第6章 MCS-51的中断系统,6-1 中断的概念,6.1 中断的概念,1）定义当CPU在执行程序的过程中，外部事件向 CPU 发出信号，请求 CPU 迅速去处理，于是， CPU暂时中止执行当前程序，转去处理相应的事件，待处理完毕后，再继续执行原来被中止的程序，这样的过程称为 “中断”。 中断系统中断源（I/o设备、实时时钟及外界计数信号、故障、调试程序）中断申请中断响应过程中断返回,2）中断的功能a. 中断可以解决快速的 CPU 与慢速的外设之间的矛盾，使 CPU 和外设同时工作。CPU在启动外设工作后继续执行主程序，同时外设也在工作。每当外设做完一件事就发出中断申请，请求 CPU 中断它正在执行的程序，转去执行中断服务程序（一般情况是处理输入/输出数据），中断处理完之后，CPU 恢复执行主程序，外设也继续工作。这样，CPU 可启动多个外设同时工作，大大地提高了 CPU 的效率。b. 在实时控制中，现场的各种参数、信息均随时间和现场而变化。这些外界变量可根据要求随时向 CPU 发出中断申请，请求 CPU 及时处理中断请求。如中断条件满足，CPU 马上就会响应，进行相应的处理，从而实现实时处理。c. 针对难以预料的情况或故障，如掉电、存储出错、运算溢出等，可通过中断系统由故障源向 CPU 发出中断请求，再由 CPU 转到相应的故障处理程序进行处理。,6.2 中断系统的构成及管理,1） 中断源请求标志,a. TCON (88H)寄存器中的中断标志位,b. SCON (98H)寄存器中的中断标志位,TR1,TR0,2) 中断控制标志,1） IE (A8H)寄存器中的中断开/关控制,2） IP (B8H)寄存器中的中断优先级控制,1) INT0 ：外部中断 0 请求，由 P3.2 脚输入。通过 IT0 脚（TCON.0）来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向 CPU 申请中断，并建立 IE0 标志。 INT1 ：外部中断 1 请求，由 P3.3 脚输入。通过 IT1 脚（TCON.2）来决定是低电平有效还是下跳变有效。一旦输入信号有效，就向 CPU 申请中断，并建立 IE1 标志。 3) TF0：定时器 0 溢出中断请求。当定时器 0 产生溢出时，定时器 0 中断请求标志位（TCON.5）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。 4) TF1：定时器 1 溢出中断请求。当定时器 1 产生溢出时，定时器 1 中断请求标志位（TCON.7）置位（由硬件自动执行），请求中断处理。 5) RI 或 TI：串行中断请求。当接收或发送完一串行帧时，内部串行口中断请求标志位 RI（SCON.0）或 TI（SCON.1）置位（由硬件自动执行），请求中断。,3) 5个中断源,4) 中断优先级,8051 单片机有两个中断优先级，每个中断源都可以通过编程确定为高优先级中断或低优先级中断。因此，可实现二级嵌套。,同一优先级别中的中断源可能不止一个，因此，也有一个中断优先权排队的问题。,6.3 中断处理过程,1）中断系统的功能 a. 实现中断响应和中断返回 CPU 中断响应过程如下：首先，将断点处的 PC 值（即下一条应执行指令的地址）推入堆栈保留起来，这称为保护断点，由硬件自动执行；将有关的寄存器内容和标志位状态推入堆栈保留起来，这称为保护现场，由用户自己编程完成。保护断点和现场后即可执行中断服务程序。,6.3 中断处理过程,1）中断系统的功能 a. 实现中断响应和中断返回 中断返回过程如下：首先，恢复原保留寄存器的内容和标志位的状态，这称为恢复现场，由用户编程完成；再加返回指令 RETI，RETI指令的功能是恢复 PC 值，使 CPU 返回断点，这称为恢复断点。恢复现场和断点后，CPU将继续执行原主程序，中断响应过程到此为止。,b. 实现优先权排队 计算机按中断源优先权高低逐次响应的过程称为优先权排队。当多个中断源同时发出中断请求时，优先权高的中断能先被响应，只有优先权高的中断处理结束后才能响应优先权低的中断。c. 实现中断嵌套 当 CPU 响应某一中断时，若有优先权高的中断源发出中断请求，则 CPU 会中断正在进行的中断服务程序，并保留这个程序的断点（类似于子程序嵌套），响应高级中断。高级中断处理结束以后，再继续进行被中断的中断服务程序，这个过程称为中断嵌套。,2）中断处理的过程,a. 中断响应中断响应是 CPU 对中断源中断请求的响应，包括保护断点和将程序转向中断服务程序的入口地址（通常称矢量地址）。CPU 响应中断的条件有: 有中断源发出中断请求。 中断总允许位 EA = 1。 申请中断的中断源允许。满足以上基本条件，CPU 一般会响应中断，但若有下列任何一种情况存在，则中断响应会受到阻断。 CPU 正在响应同级或高优先级的中断。 当前指令未执行完。 正在执行 RETI 中断返回指令或访问专用寄存器 IE 和 IP 的指令。,中断响应、中断处理、中断返回,MCS-51系列单片机各中断源的入口地址由硬件事先设定，分配如下：,中断系统通过硬件自动生成长调用指令（LACLL），该指令将自动把断点地址压入堆栈保护（不保护累加器 A、状态寄存器 PSW 和其它寄存器的内容），然后，将对应的中断入口地址装入程序计数器 PC（由硬件自动执行），使程序转向该中断入口地址，执行中断服务程序。,中断处理中断处理就是执行中断服务程序。中断服务程序从中断入口地址开始执行，到返回指令“RETI”为止。在进入中断服务程序后，一般要先保护现场，然后，执行中断处理程序，在中断返回之前再恢复现场。中断处理一般包括两部分内容，一是保护现场，二是完成中断源请求的服务。,编写中断服务程序时需注意：各中断源的中断入口地址之间只相隔 8 个字节，容纳不下普通的中断服务程序，因此，在中断入口地址单元，通常存放一条无条件转移指令，可将中断服务程序转至存储器的其它任何空间。 若要在执行当前中断程序时禁止其它更高优先级中断，需先用软件关闭 CPU 中断，或用软件禁止相应高优先级的中断，在中断返回前再开放中断。 在保护和恢复现场时，为了不使现场数据遭到破坏或造成混乱，一般规定此时 CPU不再响应新的中断请求。因此，在编写中断服务程序时，要注意在保护现场前关中断，在保护现场后若允许高优先级中断，则应开中断。同样，在恢复现场前也应先关中断，恢复之后再开中断。,c. 中断返回 中断返回是指中断服务完后，计算机返回原来断开的位置（即断点），继续执行原来的程序。中断返回由中断返回指令 RETI 来实现。该指令的功能是把断点地址从堆栈中弹出，送回到程序计数器 PC，此外，还通知中断系统已完成中断处理，并同时清除优先级状态触发器。特别要注意不能用“RET”指令代替“RETI”指令。,CPU 响应中断请求后即进入中断服务程序，在中断返回前，应撤除该中断请求，否则，会引起重复中断，从而导致错误。8051 各中断源中断请求撤消的方法有以下几种：1) 定时器中断请求的撤除 对于定时器 0 或 1 溢出中断，CPU 在响应中断后即由硬件自动清除其中断标志位 TF0或 TF1，无需采取其它措施。 2) 串行口中断请求的撤除 对于串行口中断，CPU 在响应中断后，硬件不能自动清除中断请求标志位 TI、RI，必须在中断服务程序中用软件将其清除。,6.4 中断请求的撤除,外部中断请求的撤除 外部中断可分为边沿触发型和电平触发型。 a) 对于边沿触发的外部中断 0 或 1，CPU 在响应中断后，无需采取其它措施。,b) 对于电平触发外中断，CPU 在响应中断后，硬件不会自动清除其中断请求标志位 IE0 或 IE1，同时，也不能用软件将其清除，所以，在 CPU 响应中断后，应立即撤除 INT0 或 INT1 引脚上的低电平。否则，就会引起重复中断而导致错误。但是，CPU 又不能控制 INT0或 INT1引脚的信号，因此，只有通过硬件再配合相应软件才能解决这个问题。,可在中断服务程序中采用两条指令：ANL P1，#0FEH ORL P1，#01H来撤除外部中断请求。,6.5 中断响应时间 中断响应时间是指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持续的时间。,对于外部中断:CPU 在每个机器周期的 S5P2 期间采样其输入引脚 INT0 或 INT1 端的电平，如果中断请求有效，则置位中断请求标志位 IE0 或 IE1，然后在下一个机器周期再对这些标志位进行查询。这就意味着中断请求信号的低电平至少应维持一个机器周期。这时，如果满足中断响应条件，则 CPU响应中断请求，在下一个机器周期执行一条硬件长调用指令“LACLL”，使程序转入中断矢量入口。该调用指令执行时间是两个机器周期；因此，外部中断响应时间至少需要 3 个机器周期，这是最短的中断响应时间。,如果中断请求被阻断，则中断响应时间将延长。例如一个同级或更高级的中断正在进行，则附加的等待时间取决于正在进行的中断服务程序的长度。如果正在执行的一条指令还没有进行到最后一个机器周期，则附加的等待时间为 1 3 个机器周期（因为一条指令的最长执行时间为 4 个机器周期）。如果正在执行的指令是 RETI指令或访问 IE 或 IP 的指令，则附加的等待时间在 5 个机器周期之内（最多用一个机器周期完成当前指令，再加上最多 4 个机器周期完成下一条指令）。 若系统中只有一个中断源，则中断响应时间为 3 8 个机器周期。,6.6 外部中断源的扩展举例8051 单片机仅有两个外部中断请求输入端 INT0和 INT1 。在实际应用中，若外部中断源超过两个，则需扩充外部中断源。,EXINT3EXINT2EXINT1EXINT0,and,中断服务程序如下： ORG 0003H ；外部中断 0 入口 AJMP INT0 ；转向中断服务程序入口 ORG 2000HINT0： PUSH PSW ；保护现场 PUSH ACC JNB P1.0，EXT0 ；中断源查询并转相应中断服务程序 JNB P1.1，EXT1 JNB P1.2，EXT2 JNB P1.3，EXT3EXIT： POP ACC ；恢复现场 POP PSW RETI EXT0： ；EXINT0 中断服务程序 AJMP EXIT EXT1： ；EXINT1 中断服务程序 AJMP EXIT EXT2： ；EXINT2 中断服务程序 AJMP EXIT EXT3： ；EXINT3 中断服务程序 AJMP EXIT,