第 5 章 中断系统

第 5 章 中断系统

5.1 微机的输入 / 输出方式 程序控制传送方式

1. 无条件传送方式

2.查询传送方式

中断传送方式

直接存储器存取方式 (DMA)

断点

响应中断请求

继续执行主程序

主程序

返回主程序

RETI

中断服务子程序

采用中断可提高 CPU 的工作效率 , 实现以下功能 :

1. 分时操作

2. 实时处理

3. 故障处理

5.2 中断的概念CPU 中止正在运行的程序，转向为外部设备服务的过程称为中断。当完成中断后， CPU 再回到原来的“断点”继续原来的程序。中断是由外部产生，具有随机性、不可知性。

一、中断系统结构8051 共有五个中断源 , 两个中断优先级

INT0----- 外部中断 0 请求，通过 P3.2 脚输入 INT1----- 外部中断 1 请求，通过 P3.3 脚输入 T0-------- 定时器 / 计数器 0 溢出中断请求 T1-------- 定时器 / 计数器 1 溢出中断请求 TX/RX --- 串行口中断请求 , 当串行口完成一帧数据的发

送或接收时 , 便请求中断 每个中断源都对应一个中断请求标志位 , 它

们分别设置在 TCON 和 SCON 中。

5.3 8051 的中断系统

中断控制器 8259A 方框图

IR0

IR7

::

中断请求寄存

器

IRR

优先权电路

在服务寄存器

ISR

中断屏蔽寄存器 IMR

控 制 逻 辑

数据总线缓冲

器

读 / 写逻辑

级连缓冲 /

比较器

INTA INTR

DB

RDWRA0

CS

CAS0CAS1CAS2

SP / EN 内部总线

MCS-51MCS-51 的中断系统结构图的中断系统结构图返回优先级结构

二、中断控制

定时器控制寄存器 TCON ( 用 6 位 ) 串行口控制寄存器 SCON ( 用 2 位 ) 中断允许寄存器 IE 中断优先级寄存器 IP

中断请求标志 TCON 中的中断标志位

SCON 中的中断标志位 TI RI

串行口发送中断请求标志位

串行口接收中断请求标志位

SCON 中的中断标志位

中断允许控制位 (IE)

EA ：总允许位。 EA=0 ：禁止一切中断； EA=1 中断开放。ES ：串行口中断允许位。 ES=1 ：允许 RI 、 TI 引发中断； ES=0 ：禁止中断。ET1 、 ET0 ：定时器 T1 、 T0 允许位。 ET=1 允许， =0 禁止。EX1 、 EX0 ：外中断 / int1 、 /int0 允许位。 ET =1 允许， =0 禁止。

EA X X ES ET1 EX1 ET0 EX0

中断允许寄存器 IE（ 0A8H ）

中断优先级控制位 (IP)

PS ：串行口中断优先级设定位； PT1 、 PT0 ：定时器 T1 、 T0 中断优先级设定位； PX1 、 PX0 ：外中断 int1 、 0 中断优先级设定位； =1 ： 高优先级， =0 ：为低优先级。

X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0

中断优先级寄存器 IP（ 0B8H ）

表 同级内第二优先级次序

例如 , 某软件中对寄存器 IE 、 IP 设置如下 :

MOV IE, ＃ 8FH

MOV IP, ＃ 06H

则此时该系统中 :

· CPU 中断允许 ;

· 允许外部中断 0 、 外部中断 1 、 定时器 / 计数器 0 、 定时器 / 计数器 1 提出的中断申请 ;

· 允许中断源的中断优先次序为 :

定时器 / 计数器 0> 外部中断 1> 外部中断 0> 定时器 /

计数器 1 。

X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0

EA X X ES ET1 EX1 ET0 EX0

1 0 0 0 1 1 1 1

0 0 0 0 0 1 1 0

优先级结构 由于 IP 寄存器的设定，将 5 个中断源分为两个级别。中断的

发生将遵循下面的 3 条基本原则：

1. 低级中断在响应执行中可被高级中断所中断，反之则不能。

2. 一个中断（不论是什么优先级）一旦得到响应，与它同级的中断则不能再中断它。

3. 当 CPU 同时收到几个同一级别的中断要求时， CPU 响应哪个中断源取决于硬件的查询顺序（见图）。

如何改变中断源的优先级顺序

从中断系统的结构图可以清楚地看出同一级别中 5 个中断源的查询顺序。很明显，要改变这种顺序只能通过 IP 的设置。

如：要想将串行口的级别设为最高时，将 IP 中的 PS 置 1 。 即使用指令： setb ps

或 mov 0b8h,#10h 完成对 IP 设置。

X X X PS PT1 PX1 PT0 PX0IP 寄存器

例 : 能否由高到低安排下列中断源的优先级结构？

定时器 0 串行口中断 外部中断 0 外部中断 1 定时器 1

解答：能。

设定时器 0 、串行口中断为高级别中断；设外部中断0 、外部中断 1 、定时器 1 为低级别中断。再由内部查询顺序即可得到。

三、中断查询与响应条件 在每一个机器周期中，所有的中断源都要按照其顺序检查

一遍。到 S6 状态时，就查找到所有被激活的中断申请并排好优先权。在下一个机器周期的 S1状态，只要不受阻断，就开始响应高级中断。

如果发生下列情况，中断将被阻止： 1 ，同级或高级中断正在执行时； 2 ，当前的机器周期不是指令的最后一个机器周期； 3 ， CPU 正在执行的指令是 RETI 或访问 IE、 IP 寄存器

时， CPU 是不会响应中断，而且要等到该指令的下一条指令执行完后中断才能响应。

四、中断响应过程 CPU 查询到某一中断源后，使相应的

“优先级激活触发器”置位，用以阻断同级或低级中断。

在硬件控制下，将当前程序计数器 PC的内容——断点地址进栈 ,并将相应的中断矢量装入 PC,使 CPU 转向对应的中断服务程序，同时清除中断请求标志（ TI 、 RI除外）。

中断服务程序最后一条指令是 RETI ，它将清除“优先级激活触发器”，从堆栈中弹出断点地址并装入 PC 中，使 CPU 回到原来的主程序继续运行。

矢量入口的指令应当是转移指令。

（上电启动地址）

（ INT0 中断入口）

（ T0 中断入口）

（ INT1 中断入口）

（ T1 中断入口）

（串口中断入口）

0000H

0003H

000BH

0013H

001BH

0023H

注意： 1 、上述过程只保护断点而不保护现场（如 PS

W 的内容）。 2 、不能清除 RI 、 TI 以及外部输入申请信号 /

INT0 和 /INT1 。 3 、中断服务子程序的最后一条指令应是 RET

I ，它将清除“优先级激活”触发器。

编程中应注意 :

(1 ） 在 0000H 放一条跳转到主程序的跳转指令 , 这是因为 MCS-51单片机复位后 , PC 的内容变为 0000H, 程序从 0000H 开始执行 , 紧接着 0003H 是中断程序入口地址 , 故在此中间只能插入一条转移指令 ;

(2 ） 响应中断时 , 先自动执行一条隐指令“ LCALL 001

3H”, 而 0013H至 001BH （定时器 1 溢出中断入口地址）之间可利用的存储单元不够 , 故放一条无条件转移指令。

(3 ） 在中断服务程序的末尾 , 必须安排一条中断返回指令 RETI, 使程序自动返回主程序。

五、 外部中断 在 MCS-51 引脚上有 /INT0 、 /INT1

两个外部的中断输入，作为外部事件的触发信号。

CPU 在每一个机器周期对它们进行一次检测。

系统设定了两种触发方式： 边沿触发（下降沿）； 电平触发（低电平）。 具体由 TCON 中的 IT0 、 IT1 来确

定。

MCS-51

/INT0

/INT1

1. 边沿触发方式：在相邻的两个机器周期，如果第一次采集是高电平，第二次采集是低电平时，则 TCON中的标志 IE0 或 IE1 置位。所以，在边沿触发方式时：外部设备发出的边沿信号（高电平和低电平）的时间应大于一个机器周期，否则信号将可能漏检。

2.“ 电平”触发方式： CPU 采集到 /INT0 或 /INT1的引脚为低电平时将激活中断。所以在这种触发方式中，外部的低电平至少应保留一个机器周期。

如果外电路的信号不能满足要求，可使用触发器解决。

MCS-51单片机对 /INT信号的要求

六、中断请求的撤除

以外中断电平触发为例：当 CPU 响应该中断并进入到服务程序后，在执行 RETI返回主程序前，必须将外部的低电平撤掉，否则，当 CPU返回主程序后，会因为外部的低电平信号而再次进入中断，使主程序无法正常运行。

同理，其它中断源也存在类似的问题。所以在使用中断时必须清楚在响应某一中断时，其中断请求（标志）是否要撤除，如何撤除等问题。

MCS-51 的中断标志的撤除方法

中断源 中断标志 说 明 撤除方法INT0 、 INT1

IE0 、 IE1

外部边沿触发 自动清除标志

INT0 、 INT1 无 外部电平触发 电路、软件撤除

T0 、 T1TF0 、 TF

1定时计数器中断 自动清除标志

ES RI 、 TI 串行口中断 软件清除标志

注：此表指使用中断服务程序来处理中断事件时的情况。如果采用查询的方法来处理事件时，都需要软件来清除标志。

撤除外部电平请求信号的方案

MCS-51

INTX

P1 .0

D Q

CP S

外部设备

D型触发器CLR P1.0

SETB P1.0

中断服务程序

RETI

服务程序主体

外设 (CP)

触发器 Q

P1.0

七、中断响应时间（以外部中断 INTx为例） 每个机器周期的 S5P2 时刻， INTx 引脚的电平被锁

存到内部寄存器中，待下一个周期查询。 1 、最短时间：中断请求有效，查询后在下一个周期便开始

执行一条硬件的子程序的调用（时间是两个周期），然后开始执行服务程序的第一条指令。这样从锁存电平的周期到执行中断服务程序，中间相隔 3 个机器周期。

C5C4C3C2C1

电平锁存 中断查询 长调用 执行入口地址中的指令 保护断点，关闭 CPU 中断 转移到中断的入口地址

2 、最长时间：如果中断信号发生在前面所说的 3 种情况时，响应时间就要变长：

第 1 种情况：响应时间取决于正在执行的同级或高级中断的执行时间；

第 2 种情况：指当前 CPU 执行的指令是多周期指令，如乘除法指令

（ 4 个周期），最坏情况，还要等 3 个周期。这样响应周期变为 3+3=6个周期；

第 3 种情况：CPU 当前执行的指令是 RETI 或访问 IE 、 IP 寄存器时，

本指令（ 1 个周期）没有响应，且下一条指令执行完后才能响应，这样附加的等待时间最长不会超过 5 个周期（ 1+4 ）。整个响应为 5+3=8 个周期。若为单中断源系统，整个中断响应的时间范围应当是： 3～ 8 个机器周期。

5.4 中断应用程序举例

例 1:

将 P1 口的 P1.4~P1.7 作为输入口 ,P1.0~P1.3 作为输出口 , 要求利用 8031 将开关所设的数据读入单片机内 ,并依次通过 P1.0~P1.3 输出 ,驱动发光二极管 , 以检查 P1.4~P1.7 输入的电平情况 . 采用中断边沿触发方式 , 每次中断完成一次读 / 写操作 .

ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INSERORG 0030H

MAIN:SETB EX0SETB IT0SETB EA

HERE:SJMP HERE

INSER:MOV A,#0F0H ;P1.4~P1.7 为输入口MOV P1,AMOV A,P1SWAPAMOV P1,ARETIEND

例 2:

用中断电路实现系统的故障显示 , 当系统

的各部分正常工作时 ,四个故障源的输入均为低电平 , 显示灯不亮 , 当某个部分出现故障时 ,

则相应的低电平变为高电平 ,相应的灯亮。

ORG 0000HAJMP MAINORG 0003HAJMP INSERORG 0030H

MAIN: ANL P1,#55H SETB EX0

SETB IT0 SETB EA

HERE: SJMP HEREINSER: JNB P1.0,L1

SETB P1.1L1: JNB P1.2,L2

SETB P1.3L2: JNB P1.4,L3

SETB P1.5L3: JNB P1.6,L4

SETB P1.7L4: RETI

END

5.5 外部中断的扩展

5.5.1 利用定时器扩展外部中断源 当设定时器为计数方式 , 计数初值设置为满量程 FFH, 一旦外部信号从计数器引脚输入一个负跳变时 , 计数器加 1 产生溢出中断从而可实现外部中断。

5.5.2 中断加查询扩展中断源 利用 8051 的两根外部中断输入线 , 每个中断

输入线可以通过“线或”的关系连接多个外部中断源 , 同时利用输入端口线作为各中断源的识别线。

ORG 0003H LJMP INTRP ;INT0 中断服务程序入口

….INTRP: PUSH PSW

PUSH ACCJB P1.0,DV1JB P1.1,DV2JB P1.2,DV3JB P1.3,DV4

EXIT: POP ACCPOP PSWRETI

DV1: …;装置 1 中断服务程序AJMP EXIT

DV2: …;装置 2 中断服务程序AJMP EXIT

DV3: …;装置 3 中断服务程序AJMP EXIT

DV4: …;装置 4 中断服务程序AJMP EXIT

作业

P 95

2 、 9 、 12 、 13 （ 2 ）、（ 4 ）