第5章 中断系统 5.1 中断的概念 5.2 MCS-51单片机的中断流程 5.3 MCS-51的中断响应条件和中断处理

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1 第5章 中断系统 5.1 中断的概念 5.2 MCS-51单片机的中断流程 5.3 MCS-51的中断响应条件和中断处理
第5章 中断系统 5.1 中断的概念 5.2 MCS-51单片机的中断流程 5.3 MCS-51的中断响应条件和中断处理 5.4 中断程序编程举例

2 中断的概念 当CPU正在处理某事件的时候，外部发生的某一事件请求CPU迅速去处理，于是CPU暂时中止当前的工作，转去处理所发生的事件。中断服务处理完该事件后，再返回到原来被中止的地方继续原来的工作，这样的过程称为中断。

3 5.2 MCS-51单片机的中断流程

4 MCS-51单片机中断系统结构

5 89C51中断系统的五个中断源 1、INT0——外部中断0请求，低电平有效。通过P3.2引脚输入。
5、TX/RX——串行口中断请求。当串行口完成一帧数据的发送或接收时，便请求中断。

6 中断请求标志寄存器 如同生活中的中断请求标志一样，如果你家仅有电话，但电话线路不通，这时你家电话便是聋子耳朵—摆设，即使有人打电话，你也不知道，也无从谈起去接听电话。如果是个聋子在家，即使电话响起来，他也不会知道，所以想要接听电话必须有两个条件：电话铃必须响；能识别铃声响的耳朵。 对于51单片机同样如此，光有中断源是不够的，如何具有人耳的功能呢？51单片机采用设置中断请求标志寄存器TCON和串行控制寄存器SCON。MCS-51单片机工作时，在每个机器周期中都会去查询中断标志寄存器，看它们相应位是否是1，如果是1，就说明有中断请求。

7 1、TCON中的中断标志位 TCON为定时器/计数器T0和T1的控制器，同时也锁存T0和T1的溢出中断标志及外部中断0和1的中断标志等。
TF1 TF0 IE1 IT1 IE0 IT0 TCON （88H） 8FH 8EH 8DH 8CH 8BH 8AH 89H 88H

8 各控制位的含义 TF1：定时器/计数器T1溢出中断请求标志位。 当启动T1计数后，T1从初值开始加1计数，计数器最高位产生溢出时，由硬件使TF1置1，并向CPU发出中断请求。当CPU响应中断时，硬件将自动对TF1清0。 TF0：定时器/计数器T0溢出中断请求标志位。 含义与TF1类同。 IE1：外部中断1的中断请求标志。当检测到外部中断引脚INT1(P3.3)上存在有效的中断请求信号时，由硬件使IE1置1。当CPU响应中断请求时，由硬件使IE1清0 IE0：外部中断0的中断请求标志。INT0（P3.2）。其含义与IE1类同

9 IT1：外部中断1的中断触发方式控制位。 IT1=0时，外部中断1程控为电平触发方式。 CPU在每一个机器周期S5P2期间采样外部中断请求引脚的输入电平。若外部中断1请求为低电平，则使IE1置1；若为高电平，则使IE1清0。 IT1=1时，外部中断1程控为边沿触发方式。 CPU在每一个机器周期S5P2期间采样外部中断请求引脚的输入电平。如果在相继的两个机器周期采样过程中，一个机器周期采样到外部中断1请求引脚为高电平，接着的下一个机器周期采样到为低电平，则使IE1置1。直到CPU响应该中断时，才由硬件使IE1清0。 IT0：外部中断0的中断触发方式控制位。其含义与IT1类同。

10 2、串行口控制寄存器SCON中的中断标志位
SCON为串行口控制寄存器，其低2位锁存串行口的接收中断和发送中断标志RI和TI。 SCON中TI和RI的格式如所示 TI RI SCON （98H） 9FH 9EH 9DH 9CH 9BH 9AH 99H 98H

11 SCON中控制位的含义 TI：串行口发送中断请求标志
CPU将一个数据写入发送缓冲器SBUF时，就启动发送。每发送完一帧串行数据后，硬件置位TI。但CPU响应中断时，并不清除TI，必须在中断服务程序中由软件对TI清0 RI：串行口接收中断请求标志 在串行口允许接收时，每接收完一个串行帧，硬件置位RI。同样，CPU响应中断时不会清除RI，必须在中断服务程序中由软件对RI清0

12 5.2.3 中断允许控制寄存器 EA—中断允许总控制位。 EA=0，屏蔽所有的中断请求；
中断允许控制寄存器 EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 IE （A8H） AFH AEH ADH ACH ABH AAH A9H A8H EA—中断允许总控制位。 EA=0，屏蔽所有的中断请求； EA=1，CPU开放中断。对各中断源的中断请求是否允许，还要取决于各中断源的中断允许控制位的状态。这就是所谓的两级控制。

13 ES—串行口中断允许位 ES=0，禁止串行口中断； ES=1，允许串行口中断 ET1—定时器/计数器T1的溢出中断允许位 ET1=0，禁止T1中断； ET1=1，允许T1中断 EX1—外部中断1的溢出中断允许位 EX1=0，禁止外部中断1中断； EX1=1，允许外部中断1中断 ET0—定时器/计数器T0的溢出中断允许位 ET0=0，禁止T0中断； ET0=1，允许T0中断 EX0—外部中断0的溢出中断允许位。 EX0=0，禁止外部中断0中断； EX0=1，允许外部中断0中断

14 例5.1：假设允许外部中断0中断，禁止其他中断。试设置IE的相应值。
解：对于51单片机采用两级中断控制，所以（IE）= B=81H，对IE的设置可以用如下方式实现。 （a）用字节操作指令 MOV IE，#81H； （b）用位操作指令 SETB EX0 ；外部中断0允许中断 SETB EA ；CPU开中断 一般情况下，建议使用位操作方式设置IE的值，这样可以增加程序的可读性

15 5.2.4 中断优先级寄存器IP 中断优先级寄存器IP的格式 PS —串行口中断优先级控制位 PT1—定时器/计数器T1中断优先级控制位
PX1 PT0 PX0 IP （B8H） BCH BBH BAH B9H B8H PS —串行口中断优先级控制位 PT1—定时器/计数器T1中断优先级控制位 PX1—外部中断1中断优先级控制位 PT0—定时器/计数器T0中断优先级控制位 PX0—外部中断0中断优先级控制位 若某控制位为1，则相应的中断源规定为高级中断；反之，为0，则相应的中断源规定为低级中断。

16 中断优先级排列顺序 当同时接收到几个同一优先级的中断请求时，响应哪个中断源则取决于内部硬件查询顺序。其优先级排列顺序如下图所示
中断源 同级内的中断优先级 外部中断0中断 高级 定时器/计数器T0溢出中断 外部中断1 定时器/计数器T1溢出中断 串行口中断 低级

17 例5.4：单片机有5个中断源，但只能设置两个中断优先级，因此在中断优先级安排上受到一定的限制，试问以下几种中断的优先级排列（级别从高到低）是否可能？若可能，则应如何设置中断源的中断级别？
（1） 定时器0，定时器1，外中断0，外中断1，串行口中断。 （2） 串行口中断，定时器0，外中断0，外中断1，定时器1。 解：（1）从自然优先级顺序可以看出，定时器0，定时器1的优先级要低于外中断0，外中断1，如何使定时器0，定时器1优先级高于外中断0，外中断1呢？只有采取编程设置IP的优先级，将定时器0，定时器1设置为高优先级，那么定时器0，定时器1优先级高于外中断0，外中断1，串行口中断，同级中断按照自然优先级排列，定时器0的优先级要高于定时器1，外中断0，外中断1，串行口中断也满足自然优先级排列顺序，所以当设置定时器0，定时器1为高优先级后，满足中断优先级从高到低的排列顺序。

18 中断嵌套 若在中断处理过程中，又有新的优先级更高的外设请求中断，那么应该暂停正在执行的中断处理，转向执行中断优先级较高的中断服务子程序，处理完后在回来处理中断优先权低的中断服务，最后再返回主程序继续执行，这种情况称为中断嵌套。 如果用户设置五个中断源同时为低优先级或同时为高优先级，如果定时器/计数器T0发出中断请求后，单片机执行定时器T0中断程序过程中，外部中断0发出中断请求，这时还会出现中断嵌套吗？当同级中有多个中断源同时发出中断请求，CPU按照自然优先级顺序响应自然优先级高的一个中断请求。当一个中断被响应后，所有与之同级中断源的中断请求都被禁止。

19 从上述分析可以看出，由于51单片机只有两个优先级设置，故只存在两级中断嵌套结构，两级中断嵌套的中断过程如图5-8所示。第一级中断必须同时设置IP为低级中断请求，第二级中断设置为高级中断请求
图5-8 两级中断嵌套

20 5.3 MCS-51的中断响应条件和中断处理 中断响应的条件 中断处理过程

21 5.3.1 中断响应的条件 MCS-51单片机响应中断条件有以下三条： 如果有下列三种情况之一时，CPU将封锁对中断的响应：
中断响应的条件 MCS-51单片机响应中断条件有以下三条： ◆ 有中断源发出中断请求。 ◆ 中断允许位EA＝1，即CPU开放中断。 ◆ 申请中断的中断源的允许位为1，即对应的中断源开放中断 如果有下列三种情况之一时，CPU将封锁对中断的响应： ◆ CPU正在处理一个同级或更高级别的中断请求，只有在同级或更高级别中断执行完毕，才会响应新的中断请求。 ◆ 现行的机器周期不是当前正在执行指令的最后一个周期CPU收到中断请求信号，必须等到本条指令执行完毕，才能中断主程序的执行并能够保存断点地址，然后才能响应中断。 ◆ 当前正执行的指令是返回指令（RETI）或访问IP、IE寄存器的指令，则CPU至少再执行一条指令才会中断。

22 5.3.2 中断处理过程 中断处理过程可以分为以下几个步骤：
中断处理过程 中断处理过程可以分为以下几个步骤： （1）把当前PC值压入堆栈，保护断点。CPU响应中断后，把当前指令的下一条指令（就是中断返回后将要执行的指令）的地址送入堆栈。 （2）将相应的中断服务程序的入口地址送入PC。根据中断标志，将相应的中断入口地址送入PC，CPU根据PC中的值到相应的程序存储器地址取指令，即程序就会跳转到中断入口处继续执行。这些工作都是由硬件来完成的，用户不必考虑。MCS-51单片机的中断源及其对应的中断入口地址如图5-9所示。

23 图5-9 中断源及其对应的中断入口地址

24 （3）对有些中断源，CPU会自动清除中断标志位。CPU响应中断后，自动清除中断标志，如TF1、TF0、IE1、IE0，但不能清除RI、TI、IT1、IT0标志位。
（4）执行中断服务程序。用户设置中断的目的是执行用户中断服务程序，当由硬件完成清除中断标志位，同时将程序跳转到中断入口处去执行中断服务程序，但是每个中断向量地址之间隔了8个单元，如 BH，在如此少的空间中如何完成用户中断程序呢？很简单，在中断处安排一个LJMP指令，就可以把中断程序跳转到任何地方。当然如果用户中断程序小于8字节，则不必安排跳转指令。建议读者即使中断服务程序小于8字节，也采用跳转指令方式，以便养成规范的编程风格。 （5）中断服务子程序执行完返回指令RETI，中断服务程序结束，将堆栈内容弹出到PC，返回到原来断点继续执行。

25 5.4 中断程序编程举例 例5.5 假设某消防队坐落在道路的一边，正常情况下，交通红绿灯以1s的间隔轮流点亮，当有消防任务时，消防官兵只需要按一下设置在路边的消防紧急按钮，则道路交通灯就会变成红灯并持续1s时间，禁止其他车辆通行，使消防车可以顺利通过，试用51单片机来模拟实现上述功能 解：电路如图5-10所示，将P1口的P1.1～P1.0分别接红和绿色发光二极管D1～D0模拟道路交通等，P3.2（INT0）引脚接一按键以模拟消防紧急按钮，源程序中DELAY1S为延时1s子程序。

26 图5-10 AT89C51单片机模拟交通灯电路原理图

27 例5.5 源程序如下： ORG H LJMP MAIN ORG H LJMP INT_EX0 ORG H MAIN: SETB EX ；单片机中断允许控制 SETB EA ；单片机中断允许控制 LOOP: SETB P ；绿灯被点亮 LCALL DELAY1S CLR P ；绿灯熄灭 SETB P ；红灯被点亮 CLR P ；红灯熄灭 LJMP LOOP INT_EX0： SETB P ；红灯被点亮 RETI

28 例5.6 在工业应用场合经常利用中断电路来实现系统的故障显示，假设有四个终端设备和主控室相连接，主控室可以采用报警或指示灯等方式表示终端设备是否正常工作。当终端设备正常工作时，主控室指示灯灭，当终端设备工作异常时，主控室指示灯亮，试用单片机中断电路来实现。 分析：单片机只有两个中断源，但是现在有四个外部中断请求，那么必然存在中断扩展，单片机如何实现中断扩展呢？一般情况下中断加查询扩展外部中断源，即每一根中断输入线可以通过“线或”的关系连接多个外部中断源，同时利用输入端口线作为各个中断源的识别线。电路如图5-11所示。

29 图5-11 利用中断电路来实现系统的故障显示电路原理图

30 例 源程序： ORG H LJMP MAIN ORG H LJMP INT_EX0 ORG H MAIN: SETB EX ；单片机中断允许控制 SETB EA ；单片机中断允许控制 SJMP $ ；等待中断到来 INT_EX0: JNB P1.0,NEXT1 SETB P1.4 LJMP INT_EX0_END NEXT1: JNB P1.1,NEXT2 SETB P1.5 NEXT2: JNB P1.2,NEXT3 SETB P1.6 NEXT3: JNB P1.3, INT_EX0_END SETB P1.7 INT_EX0_END: RETI