中断系统中断系统2024/9/31RETI指令的具体功能课件5.1 80C51的中断系的中断系统 5.1.1 80C515.1.1 80C51的中断系的中断系统结构构一、中断的概念一、中断的概念 CPU CPU在在处理某一事件理某一事件A A时，发生了另一事件生了另一事件B B请求求CPUCPU迅速去迅速去处理（理（中断中断发生生）；）； CPU CPU暂时中断当前的工作，中断当前的工作，转去去处理事件理事件B B（中中断响断响应和中断服和中断服务）；）； 待待CPUCPU将事件将事件B B处理完理完毕后，再回到原来事件后，再回到原来事件A A被被中断的地方中断的地方继续处理事件理事件A A（中断返回中断返回），），这一一过程称程称为中断中断 。2024/9/32RETI指令的具体功能课件MCS-51单片机的中断系统结构执行主程序主程序继续执行主程序断点中断请求中断响应执行中断处理程序中断返回2024/9/33RETI指令的具体功能课件引起引起CPU中断的根源，称为中断的根源，称为中断源中断源。中断源向。中断源向CPU提出的提出的中断请求。中断请求。CPU暂时中断原来的事务暂时中断原来的事务A，转去处理事件，转去处理事件B。对。对事件事件B处理完毕后，再回到原来被中断的地方（即处理完毕后，再回到原来被中断的地方（即断点断点），称），称为中断返回。实现上述中断功能的部件称为为中断返回。实现上述中断功能的部件称为中断系统中断系统（中断（中断机构）。机构）。2024/9/34RETI指令的具体功能课件 随着计算机技术的应用，人们发现中断技随着计算机技术的应用，人们发现中断技术不仅解决了快速主机与慢速术不仅解决了快速主机与慢速I/O设备的数据设备的数据传送问题，而且还具有如下优点：传送问题，而且还具有如下优点：v 分时操作分时操作。CPU可以分时为多个可以分时为多个I/O设备设备服务，提高了计算机的利用率；服务，提高了计算机的利用率；v实时响应实时响应。CPU能够及时处理应用系统的能够及时处理应用系统的随机事件，系统的实时性大大增强；随机事件，系统的实时性大大增强；v可靠性高可靠性高。CPU具有处理设备故障及掉电具有处理设备故障及掉电等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。等突发性事件能力，从而使系统可靠性提高。2024/9/35RETI指令的具体功能课件二、二、80C51中断系统的结构中断系统的结构 80C51的中断系统有的中断系统有5个中断源个中断源（8052有 6个） ，2个优先级，可实现二级中断嵌套个优先级，可实现二级中断嵌套 。2024/9/36RETI指令的具体功能课件5.1.2 80C515.1.2 80C51的中断源的中断源 一、中断源一、中断源2024/9/37RETI指令的具体功能课件 1 1、 （P3.2P3.2）。可可由由IT0(TCON.0)IT0(TCON.0)选择其其为低低电平平有有效效还是是下下降降沿沿有有效效。当当CPUCPU检测到到P3.2P3.2引引脚脚上上出出现有有效效的的中中断断信信号号时，中中断断标志志IE0(TCON.1)IE0(TCON.1)置置1 1，向，向CPUCPU申申请中断。中断。2024/9/38RETI指令的具体功能课件 2 2、(P3.3(P3.3）。可可由由IT1(TCON.2)IT1(TCON.2)选择其其为低低电平平有有效效还是是下下降降沿沿有有效效。当当CPUCPU检测到到P3.3P3.3引引脚脚上上出出现有有效效的的中中断断信信号号时，中中断断标志志IE1(TCON.3)IE1(TCON.3)置置1,1,向向CPUCPU申申请中断。中断。2024/9/39RETI指令的具体功能课件 3 3、TF0TF0（TCON.5TCON.5），片片内内定定时/ /计数数器器T0T0溢溢出出中中断断请求求标志志。当当定定时/ /计数数器器T0T0发生生溢出溢出时，置位，置位TF0TF0，并向，并向CPUCPU申申请中断。中断。2024/9/310RETI指令的具体功能课件 4 4、TF1TF1（TCON.7TCON.7），片内定），片内定时/ /计数器数器T1T1溢溢出中断出中断请求求标志。当定志。当定时/ /计数器数器T1T1发生溢生溢出出时，置位，置位TF1TF1，并向，并向CPUCPU申申请中断。中断。2024/9/311RETI指令的具体功能课件 5 5、RIRI（SCON.0SCON.0）或）或TITI（SCON.1SCON.1），串行口中），串行口中断断请求求标志。当串行口接收完一志。当串行口接收完一帧串行数据串行数据时置位置位RIRI或当串行口或当串行口发送完一送完一帧串行数据串行数据时置位置位TITI，向，向CPUCPU申申请中断。中断。 2024/9/312RETI指令的具体功能课件二、中断请求标志二、中断请求标志1、TCON的中断标志的中断标志IT0（TCON.0），外部中断），外部中断0触发方式控制位。触发方式控制位。当当IT0=0时，为电平触发方式。时，为电平触发方式。当当IT0=1时，为边沿触发方式（下降沿有效）。时，为边沿触发方式（下降沿有效）。IE0（TCON.1），外部中断），外部中断0中断请求标志位。中断请求标志位。IT1（TCON.2），外部中断），外部中断1触发方式控制位。触发方式控制位。IE1（TCON.3），外部中断），外部中断1中断请求标志位。中断请求标志位。TF0（TCON.5），定时），定时/计数器计数器T0溢出中断请求标志位。溢出中断请求标志位。TF1（TCON.7），定时），定时/计数器计数器T1溢出中断请求标志位。溢出中断请求标志位。 2024/9/313RETI指令的具体功能课件2、SCON的中断标志的中断标志vRI（SCON.0），串行口接收中断标志位。当允），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，由许串行口接收数据时，每接收完一个串行帧，由硬件置位硬件置位RI。同样，。同样，RI必须由软件清除。必须由软件清除。vTI（SCON.1），串行口发送中断标志位。当），串行口发送中断标志位。当CPU将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，将一个发送数据写入串行口发送缓冲器时，就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬就启动了发送过程。每发送完一个串行帧，由硬件置位件置位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必须由软件清除。必须由软件清除。 2024/9/314RETI指令的具体功能课件一、中断允许控制一、中断允许控制 CPU对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏对中断系统所有中断以及某个中断源的开放和屏蔽是由中断允许寄存器蔽是由中断允许寄存器IE控制的。控制的。5.1.3 80C515.1.3 80C51中断的控制中断的控制 vEX0(IE.0)，外部中断，外部中断0允许位；允许位；vET0(IE.1)，定时，定时/计数器计数器T0中断允许位；中断允许位； vEX1(IE.2)，外部中断，外部中断0允许位；允许位；vET1(IE.3)，定时，定时/计数器计数器T1中断允许位；中断允许位；vES（IE.4)，串行口中断允许位；，串行口中断允许位；vEA (IE.7)， CPU中断允许（总允许）位。中断允许（总允许）位。2024/9/315RETI指令的具体功能课件二、中断优先级控制二、中断优先级控制 80C51单片机有两个中断优先级，即可实现二级单片机有两个中断优先级，即可实现二级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级都是由中断优先级寄存器优先级寄存器IP中的相应位的状态来规定的中的相应位的状态来规定的 。vPX0（IP.0），外部中断），外部中断0优先级设定位；优先级设定位；vPT0（IP.1），定时），定时/计数器计数器T0优先级设定位；优先级设定位；vPX1（IP.2），外部中断），外部中断0优先级设定位；优先级设定位；vPT1（IP.3），定时），定时/计数器计数器T1优先级设定位；优先级设定位；vPS （IP.4），串行口优先级设定位；），串行口优先级设定位；vPT2 (IP.5) ，定时，定时/计数器计数器T2优先级设定位。优先级设定位。2024/9/316RETI指令的具体功能课件vPX0（IPH.0），外部中断），外部中断0优先级设定位；优先级设定位；vPT0（IPH.1），定时），定时/计数器计数器T0优先级设定位；优先级设定位；vPX1（IPH.2），外部中断），外部中断0优先级设定位；优先级设定位；vPT1（IPH.3），定时），定时/计数器计数器T1优先级设定位；优先级设定位；vPS （IPH.4），串行口优先级设定位；），串行口优先级设定位；vPT2 (IPH.5) ，定时，定时/计数器计数器T2优先级设定位。优先级设定位。而而80C52单片机有四个中断优先级，即可实现四级单片机有四个中断优先级，即可实现四级中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级由中断优中断服务嵌套。每个中断源的中断优先级由中断优先级寄存器先级寄存器IP和和IPH中的相应位的状态来规定的中的相应位的状态来规定的 。2024/9/317RETI指令的具体功能课件 同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中同一优先级中的中断申请不止一个时，则有中断优先权排队问题。同一优先级的中断优先权排队，断优先权排队问题。同一优先级的中断优先权排队，由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如由中断系统硬件确定的自然优先级形成，其排列如所示：所示：2024/9/318RETI指令的具体功能课件v设置设置52单片机的单片机的4个中断源个中断源,使他们的优顺序使他们的优顺序为为T1,INT1,INT0,T0.IPH = 0X08;PT1 = 1;IP = 0X40;PX1 = 1;2024/9/319RETI指令的具体功能课件80C51单片机的中断优先级有三条原则：单片机的中断优先级有三条原则：vCPU同时接收到几个中断时，同时接收到几个中断时，首先响应优先级别最首先响应优先级别最高的中断请求高的中断请求。v正在进行的中断过程正在进行的中断过程不能被新的同级或低优先级的不能被新的同级或低优先级的中断请求所中断中断请求所中断。v正在进行的低优先级中断服务，正在进行的低优先级中断服务，能被高优先级中断能被高优先级中断请求所中断请求所中断。 为了实现上述后两条原则，为了实现上述后两条原则，中断系统内部设有两中断系统内部设有两个用户不能寻址的优先级状态触发器。个用户不能寻址的优先级状态触发器。其中一个置其中一个置1，表示正在响应高优先级的中断，它将阻断后来所，表示正在响应高优先级的中断，它将阻断后来所有的中断请求；另一个置有的中断请求；另一个置1，表示正在响应低优先级，表示正在响应低优先级中断，它将阻断后来所有的低优先级中断请求。中断，它将阻断后来所有的低优先级中断请求。2024/9/320RETI指令的具体功能课件5.2 80C51单片机中断处理过程单片机中断处理过程 一、中断响应条件一、中断响应条件v 中断源有中断请求；中断源有中断请求；v 此中断源的中断允许位为此中断源的中断允许位为1；v CPU开中断（即开中断（即EA=1）。）。vp115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。5.2.1 5.2.1 中断响中断响应条件和条件和时间 2024/9/321RETI指令的具体功能课件中断服务的进入：中断服务的进入： CPU执行程序过程中，在每个机器周期执行程序过程中，在每个机器周期的的S5P2期间，中断系统对各个中断源进行期间，中断系统对各个中断源进行采样采样。这些采样值在下一个机器周期内按优。这些采样值在下一个机器周期内按优先级和内部顺序被依次查询。先级和内部顺序被依次查询。 如果某个中断标志在上一个机器周期的如果某个中断标志在上一个机器周期的S5P2时被置成了时被置成了1，那么它将于现在的查询，那么它将于现在的查询周期中及时被发现。接着周期中及时被发现。接着CPU便执行一条便执行一条由中断系统提供的硬件由中断系统提供的硬件LCALL指令，转向指令，转向被称作中断向量的特定地址单元，进入相应被称作中断向量的特定地址单元，进入相应的中断服务程序。的中断服务程序。 2024/9/322RETI指令的具体功能课件遇以下任一条件，硬件将受阻，不产生遇以下任一条件，硬件将受阻，不产生LCALL指令：指令：vCPU正在处理同级或高正在处理同级或高优先级中断；优先级中断；v当前查询当前查询的机器周期的机器周期不是所执行指令的最后一个机不是所执行指令的最后一个机器周期器周期。即在完成所执行指令前，不会响应中断，从。即在完成所执行指令前，不会响应中断，从而保证指令在执行过程中不被打断；而保证指令在执行过程中不被打断；v正在执行正在执行的指令为的指令为RET、RETI或任何访问或任何访问IE或或IP寄寄存器的指令。即只有在这些指令后面至少再执行一条存器的指令。即只有在这些指令后面至少再执行一条指令时才能接受中断请求。指令时才能接受中断请求。 若由于上述条件的阻碍中断未能得到响应，当条件若由于上述条件的阻碍中断未能得到响应，当条件消失时该中断标志却已不再有效，那么该中断将不被消失时该中断标志却已不再有效，那么该中断将不被响应。就是说，中断标志曾经有效，但未获响应，查响应。就是说，中断标志曾经有效，但未获响应，查询过程在下个机器周期将重新进行。询过程在下个机器周期将重新进行。2024/9/323RETI指令的具体功能课件二、中断响应时间二、中断响应时间5.2.1 响应时间响应时间-从查询中断请求标志位到转向中断从查询中断请求标志位到转向中断服务入口地址所需的机器周期数。服务入口地址所需的机器周期数。（1）最快响应时间最快响应时间以外部中断的电平触发为最快。以外部中断的电平触发为最快。从查询中断请求信号到中断服务程序需要三个机器周从查询中断请求信号到中断服务程序需要三个机器周期：期： 1个周期（查询）个周期（查询）2个周期（长调用个周期（长调用LCALL）（2）最长时间最长时间若当前指令是若当前指令是RET、RETI和和IP、IE指令，紧接着下一指令，紧接着下一条是乘除指令发生，则最长为条是乘除指令发生，则最长为8个周期：个周期：2个周期执行当前指令（其中含有个周期执行当前指令（其中含有1个周期查询）个周期查询）4个周期乘除指令个周期乘除指令2个周期长调用个周期长调用8个周期。个周期。2024/9/324RETI指令的具体功能课件v将相应的优先级状态触发器置将相应的优先级状态触发器置1（以阻断（以阻断后来的同级或低级的中断请求）。后来的同级或低级的中断请求）。v执行一条硬件执行一条硬件LCALL指令，即把程序计指令，即把程序计数器数器PC的内容压入堆栈保存，再将相应的的内容压入堆栈保存，再将相应的中断服务程序的入口地址送入中断服务程序的入口地址送入PC。 (P116)v执行中断服务程序。执行中断服务程序。5.2.2 5.2.2 中断响中断响应过程程 中断响应过程的前两步是由中断系统内中断响应过程的前两步是由中断系统内部自动完成的，而中断服务程序则要由用部自动完成的，而中断服务程序则要由用户编写程序来完成。户编写程序来完成。 2024/9/325RETI指令的具体功能课件 5.2.3 5.2.3 中断返回中断返回RETI指令的具体功能是：指令的具体功能是：v将中断响应时压入堆栈保存的断点地址从栈将中断响应时压入堆栈保存的断点地址从栈顶弹出送回顶弹出送回PC，CPU从原来中断的地方继续从原来中断的地方继续执行程序；执行程序；v 将相应中断优先级状态触发器清将相应中断优先级状态触发器清0，通知中，通知中断系统，中断服务程序已执行完毕。断系统，中断服务程序已执行完毕。 注意，不能用注意，不能用RET指令代替指令代替RETI指令。在中指令。在中断服务程序中断服务程序中PUSH指令与指令与POP指令必须成对指令必须成对使用，否则不能正确返回断点使用，否则不能正确返回断点 。2024/9/326RETI指令的具体功能课件 若外部中断定义为若外部中断定义为电平触发方式电平触发方式，中断标志位，中断标志位的状态随的状态随CPU在每个机器周期采样到的外部中断在每个机器周期采样到的外部中断输入引脚的电平变化而变化，这样能提高输入引脚的电平变化而变化，这样能提高CPU对对外部中断请求的响应速度。但外部中断源若有请外部中断请求的响应速度。但外部中断源若有请求，必须把有效的求，必须把有效的低电平保持到请求获得响应时低电平保持到请求获得响应时为止为止，不然就会漏掉；，不然就会漏掉；而在中断服务程序结束之而在中断服务程序结束之前，中断源又必须撤消其有效的低电平前，中断源又必须撤消其有效的低电平，否则中，否则中断返回之后将再次产生中断。断返回之后将再次产生中断。 电平触发方式适合于外部中断输入以低电平输入电平触发方式适合于外部中断输入以低电平输入且中断服务程序能清除外部中断请求源的情况。例且中断服务程序能清除外部中断请求源的情况。例如，并行接口芯片如，并行接口芯片8255的中断请求线在接受读或的中断请求线在接受读或写操作后即被复位，因此，以其去请求电平触发方写操作后即被复位，因此，以其去请求电平触发方式的中断比较方便。式的中断比较方便。2024/9/327RETI指令的具体功能课件 若外部中断定义为若外部中断定义为边沿触发方式边沿触发方式，在相继连续的，在相继连续的两次采样中，一个周期采样到外部中断输入为高电两次采样中，一个周期采样到外部中断输入为高电平，下一个周期采样到为低电平，则在平，下一个周期采样到为低电平，则在IE0或或IE1中中将锁存一个逻辑将锁存一个逻辑1。即便是。即便是CPU暂时不能响应，中暂时不能响应，中断申请标志也不会丢失，直到断申请标志也不会丢失，直到CPU响应此中断时才响应此中断时才清零。这样，为保证下降沿能被可靠地采样到，清零。这样，为保证下降沿能被可靠地采样到，外外中断引脚上的高低电平（负脉冲的宽度）均至少要中断引脚上的高低电平（负脉冲的宽度）均至少要保持一个机器周期保持一个机器周期（若晶振为（若晶振为12MHz时，为时，为1微秒）。微秒）。 边沿触发方式适合于以负脉冲形式输入的外部中边沿触发方式适合于以负脉冲形式输入的外部中断请求，如断请求，如ADC0809的转换结束标志信号的转换结束标志信号EOC为为正脉冲，经反相后就可以作为正脉冲，经反相后就可以作为80C51的中断输入。的中断输入。2024/9/328RETI指令的具体功能课件