第5章单片机的中断系统课件.ppt

第第5章章 单片机的中断系统单片机的中断系统 51单片机的中断系统是8位机中功能较强的，可以提供5个中断源（52系列是6个），具有两个中断优先级，可以实现两级中断嵌套。5.1 中断的基本知识中断的基本知识 5.1.1 中断源及中断结构 MCS-51单片机的5个中断源分为两种类型：一类是外部中断源，包括 和 ；一类是内部中断源，包括两个定时器/计数器（T0和T1）的溢出中断和串行口的发送/接收中断。MCS-51单片机中断系统结构图5-1所示。1讲图图5-1 MCS-51 单片机中断系统结构单片机中断系统结构 1.外部中断 它们的中断请求信号有效方式分为电平触发和脉冲触发两种。电平方式是低电平有效，脉冲方式为负跳变触发有效。对于电平方式，只要检测到低电平信号即为有效申请。对于脉冲方式，则需要比较两次检测到的信号，才能确定中断请求信号是否有效。中断请求信号高低电平的状态都应该至少维持一个机器周期，以确保电平变化能被单片机检测到。2.内部中断除外部中断外，内部还有TF0、TF1、TI/RI分别为定时/计数器溢出中断和串行口的发送/接收中断的中断源。5.1.2 5.1.2 中断控制中断控制 MCS-51单片机设置了4个专用寄存器用于中断控制，用户通过设置其状态来管理中断系统。1.定时器控制寄存器（TCON）TCON的格式如图5-2所示。IT0IE0IT1IE1TR0 TF0 TR1TF1D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TCON(88H)图图5-2 TCON的格式的格式 在该寄存器中，TR1、TR0用于定时/计数器的启动控制，其余6位用于中断控制，其作用如下：1)IT0为外中断0请求信号方式控制位。IT0=1为脉冲触发方式（负跳变有效），IT0=0为电平方式（低电平有效）。2)IE0为外部中断0请求标志位。当CPU检测到（P3.2）端有中断请求信号时，由硬件置位，使IE0=1请求中断，中断响应后转向中断服务程序时，由硬件自动清零。3)IT1为外部中断1请求信号方式控制位，其作用同IT0。4)IE1为外部中断1请求标志位，其作用同IE0。5)TF0（TF1）为定时/计数器溢出标志位，此标志的作用将在5.3节说明。2.串行口控制寄存器（SCON）SCON的格式如图5-3所示。RITIRB8TB8REN SM2 SM1SM0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TCON(98H)图图5-3 SCON的格式的格式 SCON中的高6位用于串行口控制，低2位（RI、TI）用于中断控制，其作用如下：1)TI为串行口发送中断请求标志位，发送完一帧串行数据后，由硬件置1，其清零必须由软件完成。2)RI为串行口接收中断请求标志位，接收完一帧串行数据后，由硬件置1，其清零必须由软件完成。在在MCS-51单片机串行口中，以单片机串行口中，以TI和和RI的逻辑的逻辑“或或”作为一作为一个内部中断源，二者之一置位就可以产生串行口中断请求，然后个内部中断源，二者之一置位就可以产生串行口中断请求，然后在中断服务程序中测试这两个标志位，以决定是发送中断还是接在中断服务程序中测试这两个标志位，以决定是发送中断还是接收中断。收中断。3.中断允许控制寄存器（IE）中断允许控制寄存器的格式如图5-4所示。EX0ET0EX1ET1ES EA D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 IE(A8H)图图5-4 中断允许控制寄存器的格式中断允许控制寄存器的格式 寄存器中用于控制中断的共6位，实现中断管理，其作用如下。EA为中断允许总控制位。EA=1时，CPU开放中断；EA=0时，CPU屏蔽所有中断请求。ES、ET1、EX1、ET0、EX0为对应的串行口中断、定时/计数器1中断、外部中断1中断、定时器/计数器0中断、外部中断0中断的中断允许位。对应位为1时，允许其中断，对应位为0时，禁止其中断。MCS-51单片机中断系统的管理是由中断允许总控制EA和各中断源的控制位联合作用实现的，缺一不可。MCS-51单片机系统复位后，IE各位均清零，即禁止所有中断。4.中断优先级控制寄存器（IP）中断优先级控制寄存器的格式如图5-5所示。PX0PT0PX1PT1PS D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 IP(B8H)图图5-5 中断优先级控制寄存器的格式中断优先级控制寄存器的格式图5-5 中断优先级控制寄存器的格式 MCS-51单片机规定了两个中断优先级：高级中断和低级中断。用中断优先级寄存器（IP）的5位状态管理5个中断源的优先级别，即PS、PT1、TX1、PT0、PX0分别对应串行口中断、定时器/计数器1中断、外部中断1中断、定时器/计数器0中断、外部中断0中断。当相应位为1时，设置其为高级中断；相应位为0时，设置其为低级中断。5.1.3 中断优先级结构 MCS-51中断系统具有两级优先级（由IP寄存器把各中断源的优先级分为高优先级和低优先级），它们遵循下列两条基本原则：1).为了实现中断嵌套，高优先级中断请求可以中断低优先级的中断服务，反之，则不允许；2).同等优先级中断源之间不能中断对方的中断服务过程。为了实现上述两条原则，中断系统内部包含两个不可寻址的优先级状态触发器。其中一个用来指示某个高优先级的中断源正在得到服务，并阻止所有其他中断的响应；另一个触发器则指出某低优先级的中断正得到服务，所有同级的中断都被阻止，但不阻止高优先级中断源。当同时收到几个同一优先能的中断时，响应哪一个中断源取决于内部查询顺序。其优先级排列如图5-6所示。中断源外部中断0定时器/计数器0溢出定时器/计数器1溢出串行口外部中断1同级内中断优先级别最高最低 图图5-6 中断优先级排列中断优先级排列5.1.4 中断服务程序入口地址 MCS-51单片机5个中断源的中断服务程序入口地址如表5-1所示。中断源中断源中断服务程序入口地址中断服务程序入口地址 外部中断00003H 定时器/计数器0溢出000BH 外部中断10013H 定时器/计数器1溢出001BH 串行口0023H表表5-1 MCS-51中断服务程序入口地址表中断服务程序入口地址表5.1.5 中断请求的撤除在中断请求被响应前，中断源发出的中断请求由CPU锁存在特殊功能寄存器TCON和SCON的相应中断标志位中。一旦某个中断请求得到响应，CPU必须把它的响应标志位复位成0状态，否则MCS-51就会因中断未能得到及时撤除而重复响应同一中断请求，这是绝对不允许的。MCS-51单片机有5个中断源，但实际上只分属于3种中断类型。这3种类型是：外部中断、定时器溢出中断和串行口中断。对于这3种中断类型的中断请求，其撤除方法是不同的。1.定时器溢出中断请求的撤除 TF0和TF1是定时器溢出中断标志位，它们因定时器溢出中断请求的输入而置位，因定时器溢出中断得到响应而自动复位成0状态。因此，定时器溢出中断源的中断请求是自动撤除的，用户根本不必专门为它们撤除。2.串行口中断请求的撤除TI和RI是串行口中断的标志位，中断系统不能自动将它们撤除，这是因为MCS-51进入串行口中断服务程序后常需要对它们进行检测，以测定串行口发生了接收中断还是发送中断。为了防止CPU再次响应这类中断，用户应在中断服务程序的适当位置处通过指令将它们撤除：CLR TI ；撤除发送中断 CLR RI ；撤除接收中断若采用字节指令，则也可采用如下指令：ANL SCON，#0FCH；撤除发送和接收中断 或采用位判断清除指令：JBC TI,rel;判断TI标志是否置位，若置位则跳转并撤除发送中断 JBC RI,rel;判断RI标志是否置位，若置位则跳转并撤除接收中断 3.外部中断的撤除外部中断请求有两种触发方式：电平触发和负边沿触发。对于这两种不同的中断触发方式，MCS-51撤除它们的中断请求的方法是不相同的。在负边沿触发方式下，外部中断标志IE0和IE1是依靠CPU两次检测 或 上触发电平状态而设置的。因此，芯片设计者使CPU在响应中断时自动复位IE0或IE1，就可撤除 或 上的中断请求，因为外部中断源在中断服务程序时是不可能再在 或 上产生负边沿，而使相应的中断标志IE0或IE1置位。在电平触发方式下，外部中断标志IE0和IE1是依靠CUP检测或上低电平而置位的。尽管CPU响应中断时相应中断标志IE0或IE1，能自动复位成状态，但若外部中断源不能及时撤除它在或上的低电平，就会再次使已经变的中断IE0或IE1置位，这是绝对不允许的。因此，电平触发型外部中断请求的撤除必须使或上的低电平随着其中断被CPU响应而变为高电平。一种可供采用的电平型外部中断的撤除电路如图5-7所示。INT08051P1.0Q DSDCP1外部中断信号图图5-7 电平型外部中断的撤除电路电平型外部中断的撤除电路由图可见，当外部中断源产生中断请求时，D触发器的复位成状态，Q端的低电平被送到 ，该低电平被8051检测后就使中断标志IE0置。8051响应 上的中断请求可使 中断服务程序执行，故可以在中断服务程序开头安排如下程序来使 上的电平拉高。INSVR：ORL P1,#01H ANL P1,#0FEH CLR IE0 END 8051执行上述程序就可使P1.0上产生一个宽度为两个机器周期的负脉冲。在该负脉冲作用下，D触发器被置位成1状态，上的电平也因此而变高，从而撤除了其上的中断请求。5.1.6 中断系统的初始化 MCS-51中断系统功能，是可以通过上述特殊功能寄存器进行统一管理的，中断系统初始化是指对这些特殊功能的寄存器中各控制位进行赋值。中断系统初始化步骤如下：1).置位相应中断源的中断允许；2).设定所有中断源的中断优先级；3).若为外部中断，则应规定低电平还是负边沿的中断触发方式。例如，用 为低电平触发的中断系统初始化程序。1.采用位操作指令 SETB EA ；SETB EX0 ；开 中断 中断 SETB PX0 ；令 为 高优先级 CLR IT0 ；令 为 电平触发 2.采用字节操作指令 MOV IE，#81H ；开 中断 ORL IP，#01H ；令 为高优先级 ORL TCON，#0FEH ;令 电平触发 显然，采用位操作指令进行中断系统初始化是比较简单的。因为用户不必记住各控制位在寄存器中的位置，只需按各控制位名称来设置，而各控制位名称是比较容易记忆的。5.2 中断的编程及应用实例中断的编程及应用实例 C51语言编译器支持在C语言源程序中直接编写51单片机的中断服务函数程序，从而减轻了采用汇编语言编写中断服务程序的烦琐程序。为了能在C语言源程序中直接编写中断服务函数，C51语言编译器对函数的定义有所扩展，增加了一个扩展关键字interrupt。关键字interrupt是函数定义时的一个选项，加上这个选项即可将函数定义成中断服务函数。定义中断服务函数的一般形式为：函数类型 函数名（形式参数表）interrupt n using minterrupt 后面的n 是中断号，n的取值范围为031。编译器从8n+3处产生中断向量，具体的中断号n和中断向量取决于不同的51系列单片机芯片。对于MCS-51单片机而言，外部中断0中断、定时器/计数器0溢出中断、外部中断1中断、定时器/计数器1溢出中断、串行口发送/接收中断对应的中断号分别为0、1、2、3、4。using后面的m是选择哪个工作寄存器区，分别为0、1、2、3。【例5-1】外部中断在本实例中，首先通过P1.7口点亮发光二极管，然后外部输入一脉冲串，则发光二极管亮、暗交替。电路如图5-8所示。+5VP1.7AT89C51图图5-8 发光二极管交替亮、暗发光二极管交替亮、暗 编写程序如下：#includesbit P1_7=P17;void interrupt0()interrupt 0 using 0 /定义定时器0 P1_7=!P1_7;void main()EA=1;/开中断 IT0=1;/外部中断0脉冲触发 EX0=1;/外部中断0 P1_7=0;do while(1);【例5-2】如图5-9所示，8只LED阴极接至单片机P0口，两开关S0、S1分别接至单片机引脚P3.2和P3.3。编写程序控制LED状态：按下S0后，如果8只LED为熄灭状态，则点亮，如果8只LED为点亮状态，则保持；按下S1后，不管8只LED是熄灭状态还是点亮状态，都变为闪烁状态。P0.0P0.1P0.2P0.3P0.4P0.5P0.6P0.78051 P3.2 P3.3+5V图图5-9 利用中断控制发光二极管利用中断控制发光二极管2讲S0S1 程序代码如下：#includevoid delay(unsigned int d)/定义延时子函数while(-d0);void main()P0=0 xff;/熄灭LEDEA=1;/开总中断EX0=1;/开外中断0EX1=1;/开外中断1IT0=1;/外中断0脉冲触发方式IT1=1;/外中断1脉冲触发方式for(;)/延时等待中断发生;void INT0_ISR()interrupt 0 /外中断0中断服务函数P0=0 x00;PX0=0;PX1=1;void INT1_ISR()interrupt 2 /外中断1中断服务函数while(1)delay(5000);P0=0 x00;delay(5000);P0=0 xff;在本例中，外中断0、外中断1均设为脉冲触发方式，且为满足功能要求。注意：中断的优先级别是不同的 【例5-3】利用外中断控制外设的数据传送如图5-10所示，外设数据经P1口输入单片机，每准备好一个数据，发出选通信号，使触发器输出1再经非门得0至外中断/INT0，向CPU发出中断请求，CPU响应这个中断请求后，在中断处理程序中先撤除中断请求信号，（通过P3.0=0，使/INT0=1），再由P1口输入数据到单片机内部。P1P3.0INT08051选通信号Q CLR DCLK+5V数据 图图5-10 利用中断控制数传送利用中断控制数传送 程序代码如下：#includeunsigned char temp;/定义临时变量，来存取送到P1口的数据sbit P3_0=P30;/定义位变量void main()P3_0=1;/初始化外中断0引脚，其为高电平EA=1;/开总中断EX0=1;/开外中断0IT0=1;/外中断脉冲触发方式for(;)/延时等待中断发生;void INT0_ISR()interrupt 0 /外中断0中断服务函数P3_0=0;/恢复外中断0引脚电平，除中断请求信号P1=0 xff;/初始化P1temp=P1;/读取送至P1口的数据MCS-51单片机的外部中断源只有两个，当需要扩展时，可以采用例5-4、例5-5、例5-6的方法进行外部中断源的扩展。【例5-4】利用定时/计数器扩展外部中断。利用定时/计数器扩展外部中断源，是把定时/计数器溢出中断做成外部中断，即将定时/计数器设置为计数模式，然后把信号接到计数器相应的引脚上（T0或T1）。为了使每出现一个从高到低的脉冲时都产生一个中断，可以把定时器设置为自动重装模式，令重装值为FFH。当计时器检测到从高到低的脉冲时，定时器将溢出，这时将产生一个中断请求。程序代码如下：#include void main(void).TMOD=0 x66;/两个定时/计数器都设置成8位模式 TH1=0 xff;/设定重装值TH0=0 xff;TL0=0 xff;TL1=0 xff;TCON=0 x50;/开始计数IE=0 x9f;/中断使能./*定时器0中断服务程序*/void timer0_int(void)interrupt 1./*定时器1中断服务程序*/void timer1_int(void)interrupt 3while(!TI).这种方法还是有一定的限制的。首先，它只能是边沿触发，所以当需要的是一个电平触发的中断时，就要在中断中不断地对T0或T1进行采样，直到它们变为高。其次，检测到下降沿和产生终端之间一个指令周期的延时，这是因为在检测到下降沿一个指令周期之后，计数器才加1。如果使用的8051单片机有多个定时器，而且有外部引脚，可以用这种方法来扩充边沿触发的外部中断。值得重申的一点是，当使用定时器作为外部中断时，它以前的功能将不能使用，除非用软件对它进行复位。【例5-5】利用外部中断和查询相结合的方法扩展外部中断。如果系统有多个外中断请求源，可以按照它们的轻重缓急进行排队，把其中最高级别的中断源直接连接到单片机外中断0输入引脚，其余的外部中断请求可以用利用逻辑器件通过“与”或者“或”的办法连接到单片机外中断1引脚，同时还连接到输入/输出端口（如P0或P1）的若干引脚，用来查询判断具体是哪一个中断请求源发生的中断事件。如图5-11所示，利用单片机扩展5个外部中断源，中断的优先次序这S0S4，其中S0接到外部中断0上，S1S4通过“与”门接到外部中断1上；单片机的P1.4P1.7接4个发光二极管用来作为输出指示；当有S1S4其中一个外部中断发生时，相应的发光二极管VD1VD4点亮；当S0外部中断发生时，4个发光二极管全亮。8051S0S1S2S3 S4INT0INT1P1.0P1.1 P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6 P1.7&+5V+5VVD1VD2VD3 VD4 图图5-11 外部中断扩展电路外部中断扩展电路程序代码如下：#includesbit P1_0=P10;/定义位变量sbit P1_1=P11;.sbit P1_7=P17;void main()P1=0 xff;/熄灭LEDEA=1;/开总中断EX0=1;/开外中断0EX1=1;/开外中断1IT0=0;/外中断0脉冲触发方式 IT1=0;/外中断1脉冲触发方式PX0=1;/外中断0高优先级PX1=0;/外中断1低优先级for(;)/延时等待中断发生 ;void INT0_ISP()interrupt 0/外中断0服务函数P1=0 x0f;/P1口高4位置0，点亮4个LED void INT1_ISR()interrupt 2/外中断1服务函数if(P1_0=0)P1=P1&0 xef;/点亮VD1.if(P1_3=0)P1=P1&0 x7f;/点亮VD4 【例5-6】利用优先编码器扩展外部中断。从例5-5可以看出，利用与门、或门扩展外中断所占端口引脚较多，在实际应用中，还可以采用优先级解码芯片如74LS148，把多个中断源信号作为一个中断。如图5-12所示，在有8个中断源的情况下，经74LS148优先译码后，只占3个I/O引脚，即用3根引脚可分辨8个中断源，从而节省了I/O口资源。8051S0R X 8+5VD0A0A1A2G74LS148P0.0P0.1P0.2INT0S1S2S3S4S5S6S7D1D2D3D4D5D6D7图图5-12 利用优先编码器扩展外部中断的电路利用优先编码器扩展外部中断的电路程序代码如下：#includeunsigned char status;/定义一变量，用来读取P0口状态void main()EA=1;/开总中断EX0=1;/开外中断0PX0=1;/外中断0高优先级for(;)/延时等待中断发生 ;void INT0_ISR()interrupt 0 /外中断0中断服务函数status=P0&0 x07;/读取P0口低三位状态，不同的值 switch(status)/对应不同的中断源 case0:/处理中断源0break;case 7:/处理中断源7 break;【例5-7】中断嵌套。外部中断/INT1触发后，启动计数器0。计数达到10次后停止计数，启动定时器1。由定时器1控制定时，由P1.7输出周期为200ms的方波信号，接收两次中断后关闭方波发生器，P1.7置低。程序如下：#include#define uchar unsigned charuchar date a,b,c;void interrupt0()interrupt 2 using 1/定义外部中断1a+;void timer0()interrupt 1 using 2/定义计数器0(T0)TL0=0 xff;b+;void time1()interrupt 3 using 3/定义定时器1(T1)TH1=0 x06;c-;sbit P1_7=P17;void mian(void)P1_7=1;/初始化TCON=0 x01;/外部中断为低电平触发方式TMOD=0 x27;/启动定时器1和计数器0，工作方式2IE=0 x8b;/开中断a=0;do while(a!=1);/等待外部中断P1_7=!P1_7;/取反TL0=0 xff;/初值TH0=0 x06;/初值b=0;TR0=0;/停止计数器0工作TR1=1;/启动定时器1do c=0 xc8;do while(c!=0);/定时输出方波P1_7=!P1_7;while(a!=3);/等待两次外部中断TR1=0;/关定时器1P1_7=0;EA=0;/关总中断EX0=0;/禁止外部中断【例5-8】利用外部中断实现发光二极管的简单控制。本例将介绍一个中断使用的演示程序，通过这个程序，读者可以了解到各种中断的使用方法。程序如下：#includesbit led0=P10;/定义I/O引脚sbit led1=P11;sbit led2=P12;sbit led3=P13;bit FINT0;/全局变量及位标志定义bit FINT1;bit FT0;bit FT1;bit FT2;unsigned char T0_10ms;unsigned char T0_50ms;unsigned char T0_100ms;void int_0();/函数声明void int_1();void timer_0();void timer_1();void serial_1();void timer_2();void initial();/用户函数声明 初始化void main(void)initial();while(1)if(FINT0)/中断0到，则进入循环体FINT0=0;led0=0;/中断/INT0时灯点亮 led1=0;led2=0;led3=0;if(FINT1)/中断1到，则进入循环体 FINT1=0;led0=1;/中断/INT1时灯熄灭led1=1;led2=1;led3=1;if(FT0)FT0=0;if(+T0_10ms30)T0_10ms=0;/未在初始化里设置定时器void initial()EA=1;/CPU所有中断开EX0=1;/中断开 IT0=1;/低电平触发EX1=1;/中断开IT1=1;/低电平触发return;void int_0()interrupt 0 using 0/中断/INT0FINT0=1;void int_1()interrupt 2 using 1/中断/INT2FINT1=1;void timer_0()interrupt 1 using 2/定时器0中断FT0=1;void timer_1()interrupt 3 using 3/定时器1中断FT1=1;void serial_1()interrupt 4/串行口中断void timer_2()interrupt 5/定时器2中断FT2=1;本章小结本章小结 对51单片机中断系统进行C51语言编程时，应重点考虑与掌握下面的问题。1.中断源对51单片机具有5个中断源，分别是外部中断0、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、串行口的发送/接收中断，5个中断源对应的中断型号分别为0、1、2、3、4。2.与中断有关的寄存器 与中断有关的寄存器有4个 (1)定时器控制寄存器（TCON）有关的位：IT0、IE0、IT1、IE1、TF0、TF1。(2)串行口控制寄存器（SCON）有关的位：RI、TI。(3)中断允许控制寄存器（IE）有关的位：EA、ES、ET1、EX1、ET0、EX0。(4)中断优先级控制寄存器（IP）有关的位：PS、PT1、PX1、PT0、PX0。3.中断请求的撤除 (1)定时器溢出中断请求的撤除定时器溢出中断源的中断请求是自动撤除的，用户不必专门为它们撤除。(2)串行口中断请求的撤除 在中断服务程序的适当位置处通过指令将它们撤除：CLR TI ；撤除发送中断CLR RI ：撤除接收中断 (3)外部中断的撤除 在负边沿触发方式下，CPU在响应中断时自动复位IE0或IE1。在电平触发方式下，要通过外部电路来撤除。4.中断服务函数的一般形式 函数类型 函数名（形式参数表）interrupt n using ninterrupt 后面的n 是中断号，51单片机分别为0、1、2、3、4。using后面的n是选择哪个工作寄存器区，分别为0、1、2、3。思考题及习题51.什么叫中断？设置中断有什么优点和功能？2.80C51有几个中断源？写出其名称。3.涉及80C51单片机中断控制的有哪几个特殊功能寄存器？4.写出80C51五个中断源的中断请求标志名称、位地址和在哪一个特殊功能寄存器中？5写出80C51中断允许控制寄存器IE结构、位名称和位地址，如何设置才能开中断？如何设置才能关中断？6.什么叫中断优先级？如何设置？80C51中断优先级和中断优先权有什么区别？7.80C51中断处理过程包括哪些步骤？简述中断处理过程。8.80C51响应中断有什么条件？9.什么叫保护现场？需要保护那些内容？什么叫恢复现场？恢复现场与保护现场有什么关系？须遵循什么规则？10.中断初始化包括那些内容？