•程序如下:L0:MOVDX,PST•INAL,DX•TESTAL,01H;00000001判D0•JZL0;D0为1下走,为0→L0•MOVAL,BL;•MOVDX,PDATA•OUTDX,AL;DX←数据D05.2AT89C51单片机中断系统的结构有5个中断请求源，两个中断优先级，可两级嵌套。5.2.1中断请求源中断系统结构示意图如图5-2所示。图5-2AT89C51单片机的中断系统结构示意图五个中断请求源：（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。5.2.2中断请求标志寄存器特殊功能寄存器TCON和SCON的相应位锁存5个中断请求源的中断请求标志。1.TCON寄存器TCON为定时器/计数器的控制寄存器，字节地址为88H。各标志位的功能：（1）TF1—T1溢出中断请求标志位。T1计数后，溢出时，由硬件置“1”TF1，向CPU申请中断，CPU响应TF1中断时，硬件自动清“0”TF1，TF1也可由软件清0。（2）TF0—T0的溢出中断请求标志位，功能和TF1类似。图5-3TCON中的中断请求标志位（3）IE1—外部中断请求1的中断请求标志位。IE1=0，无中断请求。IE1=1，外部中断1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”IE1。（4）IE0—外部中断请求0的中断请求标志位。（5）IT1—选择外中断请求1为跳沿触发方式还是电平触发方式：IT1=0，为电平触发方式。IT1=1，为跳沿触发方式。可由软件置“1”或清“0”。（6）IT0—外部中断请求0为跳沿触发方式还是电平触发方式，意义与IT1类似。注意：TR1、TR02个位与中断无关。仅与定时器/计数器T1和T0有关，将在第6章定时器/计数器中介绍。当AT89C51复位后，TCON被清0，则CPU关中断，所有中断请求被禁止。2.SCON寄存器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，格式如图5-4。图5-4SCON中的中断请求标志位各标志位的功能：（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”。5.3中断控制5.3.1中断允许寄存器IECPU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A8H，可位寻址。格式如图5-5。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(IE.7)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（IE.4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(IE.3)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(IE.2)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(IE.1)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(IE.0)0：禁止外部中断0中断；1：允许外部中断0中断。AT89C51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：SETBbit；SETBEACLRbit。CLREA例5-1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：CLRES；禁止串行口中断(IE.4位）CLREX1；禁止外部中断1中断（IE.2位）CLREX0；禁止外部中断0中断（IE.0位）SETBET0；允许定时器/计数器T0中断（IE.1位）SETBET1；允许定时器/计数器T1中断（IE.3位）SETBEA；CPU开中断（IE.7位）（2）用字节操作指令来编写：MOVIE，#8AH或者用：MOV0A8H，#8AH；A8H为IE寄存器字节地址5.3.2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5-6。图5-611100000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，格式如图5-7。IP各个位的含义：（1）PS——串行口中断优先级控制位（IP.4位）1：高优先级中断；0：低优先级中断。图5-7中断优先级寄存器IP的格式（2）PT1——定时器T1中断优先级控制位（IP.3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（IP.2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（IP.1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（IP.0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。89C51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。查询顺序如表5-1：表5-1中断查询次序中断源中断级别外部中断0最高T0溢出中断外部中断1T1溢出中断串行口中断最低例5-2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SETBPX0；2个外中断为高优先级SETBPX1CLRPS；串口为低优先级中断CLRPT0；2个定时器/计数器低优先级中断CLRPT100000011PX0PX1PSPT1PT0（2）用字节操作指令MOVIP，#05H或：MOV0B8H，#05HB8H为IP寄存器的字节地址5.4响应中断请求的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。中断响应的主要过程：首先由硬件自动生成一条长调用指令:LCALLaddr16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，如表5-2所示：表5-2中断入口地址表中断源入口地址外部中断00003H定时器/计数器T0000BH外部中断10013H定时器/计数器T1001BH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