18课:单片机的中断系统 1 生活, 电话铃

samwalton

有关单片机中断系统的概念：什么是中断，我们从一个生活中的例程引入。你正在家中看书，突然电话铃响了，你放下书本，去接电话，和来电话的人交谈，然后放下电话，回来继续看你的书。这就是生活中的“中断”的现象，就是正常的工作过程被外部的事件打断了。仔细研究一下生活中的中断，对于我们学习单片机的中断也很有好处。 第一、什么可经引起中断，生活中很多事件能引起中断：有人按了门铃了，电话铃响了，你的闹钟闹响了，你烧的水开了….等等诸如此类的事件，我们把能引起中断的称之为中断源，单片机中也有一些能引起中断的事件，8031中一共有5个：两个外部中断，两个计数/定时器中断，一个串行口中断。 第二、中断的嵌套与优先级处理：设想一下，我们正在看书，电话铃响了，同时又有人按了门铃，你该先做那样呢？如果你正是在等一个很重要的电话，你一般不会去理会门铃的，而反之，你正在等一个重要的客人，则可能就不会去理会电话了。如果不是这两者（即不等电话，也不是等人上门），你可能会按你常常的习惯去处理。总之这里存在一个优先级的问题，单片机中也是如此，也有优先级的问题。优先级的问题不仅仅发生在两个中断同时产生的情况，也发生在一个中断已产生，又有一个中断产生的情况，比如你正接电话，有人按门铃的情况，或你正开门与人交谈，又有电话响了情况。考虑一下我们会怎么办吧。 第三、中断的响应过程：当有事件产生，进入中断之前我们必须先记住现在看书的第几页了，或拿一个书签放在当前页的位置，然后去处理不一样的事情（因为处理完了，我们还要回来继续看书）：电话铃响我们要到放电话的地方去，门铃响我们要到门那边去，也说是不一样的中断，我们要在不一样的地点处理，而这个地点常常还是固定的。计算机中也是采用的这种办法，五个中断源，每个中断产生后都到一个固定的地方去找处理这个中断的程序，当然在去之前首先要保存下面将执行的指令的地址，以便处理完中断后回到原来的地方继续往下执行程序。具体地说，中断响应能分为以下几个步骤：1、保护断点，即保存下一将要执行的指令的地址，就是把这个地址送入堆栈。2、寻找中断入口，根据5个不一样的中断源所产生的中断，查找5个不一样的入口地址。以上工作是由计算机自动完成的，与编程者无关。在这5个入口地址处存放有中断处理程序（这是程序编写时放在那儿的，如果没把中断程序放在那儿，就错了，中断程序就不能被执行到）。3、执行中断处理程序。4、中断返回：执行完中断指令后，就从中断处返回到主程序，继续执行。究竟单片机是怎么样找到中断程序所在位置，又怎么返回的呢？我们稍后再谈。 MCS-51单片机中断系统的结构： 5个中断源的符号、名称及产生的条件如下。 INT0：外部中断0，由P3．2端口线引入，低电平或下跳沿引起。 INT1：外部中断1，由P3．3端口线引入，低电平或下跳沿引起。 T0：定时器／计数器0中断，由T0计满回零引起。 T1：定时器／计数器l中断，由T1计满回零引起。 TI／RI：串行I／O中断，串行端口完成一帧字符发送／接收后引起。 整个中断系统的结构框图见下图一所示。 <51单片机中断系统结构> 如图所示，由与中断有关的特殊功能寄存器、中断入口、次序查询逻辑电路等组成，包括5个中断请求源，4个用于中断控制的寄存器IE、IP、ECON和SCON来控制中断类弄、中断的开、关和各种中断源的优先级确定。 中断请求源： （1）外部中断请求源：即外中断0和1，经由外部管脚引入的，在单片机上有两个管脚，名称为INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3这两个管脚。在内部的TCON中有四位是与外中断有关的。IT0：INT0触发方式控制位，可由软件进和置位和复位，IT0=0，INT0为低电平触发方式，IT0=1，INT0为负跳变触发方式。这两种方式的差异将在以后再谈。IE0：INT0中断请求标志位。当有外部的中断请求时，这位就会置1（这由硬件来完成），在CPU响应中断后，由硬件将IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。（2）内部中断请求源TF0：定时器T0的溢出中断标记，当T0计数产生溢出时，由硬件置位TF0。当CPU响应中断后，再由硬件将TF0清0。TF1：与TF0类似。TI、RI：串行口发送、接收中断，在串行口中再讲解。2、中断允许寄存器IE在MCS－51中断系统中，中断的允许或禁止是由片内可进行位寻址的8位中断允许寄存器IE来控制的。见下表EAX 其中EA是总开关，如果它等于0，则所有中断都不允许。ES－串行口中断允许ET1－定时器1中断允许EX1－外中断1中断允许。ET0－定时器0中断允许EX0－外中断0中断允许。如果我们要设置允许外中断1，定时器1中断允许，其它不允许，则IE能是EAX 即8CH，当然，我们也能用位操作指令SETB EA SETB ET1SETB EX1 来实现它。3、五个中断源的自然优先级与中断服务入口地址外中断0：0003H定时器0：000BH外中断1：0013H定时器1：001BH串行口：0023H它们的自然优先级由高到低排列。写到这里，大家应当明白，为什么前面有一些程序一始我们这样写： ORG 0000HLJMP START ORG 0030H START：。 这样写的目的，就是为了让出中断源所占用的向量地址。当然，在程序中没用中断时，直接从0000H开始写程序，在原理上并没有错，但在实际工作中最好不这样做。优先级：单片机采用了自然优先级和人工设置高、低优先级的策略，即能由程序员设定那些中断是高优先级、哪些中断是低优先级，由于只有两级，必有一些中断处于同一级别，处于同一级别的，就由自然优先级确定。 开机时，每个中断都处于低优先级，我们能用指令对优先级进行设置。看表2中断优先级中由中断优先级寄存器IP来高置的，IP中某位设为1，对应的中断就是高优先级，不然就是低优先级。 XX X PS PT1 PX1 PT0 PX0 例：设有如下要求，将T0、外中断1设为高优先级，其它为低优先级，求IP的值。IP的首3位没用，可任意取值，设为000，后面根据要求写就能了XX 因此，最终，IP的值就是06H。例：在上例中，如果5个中断请求同时发生，求中断响应的次序。响应次序为：定时器0－＞外中断1－＞外中断0－＞实时器1－＞串行中断。 MCS－51的中断响应过程： 1、中断响应的条件：讲到这儿，我们依然对于计算机响应中断感到神奇，我们人能响应外界的事件，是因为我们有多种“传感器“――眼、耳能接受不一样的信息，计算机是如何做到这点的呢？其实说穿了，一点都不希奇，MCS51工作时，在每个机器周期中都会去查询一下各个中断标记，看他们是否是“1“，如果是1，就说明有中断请求了，所以所谓中断，其实也是查询，不过是每个周期都查一下而已。这要换成人来说，就相当于你在看书的时候，每一秒钟都会抬起头来看一看，查问一下，是不是有人按门铃，是否有电话。。。。很蠢，不是吗？可计算机本来就是这样，它根本没人聪明。了解了上述中断的过程，就不难解中断响应的条件了。在下列三种情况之一时，CPU将封锁对中断的响应： CPU正在处理一个同级或更高级别的中断请求。 现行的机器周期不是当前正执行指令的最后一个周期。我们知道，单片机有单周期、双周期、三周期指令，当前执行指令是单字节没有关系，如果是双字节或四字节的，就要等整条指令都执行完了，才能响应中断（因为中断查询是在每个机器周期都可能查到的）。 当前正执行的指令是返回批令（RETI）或访问IP、IE寄存器的指令，则CPU至少再执行一条指令才应中断。这些都是与中断有关的，如果正访问IP、IE则可能会开、关中断或改变中断的优先级，而中断返回指令则说明本次中断还没有处理完，所以都要等本指令处理结束，再执行一条指令才能响应中断。 2、中断响应过程CPU响应中断时，首先把当前指令的下一条指令（就是中断返回后将要执行的指令）的地址送入堆栈，然后根据中断标记，将对应的中断入口地址送入PC，PC是程序指针，CPU取指令就根据PC中的值，PC中是什么值，就会到什么地方去取指令，所以程序就会转到中断入口处继续执行。这些工作都是由硬件来完成的，不必我们去考虑。这里还有个问题，大家是否注意到，每个中断向量地址只间隔了8个单元，如0003－000B，在如此少的空间中如何完成中断程序呢？很简单，你在中断处安排一个LJMP指令，不就能把中断程序跳转到任何地方了吗？一个完整的主程序看起来应该是这样的： ORG 0000HLJMP START ORG 0003H LJMP INT0 ；转外中断0ORG 000BH RETI ；没有用定时器0中断，在此放一条RETI，万一 “不小心“产生了中断，也不会有太大的后果。。 中断程序完成后，一定要执行一条RETI指令，执行这条指令后，CPU将会把堆栈中保存着的地址取出，送回PC，那么程序就会从主程序的中断处继续往下执行了。注意：CPU所做的保护工作是很有限的，只保护了一个地址，而其它的所有东西都不保护，所以如果你在主程序中用到了如A、PSW等，在中断程序中又要用它们，还要保证回到主程序后这里面的数据还是没执行中断以前的数据，就得自己保护起来。 中断系统的控制寄存器： 中断系统有两个控制寄存器IE和IP，它们分别用来设定各个中断源的打开／关闭和中断优先级。此外，在TCON中另有4位用于选择引起外部中断的条件并作为标志位。 1．中断允许寄存器--IE IE在特殊功能寄存器中，字节地址为A8H，位地址(由低位到高位)分别是A8H-AFH。 IE用来打开或关断各中断源的中断请求，基本格式如下图二所示： EA：全局中断允许位。EA＝0，关闭全部中断；EA＝1，打开全局中断控制，在此条件下，由各个中断控制位确定相应中断的打开或关闭。 ×：无效位。 ES：串行I／O中断允许位。ES＝1，打开串行I／O中断；ES＝0，关闭串行I／O中断。 ETl；定时器／计数器1中断允许位。ETl＝1，打开T1中断；ETl＝O，关闭T1中断。 EXl：外部中断l中断允许位。EXl＝1，打开INT1；EXl＝0，关闭INT1。 ET0：定时器／计数器0中断允许位。ET0＝1，打开T0中断；ET0＝0，关闭TO中断。 EXO：外部中断0中断允许位。Ex0＝1，打开INT0;EX0=0,关闭INT0. 中断优先寄存器--IP： IP在特殊功能寄存器中，字节地址为B8H，位地址(由低位到高位)分别是B8H一BFH,IP用来设定各个中断源属于两级中断中的哪一级，IP的基本格式如下图三所示： ×：无效位。 PS：串行I／O中断优先级控制位。PS＝1，高优先级；PS＝0，低优先级。 PTl：定时器／计数器1中断优先级控制位。PTl＝1，高优先级；PTl＝0，低优先级。 Pxl：外部中断1中断优先级控制位。Pxl＝1，高优先级；PXl＝O，低优先级。 PT0：定时器／计数器o中断优先级控制位。PT0＝1，高优先级；PTO＝0，低优先级。 Px0：外部中断0中断优先级控制位。Px0＝1，高优先级；Px0＝0，伤优先级。 在MCS-51单片机系列中，高级中断能够打断低级中断以形成中断嵌套；同级中断之间，或低级对高级中断则不能形成中断嵌套。若几个同级中断同时向CPU请求中断响应，则CPU按如下顺序确定响应的先后顺序： INT0一T0---INT1一T1一RI／T1.