单片机应用技术 （C语言版） 第6章 中断系统
第6章 MCS-51单片机中断系统 目 录 6.1 中断的概述 6.2 中断系统结构 6.3 中断控制系统 6.4 中断处理过程 03.06.2019
6.1 中断的相关概念 1、中断的概念 CPU正常运行，发生异常情况或特殊请求，暂时中断当前程序，处理发生的事件，处理完后，再返回继续运行。此过程称为中断。 03.06.2019
2、中断源 引起CPU中断的设备和事件就是中断源。 （1）外部设备中断源（打印机和键盘） （2）控制对象中断源（被控对象：电压、电流等） （3）故障中断源（掉电中断） （4）定时器中断源（定时器溢出） 03.06.2019
3、中断请求 中断源向CPU发出的请求处理信号，即中断请求或中断申请。 4、中断响应 包括：中断优先级、断点保护等 03.06.2019
中断系统：实现中断功能的部件，又称中断机构。 5、其他概念 中断系统：实现中断功能的部件，又称中断机构。 中断服务程序：CPU响应中断后，处理中断事件的程序。 断点：CPU响应中断请求，转去执行中断服务程序时的PC值，即为断点地址。 中断返回：CPU执行完中断服务程序后回到断点的过程。 03.06.2019
6、中断的功能 中断是计算机的一项重要技术，计算机引入中断后，大大提高了它的工作效率和处理问题的灵活性，主要功能有以下几个方面。 使CPU与外设同步工作 （多个外设，减少等待时间） 实现实时处理 （中断条件满足） 故障及时处理 （通过中断通知CPU） 03.06.2019
6.2 中断系统的结构 中断系统构成：基本型单片机主要提供5个中断源，2个中断优先级。 特殊功能寄存器主要用于：控制中断的开放和关闭、保存中断信息、设置中断的优先级别。 MCS-51增强型单片机的中断结构如图5-2所示。 03.06.2019
1、增强型单片机的中断系统结构 03.06.2019
2、 MCS-51的中断源 MCS-51基本型中断系统主要是对5个中断源进行管理，依次为： 外部中断0 外部中断1 定时器/计数器T0溢出中断 定时器/计数器T1溢出中断 串行口中断 03.06.2019
CPU主要是通过请求标志寄存器(TCON、SCON)、中断允许寄存器（IE）、优先级寄存器(IP)对中断源进行管理。 03.06.2019
6.3 中断控制系统 定时器控制寄存器 TCON可位寻址。复位后TCON=00H。 1、 T0、T1及外中断的控制寄存器TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 定时器控制寄存器 TCON可位寻址。复位后TCON=00H。 03.06.2019
IT0：外中断0触发方式设置位 IT0=0，外中断0为低电平触发 IT0=1，外中断0为下降沿触发 IT1：外中断1触发方式控制位。 03.06.2019
IE1的清0方式问题：与外中断的触发方式有关 （1）低电平触发，则P3.3引脚为高电平自动对IE1清0； 外部中断1引脚有请求信号置1； IE1的清0方式问题：与外中断的触发方式有关 （1）低电平触发，则P3.3引脚为高电平自动对IE1清0； （2）下降沿触发，则CPU响应中断由硬件自动对IE1清0。 IE0：外部中断0中断请求标志位 功能同IE1。 03.06.2019
外中断触发方式的选择（P119） 1、电平触发。适合于外部中断输入为低电平，且中断服务程序能清除外部中断请求源。 2、跳变触发（下降沿触发）。适合于以负脉冲形式输入的外部中断请求，这种触发方式可靠性高，不宜连续被中断响应。 03.06.2019
TF1（TCON.7）:T1溢出标志位 当T1计满溢出时，由内部硬件置位； 中断响应后自动清0。 TF0:T0溢出标志位 功能同TF1。 03.06.2019
TR0:定时/计数器T0允许（启/停）控制位 TR0=1，定时器T0立即开始计数； TR0=0，定时器T0立即停止计数； TR1作用同TR0。 TR0和TR1状态可由用户通过程序设定。 03.06.2019
2、串行口控制寄存器SCON 字节地址98H。可以位寻址， 格式如下： TI（SCON．1）：串行口发送中断标志。 串行口控制寄存器 RI（SCON．0）：串行口接收中断标志。 SCON (98H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TI RI 串行口控制寄存器 03.06.2019
串行口接收完一帧，由硬件置位。响应中断后，必须用软件清0。 例如： RI=0； 复位后，SCON=00H 03.06.2019
3、中断允许寄存器IE 可以位寻址，其格式如图所示： 单片机复位后，IE=00H IE (A8H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 — ES ET1 EX1 ET0 EX0 中断允许寄存器 03.06.2019
MCS-51中断的开放和关闭是通过IE进行两级控制的。 两级控制：①中断允许总控制位EA，②各中断源的中断允许控制位 03.06.2019
两级控制 例 假设允许T0中断，试设置IE的值。 解： （1）用C语言字节操作： IE=0x82； （2）用C语言位操作指令 IE EA=1； //开总中断控制 ET0=1； //允许定时/计数器0中断 两级控制 IE (A8H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 EA — ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 中断允许寄存器 03.06.2019
4、中断优先级控制寄存器IP MCS-51单片机有5个中断源，每个中断源有两级优先级控制：高优先级和低优先级， 以便CPU对所有的中断实现两级中断嵌套。 对 IP设置可让中断源处于不同的优先级。 03.06.2019
IP复位后为00H。即所有中断源均为低优先级。 其格式如下图所示。( 不能位寻址) IP (B8H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 — PS PT1 PX1 PT0 PX0 中断优先级控制寄存器 IP复位后为00H。即所有中断源均为低优先级。 03.06.2019
中断优先级同级顺序 中断源 同级优先级顺序 外部中断0 定时器/计数器0 外部中断1 定时器/计数器1 串行口中断 最 高 最 低 03.06.2019
中断嵌套 中断优先级规则： （1）对同时发生多个中断申请 相同优先级的中断同时申请：按序执行 （2）不同时发生多个中断申请 不同优先级的中断同时申请：先高后低 相同优先级的中断同时申请：按序执行 （2）不同时发生多个中断申请 正处理低优先级中断又接到高级别中断：高打断低 正处理高优先级中断又接到低级别中断：高不理低 中断嵌套 03.06.2019
注：51单片机只可实现两级中断嵌套 03.06.2019
思考：当系统正在处理定时器0中断的过程中，定时器1和外部中断0有中断请求，描述CPU的中断处理过程？ 中断优先级同级顺序 中断源 同级优先级顺序 外部中断0 定时器/计数器0 外部中断1 定时器/计数器1 串行口中断 最 高 最 低 03.06.2019
例 设定时器和串行口中断为高优先级，两个外部中断为低优先级，试设置IP的值。 解：C语言程序 IP=0x1a； IP (B8H) D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 — PS PT1 PX1 PT0 PX0 中断优先级控制寄存器 03.06.2019
6.4 中断处理过程 一、中断响应条件 （1）中断源有中断请求； （2）中断总允许位EA=1； 6.4 中断处理过程 一、中断响应条件 （1）中断源有中断请求； （2）中断总允许位EA=1； （3）发出中断请求的中断源的中断允许控制位为1。 在满足以上条件的基础上，若有下列任何一种情况存在，不能响应中断。 03.06.2019
（1）CPU正在执行一个同级或高优先级的中断服务程序； （2）正在执行的指令尚未执行完； （3）正在执行中断返回指令RETI或者对寄存器IE、IP进行读/写的指令。 CPU在执行完上述指令之后，才能响应中断请求。 03.06.2019
二、中断响应过程 从中断请求发生直到被响应，准备去执行中断服务程序，此过程即中断响应过程。 03.06.2019
优先级查询,将相应的优先级状态触发器置1，以阻止后来同级或低级中断源的中断请求； 清除可清除的中断请求标志位 中断响应过程的操作步骤： 优先级查询,将相应的优先级状态触发器置1，以阻止后来同级或低级中断源的中断请求； 清除可清除的中断请求标志位 硬件自动生成长调用指令LCALL addr16（中断程序入口地址）。 PC的内容（即断点地址）压入堆栈。先低位地址，后高位地址，并修改堆栈指针SP。 将中断源的中断入口地址装入程序计数器PC，准备执行中断服务程序。 03.06.2019
中断响应时间：从中断请求标志位置位到CPU开始执行中断服务程序的第一条指令所需的时间。 三、中断响应的时间 中断响应时间：从中断请求标志位置位到CPU开始执行中断服务程序的第一条指令所需的时间。 一般来说，中断的响应时间最短为3个机器周期，最长为8个机器周期。 03.06.2019
四、 中断处理和返回过程 1、中断处理过程 当CPU响应中断后，做中断处理。首先获得中断服务程序的入口地址。 其次：执行中断服务程序。 中断源 中断入口 外部中断0 0003H 定时器/计数器0 000BH 外部中断1 0013H 定时器/计数器1 001BH 串行口 0023H 定时器/计数器2 002BH 03.06.2019
2、中断返回 使用RETI指令 RETI指令包含两个功能： 首先将相应的优先级状态触发器清0，以开放同级别中断源的中断请求； 其次，从堆栈区把断点地址弹出给程序计数器PC。 注意：不能用RET指令代替RETI指令。 因为RET没有优先级状态触发器清0功能。 C51编程时，编译器自动加上 03.06.2019
void Int0(void) interrupt 0 6.6 C51中断程序设计 m：工作寄存器采用的组号 省略为 using 0 C51中断程序设计格式： 返回值类型 函数名 interrupt n using m 编号 n 所代表的中断源 外部中断0 1 定时/计数器0 2 外部中断1 3 定时/计数器1 4 串口 void Int0(void) interrupt 0 03.06.2019
C51处理中断程序设计 #include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; INT0 P1.0 5V #include <reg51.h> sbit P1_0=P1^0; void main(void) //主程序 { IT0=1; //负跳变触发中断 EA=1; //开总允许中断 EX0=1; //开INT0中断 while(1); //等待下一次中断 } void Int0(void) interrupt 0 //中断服务程序，工作寄存器采用0组 // (省略了using 0) P1_0=~P1_0; //P1.0取反，改变LED亮灭的状态 03.06.2019
本章小结 本章介绍了中断的基本概念，中断系统的逻辑结构，中断控制的过程、以及中断的应用。 89C51单片机内部有5个中断源，它们分别是外部中断0、外部中断1、定时器0，1，串行口。对应4个特殊功能寄存器（中断标志，中断允许、优先级控制位。） 03.06.2019