(2.5)--5章 中断系统及其应用.ppt
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1、第五章第五章中断系统及其应用中断系统及其应用单片机原理单片机原理与应用与应用学习目标学习目标掌握中断的概念。掌握51单片机中断系统的组成和工作原理。了解中断的发生与CPU的响应过程。熟悉中断系统的应用和编程方法。内容指南内容指南中断系统是单片机的一个非常重要资源,在有些应用场合采用中断技术可使单片机的工作更加方便高效。中断系统由硬件和软件组成。本章介绍中断的一些基本概念,中断系统结构与工作原理、中断处理过程及中断系统编程应用方法。第5章 单片机的中断系统 5.1 中断的概念5.2 中断控制系统5.3 中断处理过程5.4 中断的编程及应用举例第5章 单片机的中断系统 日常生活中的中断现象举例日常
2、生活中的中断现象举例某人正在看书某人正在看书电话铃响了电话铃响了去接电话去接电话继续接电话继续接电话继续看书继续看书跑向厨房跑向厨房关煤气灌开水关煤气灌开水水开了水开了第5章 单片机的中断系统 计算机的中断应用举例计算机的中断应用举例正在执行显示程序正在执行显示程序有人按键有人按键处理键盘扫描处理键盘扫描继续处理键盘扫描继续处理键盘扫描继续执行显示程序继续执行显示程序处理定时器动作处理定时器动作“看门狗看门狗”喂狗喂狗看门狗看门狗时间到时间到第5章 单片机的中断系统 中断概念示意图 看书看书中断处理中断处理中断请求中断请求实际生活实际生活中断返回中断返回电话铃响电话铃响接听电话接听电话看书看书
3、主程序主程序计算机计算机事件发生事件发生事件处理事件处理主程序主程序第5章 单片机的中断系统 1.1.什么是中断?什么是中断?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程序,继续原来的工作,这称为中断。实质上是通过硬件调用改变程序流程。与子程序调用的区别?与子程序调用的区别?图5-1 中断响应和处理过程 第5章 单片机的中断系统 第5章 单片机的中断系统 当CPU响应某一个中断源请求而进行中断处理时,若有优先级别更高的中断源发出中断请求,则CPU中断现正在执行的中断服
4、务程序,先去响应级别高的中断,在高级中断服务程序处理完后,再返回被中断的低级中断,继续原先的服务程序,这一过程就是中断嵌套。中断的嵌套中断的嵌套第5章 单片机的中断系统 2为什么要设中断 在计算机系统中,在计算机系统中,中断解决了快速主机与慢速中断解决了快速主机与慢速I/O设备的数据传送,设备的数据传送,CPU可以分时为多个可以分时为多个I/O设备设备服务,实现并行操作;服务,实现并行操作;CPU能够及时处理应用系统能够及时处理应用系统的随机事件,实时性大大增强;的随机事件,实时性大大增强;CPU具有处理设备具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力,从而使系统可靠性故障及掉电等突发性事件能力,从
5、而使系统可靠性提高。提高。在单片机系统中,在单片机系统中,中断系统能够实时地响应片中断系统能够实时地响应片内功能部件和外围设备发出的中断请求内功能部件和外围设备发出的中断请求并及时进行并及时进行处理。处理。第5章 单片机的中断系统 3中断源及其优先级 中断源是指能发出中断请求,引起CPU中断的部件或事件。一个单片机系统通常有多个中断源,而单片机CPU在某一时刻只能响应一个中断源的中断请求,当多个中断源同时向CPU发出中断请求时,则必须按照“优先级别”进行排队,CPU首先选定其中中断级别最高的中断源为其服务,然后按由高到低的排队顺序逐一服务,完毕后返回断点地址,继续执行主程序。这就是“中断优先级
6、”的概念。第5章 单片机的中断系统 51单片机中有一个专门用来管理中断源的机构,它就是单片机的中断系统。我们可以通过对其编程来设置中断源的优先级别以及是否允许某个中断源的中断请求等。5个中断源(INT0、T0、INT1、T1、串行中断);4个中断控制寄存器(TCON、SCON、IE、IP);3个控制内容(中断标志、中断允许、中断优先);2个优先级别(高级、低级);1个中断系统 51单片机中断系统的单片机中断系统的5、4、3、2、1。5.2 AT89S51中断控制系统第5章 单片机的中断系统 51单片机中断系统结构示意图第5章 单片机的中断系统 中断源及中断入口 1.5个中断源:(1)外部中断0
7、(INT0);(P3.2脚)(2)外部中断1(INT1);(P3.3脚)(3)定时/计数器0溢出中断(T0);(4)定时/计数器1溢出中断(T1);(5)串行口中断(串行接收中断RI和串行发送中断TI)。第5章 单片机的中断系统 2.中断入口当某个中断源的中断申请被CPU响应之后,CPU将把此中断源的入口地址装入程序计数器PC,因而将该地址称为中断入口地址。在这些单元中通常是放一条跳转指令,跳到真正的中断服务程序,这是因为给每个中断源安排的空间只有8个单元。第5章 单片机的中断系统 1.中断请求标志 IE0(IE1):外中断):外中断0(1)中断请求标志位。)中断请求标志位。TF0(TF1):
8、):T0(T1)溢出中断请求标志位。)溢出中断请求标志位。IT0(IT1):外中断):外中断0(1)的触发方式控制位。)的触发方式控制位。=0为电平触发方式;为电平触发方式;=1为边沿触发方式(下降沿有效)为边沿触发方式(下降沿有效)TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0TCON(88H)TR0TR0(TR1TR1)为)为)为)为T0T0(T1T1)的启动)的启动)的启动)的启动/停止控制位,与停止控制位,与停止控制位,与停止控制位,与中断无关中断无关中断无关中断无关1)TCON的中断标志的中断标志中断标志与中断控制中断标志与中断控制第5章 单片机的中断系统 2)SCO
9、N的中断标志的中断标志 RI,接收中断标志位。TI,发送中断标志位。TI RISCON(98H)注意:RI和TI由硬件置位、由软件清除。第5章 单片机的中断系统 1)中断允许控制寄存器IE 2.中断控制中断控制EX0外中断0允许位。ET0 T0中断允许位;EX1 外中断0允许位;ET1 T1中断允许位;ES 串口中断允许位;EA CPU中断允许(总允许)位。EA ES ET1 EX1 ET0 EX0 IE(A8H)第5章 单片机的中断系统 2)中断优先级控制寄存器IP PX0,外中断0优先级设定位;PT0,T0优先级设定位;PX1,外中断0优先级设定位;PT1,T1优先级设定位;PS ,串口优
10、先级设定位。PS PT1 PX1 PT0 PX0 IP(B8H)第5章 单片机的中断系统 同一优先级的优先权排队如下表:第5章 单片机的中断系统 同时收到几个中断时响应优先级别最高的 中断过程不能被同级、低优先级所中断 低优先级中断服务,能被高优先级中断 中断优先级三条原则:中断优先级三条原则:有有2个优先级状态触发器,来实现上述原则个优先级状态触发器,来实现上述原则 高高优先级状态触发器优先级状态触发器 低低优先级状态触发器优先级状态触发器第5章 单片机的中断系统 中断系统的寄存器汇总TCON88HIEA8HIPB8HSCON98H第5章 单片机的中断系统 中断源名称 中断请求标志 中断允许
11、 中断优先级 外部中断触发方式 中断号 INT0 IE0 EX0 PX0 IT0 0 T0 TF0 ET0 PT0 1 INT1 IE1 EX1 PX1 IT1 2 T1 TF1 ET1 PT1 3 TI/RI TI/RI ES PS 41、TCON寄存器第5章 单片机的中断系统 定时/计数器的控制寄存器(Timer/Counter Control Register),字节地址为88H,可位寻址。T1的中断请求标志T0的中断请求标志INT1的中断请求标志INT0的中断请求标志INT1的中断触发信号选择INT0的中断触发信号选择与中断无关第6 章介绍与中断无关第 6 章介绍51单片机复位后,TC
12、ON初值为0,即默认为无上述4个中断请求、电平触发外部中断方式。=1,有中断请求=0,无中断请求=1,脉冲触发=0,电平触发第5章 单片机的中断系统 2、SCON寄存器 串口控制寄存器(Serial control register),字节地址为98H,可位寻址。TX的中断请求标志RX的中断请求标志TI和RI虽然是2个中断请求标志位,但在SCON之后经或门电路合成为1个信息,统一接受中断管理。=1,有中断请求=0,无中断请求第5章 单片机的中断系统 中断允许寄存器(Interrupt Enable Register),字节地址为A8H,可位寻址。单片机复位后,IE的初值为0,即默认为整体禁止中
13、断。3、IE寄存器 T0的中断允许标志INT0的中断允许标志INT1的中断允许标志T1的中断允许标志TX/RX的中断允许标志总中断允许标志=1,允许中断=0,禁止中断第5章 单片机的中断系统 51单片机复位后,IP初值为0,即默认为全部低优先级中断。4、IP 寄存器中断优先级寄存器(Interrupt Priority Registers),字节地址为B8H,可位寻址。T0的中断优先级标志INT0的中断优先级标志INT1的中断优先级标志T1的中断优先级标志TX/RX的中断优先级标志=1,高优先级=0,低优先级【举例举例1】若允许片内2个定时器/计数器中断,并禁止其他中断源的中断请求,请编写设置
14、IE的相应程序段。(1)用位访问语句)用位访问语句ET0=1;允许定时器;允许定时器/计数器计数器T0中断中断ET1=1;允许定时器;允许定时器/计数器计数器T1中断中断EA=1;总中断开关位开放;总中断开关位开放(2)用字节访问语句)用字节访问语句IE=0 x8A;上述两段程序对IE的置是相同的。第5章 单片机的中断系统【举例举例2 2】IP寄存器初始化,AT89S51的两个外中断两个外中断请求为高优先级,其他中断请求为低优先级。(1)用位操作语句)用位操作语句PX0=1PX0=1;外中断;外中断0 0设置为高优先级设置为高优先级PX1=1PX1=1;外中断;外中断1 1设置为高优先级设置为
15、高优先级(2)用字节操作语句)用字节操作语句IP=0 x05IP=0 x05;第5章 单片机的中断系统 5.1 中断的概念5.2 中断控制系统5.3 中断处理过程5.4 中断编程及应用第5章 单片机的中断系统 中断处理包括中断请求、中断响应、中断服务等环节。第5章 单片机的中断系统 1、中断响应响应中断请求的条件(1)有中断请求标志;(2)对应中断允许位为1;(3)总中断允许位为1(即EA=1);(4)无同级或更高级中断正在被服务。同时满足时,才可能响应中断。开中断开中断开中断开中断第5章 单片机的中断系统 CPU响应中断后的操作过程:1.中断优先级查询,阻止后来的同级或低级中断请求。2.保护
16、断点,即把程序计数器PC的内容压入堆栈保存。3.清除中断请求标志位。4.调用中断函数并开始运行。5.返回断点继续运行。除中断函数运行是软件方式外,其余中断处理过程都是由单片机硬件自动完成的。第5章 单片机的中断系统 2、响应时间、响应时间从查询到中断请求标志到执行中断函数第一条语句所经历的时间,称为中断响应时间。CPU在每个机器周期的S6期间查询每个中断请求的标志位。从标志置1到进入相应的中断服务,至少要3个完整的机器周期。中断响应后,TCON和SCON中的中断请求标志应及时清零(撤销)。除串口中断请求标志位不能自动撤销外(需通过软件方法撤销),其余中断源的中断请求标志在响应中断后都是自动撤销
17、的。第5章 单片机的中断系统 3、中断撤销、中断撤销C51中断函数的声明格式:void 函数名(void)interrupt n using minterrupt n,表示是关于中断源n的中断服务函数;using m,表示该中断函数将使用第m组工作寄存器。缺省为当前工作寄存器组,被中断的函数所用工作寄存器的内容将被保存到堆栈中。第5章 单片机的中断系统【注意】1、中断服务函数既没有返回值,也没有调用参数;2、中断服务函数只能由系统调用,不能被其他函数调用。4、中断服务函数、中断服务函数35响应响应中断请求的条件中断请求的条件一个中断源中断请求被响应,须满足以下必要条件:一个中断源中断请求被响应
18、,须满足以下必要条件:(1 1)总中断允许开关接通,即)总中断允许开关接通,即IEIE寄存器中的中断总允许位寄存器中的中断总允许位EA=1EA=1。(2 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)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”“1”。(3 3)该中断源的中断允许位)该中断源的中断允许位=1=1,即该中断被允许。,即该中断被允许。(4 4)无同级或更高级中断正在被服务。)无同级或更高级中断正在被服务。中中断断响响应应就就是是CPUCPU对对中中断断源源提提出出的的中中断断请请求求的的接接受受,当当查查询询到到有有效效的的中中断断请求时,满足上述条件时,
19、紧接着就进行中断响应。请求时,满足上述条件时,紧接着就进行中断响应。36 中断响应过程:中断响应过程:首首先先由由硬硬件件自自动动生生成成一一条条长长调调用用指指令令“LCALL“LCALL addr16”addr16”。即即程程序序存存储储区区中中相相应应的的中中断断入入口口地地址址。例例如如,对对于于外外部部中中断断1 1的的响响应应,硬硬件件自自动动生生成成的的长长调调用用指令为:指令为:LCALL 0013HLCALL 0013H 生生成成LCALLLCALL指指令令后后,紧紧接接着着就就由由CPUCPU执执行行该该指指令令。首首先先将将程程序序计计数数器器PCPC内内容容压压入入堆堆
20、栈栈以以保保护护断断点点,再再将将中中断断入入口口地地址址装装入入PCPC,使使程程序序转转向向响响应应中中断断请请求的中断入口地址。各中断源服务程序入口地址是固定的,见求的中断入口地址。各中断源服务程序入口地址是固定的,见表表6-26-2。其其中中两两个个中中断断入入口口间间只只相相隔隔8 8字字节节,一一般般情情况况下下难难以以安安放放一一个个完完整整的的中中断断服服务务程程序序。因因此此,通通常常总总是是在在中中断断入入口口地地址址处处放放置置一一条条无无条条件件转转移移指指令令,使使程序执行转向在其他地址存放的中断服务程序入口。程序执行转向在其他地址存放的中断服务程序入口。3738中中
21、断断响响应应是是有有条条件件的的,并并不不是是查查询询到到的的所所有有中中断断请请求求都都能能被被立立即即响响应应,当当遇到下列遇到下列3 3种情况之一时,中断响应被封锁:种情况之一时,中断响应被封锁:(1 1)CPUCPU正正在在处处理理同同级级或或更更高高优优先先级级的的中中断断。因因为为当当一一个个中中断断被被响响应应时时,要要把把对对应应的的中中断断优优先先级级状状态态触触发发器器置置“1”“1”(该该触触发发器器指指出出CPUCPU所所处处理理的的中中断断优先级别),从而封锁了低级中断请求和同级中断请求。优先级别),从而封锁了低级中断请求和同级中断请求。(2 2)所所查查询询的的机机
22、器器周周期期不不是是当当前前正正在在执执行行指指令令的的最最后后一一个个机机器器周周期期。设设定定这这个个限限制制的的目目的的是是只只有有在在当当前前指指令令执执行行完完毕毕后后,才才能能进进行行中中断断响响应应,以以确确保保当前指令执行的完整性。当前指令执行的完整性。(3 3)正正在在执执行行的的指指令令是是RETIRETI或或是是访访问问IEIE或或IPIP的的指指令令。因因为为按按中中断断系系统统的的规规定,在执行完这些指令后,需再执行完一条指令,才响应新的中断请求。定,在执行完这些指令后,需再执行完一条指令,才响应新的中断请求。如存在上述如存在上述3 3种情况之一,种情况之一,CPUC
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- 2.5-5章 中断系统及其应用 2.5 中断 系统 及其 应用
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