最新单片机原理及应用第五章PPT课件.ppt

5.1 中断概述中断概述 中断是指中断是指CPUCPU对系统或系统外发生的某个对系统或系统外发生的某个事件的一种事件的一种响应过程响应过程，即，即CPUCPU暂时停止现行程暂时停止现行程序的执行，而自动转去执行预先安排好的处序的执行，而自动转去执行预先安排好的处理该事件的服务子程序，处理结束后再返回理该事件的服务子程序，处理结束后再返回被暂停处继续执行原来的程序。被暂停处继续执行原来的程序。 实现这种中断功能的硬件系统和软件系统实现这种中断功能的硬件系统和软件系统统统称为中断系统。统统称为中断系统。5.5.2 2 AT89C51AT89C51中断系统中断系统 5.2.1 中断源及中断系统构成中断源及中断系统构成 51子系列提供子系列提供5个中断源，具有两个优先级，可个中断源，具有两个优先级，可形成中断嵌套。形成中断嵌套。/INT0/INT0：外部中断：外部中断0 0，P3.2P3.2口，低电平或下降沿触发。口，低电平或下降沿触发。/INT1/INT1：外部中断：外部中断1 1，P3.3P3.3口，低电平或下降沿触发。口，低电平或下降沿触发。T0T0：定时计数器：定时计数器0 0中断，中断，T0T0回零溢出触发回零溢出触发TF0TF0标志。标志。T1T1：定时计数器：定时计数器1 1中断，中断，T1T1回零溢出触发回零溢出触发TF1TF1标志。标志。TITIRIRI：串行：串行I/OI/O中断，串行口完成一帧数据发送接收中断，串行口完成一帧数据发送接收后触发。后触发。 80C51的中断系统有的中断系统有5个中断源，个中断源，2个优先级，可实个优先级，可实现二级中断嵌套现二级中断嵌套 。5.2.2 中断标志与中断控制中断标志与中断控制 1、中断锁存寄存器、中断锁存寄存器TCON ： TCON也为定时计数器的控制寄存器，也为定时计数器的控制寄存器，锁存锁存标志。字节地址锁存锁存标志。字节地址88H。 TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 1、中断锁存寄存器、中断锁存寄存器TCON ：TF1：T1溢出中断标志溢出中断标志TF0：T0溢出中断标志溢出中断标志 1有中断请求有中断请求IE1：INT1中断请求标志中断请求标志 0无中断请求无中断请求IE0：INT0中断请求标志中断请求标志IT1：INT1触发控制位触发控制位 1下降沿触发下降沿触发IT0：INT0触发控制位触发控制位 0低电平触发低电平触发2、串行口控制寄存器、串行口控制寄存器SCON：TI，串行口发送中断标志位。当，串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送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。每发送完一个串行帧，由硬件置位程。每发送完一个串行帧，由硬件置位TI。CPU响应中断时，不能自动清除响应中断时，不能自动清除TI，TI必须由软件清必须由软件清除。除。RI，串行口接收中断标志位。当允许串行口接收，串行口接收中断标志位。当允许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位RI。同样，同样，RI必须由软件清除。必须由软件清除。3、中断允许寄存器、中断允许寄存器IE ：EA: 总中断控制位总中断控制位ES：串行口中断控制位：串行口中断控制位ET1：T1中断控制位中断控制位EX1：INT1中断控制位中断控制位ET0：T0中断控制位中断控制位EX0：INT0中断控制位中断控制位以上各位：以上各位：1允许中断；允许中断；0禁止中断。禁止中断。 用于打开或关断各中断源，字节地址用于打开或关断各中断源，字节地址A8H。 4、中断优先级寄存器、中断优先级寄存器IP ：PS：串行口中断优先级控制位：串行口中断优先级控制位PT1：T1中断优先级控制位中断优先级控制位PX1：INT1中断优先级控制位中断优先级控制位PT0：T0中断优先级控制位中断优先级控制位PX0：INT0中断优先级控制位中断优先级控制位以上各位：以上各位：1高优先级；高优先级；0低优先级。低优先级。 用于设定各中断源的优先级，字节地址用于设定各中断源的优先级，字节地址B8H。 中断基本规则中断基本规则 ：任一种中断，不能被同级或低级中断所中断；任一种中断，不能被同级或低级中断所中断；高级中断能打断低级中断（中断嵌套）；高级中断能打断低级中断（中断嵌套）；若同时有几个同级中断源提出申请，若同时有几个同级中断源提出申请，CPU响响应的顺序为（查询）：应的顺序为（查询）：INT0（高）T0INT1T1RITI（最低） 5.3 中断处理过程 中断处理过程可分为中断处理过程可分为4 4个阶段：个阶段：中断请求中断请求，中中断查询和响应断查询和响应，中断处理中断处理，中断返回中断返回。 1.1.中断请求中断请求 中断请求是由硬件完成的，定时中断和串行中断请求是由硬件完成的，定时中断和串行中断在单片机芯片内部自动完成，中断请求完成中断在单片机芯片内部自动完成，中断请求完成后，相应的中断请求标志位被直接置位。后，相应的中断请求标志位被直接置位。 外部中断的中断请求信号要分别从（外部中断的中断请求信号要分别从（P3.2P3.2）和和 (P3.3) 2(P3.3) 2个引脚由片外输入。片内中断控制系个引脚由片外输入。片内中断控制系统在每个机器周期的统在每个机器周期的S5P2S5P2对引脚信号进行采样根对引脚信号进行采样根据采样的结果来设置中断请求标志位的状态，中据采样的结果来设置中断请求标志位的状态，中断请求完成后，中断请求标志位被置位。断请求完成后，中断请求标志位被置位。2.2.中断查询和响应中断查询和响应 中断的查询和中断的响应也是由硬件自中断的查询和中断的响应也是由硬件自动完成的。动完成的。 所谓查询所谓查询: :就是由就是由CPUCPU测试测试TCONTCON和和SCONSCON中的中的各标志位的状态，以确定有无中断请求以及各标志位的状态，以确定有无中断请求以及是那一个中断请求。在程序执行过程中，中是那一个中断请求。在程序执行过程中，中断查询是在指令执行的每个机器周期中不停断查询是在指令执行的每个机器周期中不停地重复进行的。地重复进行的。3 中断响应条件中断响应条件中断源有中断请求；中断源有中断请求； 此中断源的中断允许位为此中断源的中断允许位为1； CPU开中断（即开中断（即EA=1）。）。同时满足时，同时满足时，CPU才有可能响应中断。才有可能响应中断。 此外，若某个中断源通过编程设置处于被打开此外，若某个中断源通过编程设置处于被打开的状态，并满足中断响应的条件，但是，若遇到的状态，并满足中断响应的条件，但是，若遇到以下任一情况，则单片机仍不能响应此中断：以下任一情况，则单片机仍不能响应此中断： 当前当前CPUCPU正在处理比申请源高级或与申请源同正在处理比申请源高级或与申请源同级的中断。级的中断。 当前正在执行的那条指令没有执行完。当前正在执行的那条指令没有执行完。 正在访问正在访问IEIE、IPIP中断控制寄存器或执行中断控制寄存器或执行RETIRETI指指令。并且，只有在执行这些指令后至少再执行一令。并且，只有在执行这些指令后至少再执行一条指令时，才能接受中断请求。条指令时，才能接受中断请求。 由于上述原因而未能响应的中断请求，待上由于上述原因而未能响应的中断请求，待上述原因消失时该中断请求标志却已消失，那么该述原因消失时该中断请求标志却已消失，那么该中断不再被响应。也就是说，中断不再被响应。也就是说，MCS-51MCS-51对查询的结对查询的结果不作记忆，查询过程在下个机器周期重新进行。果不作记忆，查询过程在下个机器周期重新进行。4 4 中断响应中断响应 中断响应是对中断源提出的中断请求的接中断响应是对中断源提出的中断请求的接受，在中断查询中，当查询到有效的中断请求受，在中断查询中，当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应。中断响应的主要时，紧接着就进行中断响应。中断响应的主要内容是由硬件自动生成一条长调用指令内容是由硬件自动生成一条长调用指令LCALL LCALL addr16addr16，这里的，这里的addr16addr16就是程序存储器中相应就是程序存储器中相应的中断服务程序地址区的入口地址。的中断服务程序地址区的入口地址。中断入口地址中断入口地址 ： 0003H ：外部中断：外部中断0服务程序入口（服务程序入口（INT0） 000BH ：定时器：定时器0中断服务程序入口（中断服务程序入口（T0） 0013H ：外部中断：外部中断1服务程序入口（服务程序入口（INT1） 001BH ：定时器：定时器1中断服务程序入口（中断服务程序入口（T1） 0023H ：串行口中断服务程序入口：串行口中断服务程序入口 5 中断响应时间中断响应时间 ：一般情况下：一般情况下： 中断请求中断请求 响应中断响应中断 （38个机器周期）个机器周期） 中断响应时间是指从中断响应有效（标志位置中断响应时间是指从中断响应有效（标志位置1 1）到）到转向其中断服务程序地址区的入口地址所需的时间。转向其中断服务程序地址区的入口地址所需的时间。 分析可知，在单中断源的中断系统中，中断响应分析可知，在单中断源的中断系统中，中断响应时间至少要用时间至少要用3 3个机器周期，最多为个机器周期，最多为8 8个机器周期。个机器周期。 在一般应用情况下，中断响应时间长短通常无需在一般应用情况下，中断响应时间长短通常无需考虑，但是在需要精确定时的应用中，为了保证定时考虑，但是在需要精确定时的应用中，为了保证定时的精确，往往要估算中断响应的时间。的精确，往往要估算中断响应的时间。6、中断响应过程、中断响应过程 ：响应中断响应中断自动清除中断请求标志（自动清除中断请求标志（IE0、IE1、TF0、TF1， 但但RI/TI需由软件清）需由软件清）保留断点（当前保留断点（当前PC值入栈）值入栈）中断入口地址中断入口地址PC执行中断服务程序执行中断服务程序中断返回（中断返回（RETI）恢复断点（原恢复断点（原PC值出栈）值出栈）8.中断请求的撤销 CPUCPU响应中断后，应撤销该中断请求，否则会引起响应中断后，应撤销该中断请求，否则会引起再次中断。再次中断。对于定时中断，在对于定时中断，在CPUCPU响应中断后，由中断机构硬件响应中断后，由中断机构硬件自动撤销中断请求标志自动撤销中断请求标志TF0TF0和和TF1TF1；对于脉冲方式触发的外中断，由于脉冲信号过后就对于脉冲方式触发的外中断，由于脉冲信号过后就消失了，也是在响应中断后由中断机构硬件自动撤销消失了，也是在响应中断后由中断机构硬件自动撤销中断请求标志中断请求标志IE0IE0和和IE1IE1；对电平触发的外中断，对电平触发的外中断，CPUCPU响应中断后，必须立即撤响应中断后，必须立即撤除引脚上的低电平触发信号才能由硬件自动撤销中断除引脚上的低电平触发信号才能由硬件自动撤销中断请求标志请求标志IE0IE0和和IE1IE1；对于串行中断，对于串行中断，CPUCPU响中断后，中断请求标志响中断后，中断请求标志RIRI和和TITI不会被自动撤销，它们要用软件来撤销，这在编写串不会被自动撤销，它们要用软件来撤销，这在编写串行中断服务程序时应以注意。行中断服务程序时应以注意。9.9.中断处理中断处理 中断处理应根据具体要求编写中断服务中断处理应根据具体要求编写中断服务程序。在程序中要注意以下程序。在程序中要注意以下2 2个问题：个问题： 现场保护和现场恢复现场保护和现场恢复; ; 关中断和开中断关中断和开中断 10.中断返回 中断服务程序的最后一条指令必须是中断中断服务程序的最后一条指令必须是中断返回指令返回指令RETIRETI，CPUCPU执行这条指令时，把响应执行这条指令时，把响应中断时置位的优先级触发器复位，再从堆栈中中断时置位的优先级触发器复位，再从堆栈中弹出断点地址送弹出断点地址送PCPC，使程序回到断点处重新执，使程序回到断点处重新执行先前被中断了的程序。由于行先前被中断了的程序。由于RETIRETI的作用不同的作用不同于于RETRET，所以中断的返回不能用，所以中断的返回不能用RETRET指令来替代。指令来替代。5.45.4 中断系统的应用中断系统的应用 AT89C51中断功能的应用主要包括两方中断功能的应用主要包括两方面的内容：一是各中断源的合理运用和相应面的内容：一是各中断源的合理运用和相应硬件电路的设计，二是初始化程序和中断服硬件电路的设计，二是初始化程序和中断服务程序的编写。下面通过几个应用举例加以务程序的编写。下面通过几个应用举例加以理解。理解。例例利用外中断实现程序的单步执行。利用外中断实现程序的单步执行。 AT89C51内部有内部有4 KB字节的字节的Flash存储存储器，用户编写好的程序用简单的程序写入器，用户编写好的程序用简单的程序写入器很容易写入和擦除，在没有开发系统的器很容易写入和擦除，在没有开发系统的条件下，利用外中断实现程序的单步运行条件下，利用外中断实现程序的单步运行为用户调试程序带来一定的方便为用户调试程序带来一定的方便。89C51单稳态电路5 V0INT 外中断外中断/INT0设为电平触发方式，中断服务程序为：设为电平触发方式，中断服务程序为： ORG 0003H JNB P3.2,$ JB P3.2,$ RETI原理：当原理：当CPU正在处理某中断时，不能响应同级正在处理某中断时，不能响应同级别中断，且在执行别中断，且在执行RETI返回指令后，还必须多执返回指令后，还必须多执行一条指令才能响应新的中断。行一条指令才能响应新的中断。 例例 扩展外部中断源：扩展外部中断源： 在变频调速器中都设有过流在变频调速器中都设有过流(OC)、过压、过压(OV)、欠压、欠压(UV)、过热、过热(OH)这四种故障这四种故障保护，当任一故障发生时，都要立刻停保护，当任一故障发生时，都要立刻停机处理，避免故障范围扩大。这种情况机处理，避免故障范围扩大。这种情况必须采用中断方式，使单片机立刻响应必须采用中断方式，使单片机立刻响应中断处理。试设计其硬件电路和软件程中断处理。试设计其硬件电路和软件程序。序。 根据要求，四个故障相当四个中断源，根据要求，四个故障相当四个中断源，可利用中断查询方法，将四个中断源归可利用中断查询方法，将四个中断源归结为一个中断请求，同时四个故障信号结为一个中断请求，同时四个故障信号引到引到P1口的四个输入端，然后在中断程口的四个输入端，然后在中断程序中查询序中查询P1口，确定是哪一个故障申请口，确定是哪一个故障申请的中断。电路如图的中断。电路如图5-8所示。一旦发生故所示。一旦发生故障，单片机必须响应中断，因此，该中障，单片机必须响应中断，因此，该中断必须设置成最高级中断。在中断程序断必须设置成最高级中断。在中断程序中可以显示故障信息。中可以显示故障信息。P1.3P1.2P1.1P1.0AT89C511OCOVUVOH1INT图5-8 扩展4个外中断源电路主程序和中断服务程序如下：主程序和中断服务程序如下： ORG0000HLJMP ZCX1 ；转主程序；转主程序 ORG 0013HLJMP INT1 ；转中断程序；转中断程序 ORG 0100HZCX1：MOV SP，#30H ；置堆栈指针；置堆栈指针MOV IP，#04H ；设；设 为最高级为最高级CLR IT1 ；设；设 为电平触发为电平触发SETB EA ；开中断；开中断SETB EX1ZCX2：其他处理程序：其他处理程序 AJMP ZCX21INT1INTORG 0200HINT1：PUSH PSW ；中断服务程序；中断服务程序 PUSH ACC JB P1.0，XI1 ；P1.0为为1，转，转OC中断服务程序中断服务程序 JB P1.1，XI2 ；P1.1为为1，转，转OV中断服务程序中断服务程序 JB P1.2，XI3 ；P1.2为为1，转，转UV中断服务程序中断服务程序 JB P1.3，XI4 ；P1.3为为1，转，转OH中断服务程序中断服务程序INRET：POP ACC POP PSW RETIXI1： AJMP OCXI2： AJMP OV XI3： AJMP UV XI4： AJMP OH OC： ；OC处理子程序处理子程序(略略) AJMP INRET OV： ；OV处理子程序处理子程序(略略) AJMP INRET UV： ；UV处理子程序处理子程序(略略) AJMP INRET OH： ；OH处理子程序处理子程序(略略) AJMP INRET 例例：下图是单片机控制的数据传输系统。将：下图是单片机控制的数据传输系统。将P1P1口设置成数据输入口，外部设备每准备好一个数据口设置成数据输入口，外部设备每准备好一个数据时发出一个正脉冲，使时发出一个正脉冲，使D D触发器触发器Q Q端置端置0 0，向送入一个，向送入一个低电平中断请求信号。中断响应后，为了撤销中断低电平中断请求信号。中断响应后，为了撤销中断请求，可利用请求，可利用P3.0P3.0向向D D触发器的直接置位端触发器的直接置位端SDSD输出输出一个负脉冲，使一个负脉冲，使D D触发器的触发器的Q Q端置端置1 1，从而撤销了低电，从而撤销了低电平的中断请求信号。平的中断请求信号。 程序编制如下：程序编制如下： ORG 0000HORG 0000HSTART: LJMP MAIN START: LJMP MAIN ；跳转到主程序；跳转到主程序 ORG 0003HORG 0003H LJMP INT0 ;LJMP INT0 ;转向中断服务程序转向中断服务程序 ORG 0030H ORG 0030H ；主程序；主程序MAIN: CLR IT0 ;MAIN: CLR IT0 ;设置电平触发方式设置电平触发方式 SETB EA SETB EA ；CPUCPU开放中断开放中断 SETB EX0 ;SETB EX0 ;允许外中断允许外中断0 0中断中断 MOV DPTR,#1000H MOV DPTR,#1000H ；置数据区地址针；置数据区地址针 ORG 0100H ORG 0100H ；中断服务程序；中断服务程序 INT0: PUSH PSW INT0: PUSH PSW ；保护现场；保护现场 PUSH A PUSH A CLR P3.0 CLR P3.0 ；由；由P3.0P3.0输出负脉冲输出负脉冲 NOP NOP ； NOP NOP ； SETB P3.0 SETB P3.0 ； MOV A,P1 MOV A,P1 ；输入数据；输入数据 MOVX MOVX DPTR,A DPTR,A ；存入数据存储器；存入数据存储器 INC DPTR INC DPTR ；修改数针；修改数针 POP A POP A ；恢复现场；恢复现场 POP PSW POP PSW ； RETI RETI ；中断返回；中断返回 例例：图：图5-35-3的中断线路可实现多个故障。的中断线路可实现多个故障。当系统无故障时，当系统无故障时，4 4个故障源输入端全为低电个故障源输入端全为低电平，显示灯全熄灭，只有当某部分出现故障，平，显示灯全熄灭，只有当某部分出现故障，其相应的输入线才由低电平变为高电平从而引其相应的输入线才由低电平变为高电平从而引起中断。中断服务程序的任务就是判定故障源，起中断。中断服务程序的任务就是判定故障源，并进行相应的灯光显示。并进行相应的灯光显示。 程序编制如下：程序编制如下： ORG 0000H ORG 0000H AJMP MA1 AJMP MA1 ；转向主程序；转向主程序 ORG 0003HORG 0003H AJMP SERVE AJMP SERVE ；转向中断服务程序；转向中断服务程序MA1: MOV P1,#55H MA1: MOV P1,#55H ；全部指示灯灭，并为读入故障信；全部指示灯灭，并为读入故障信 ; ;号作准备号作准备 SETB IT0 SETB IT0 ；选取外中断为脉冲触发方式；选取外中断为脉冲触发方式 SETB EX0 SETB EX0 ；允许外中断；允许外中断0 0中断中断 SETB EA SETB EA ；开；开CPUCPU中断中断LOOP: MOV A,P1 LOOP: MOV A,P1 ； ANL A,#55H ANL A,#55H ； JNZ LOOP JNZ LOOP ；有故障信号转；有故障信号转LOOPLOOP MOV P1,#55H MOV P1,#55H ；无故障信号灯全灭，；无故障信号灯全灭， ; ;并为读入故并为读入故 障信号作准备障信号作准备 SJMP LOOP SJMP LOOP ；等待中断；等待中断SERVESERVE：JNB P1.0,L1 JNB P1.0,L1 ；中断服务程序，查询故障源，若有故障，将；中断服务程序，查询故障源，若有故障，将 ；相应的灯点亮；相应的灯点亮 SETB P1.1SETB P1.1 SJMP L2 SJMP L2L1: CLR P1.1L1: CLR P1.1L2: JNB P1.2,L3L2: JNB P1.2,L3 SETB P1.3SETB P1.3 SJMP L4 SJMP L4L3: CLR P1.3L3: CLR P1.3L4: JNB P1.4,L5L4: JNB P1.4,L5 SETB P1.5SETB P1.5 SJMP L6 SJMP L6L5: CLR P1.5L5: CLR P1.5L6: JNB P1.6,L7L6: JNB P1.6,L7 SETB P1.7 SETB P1.7 SJMP L8 SJMP L8L7: CLR P1.7L7: CLR P1.7L8: RETIL8: RETI本章到此结束