51單片機(jī)中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
上節(jié)我們說(shuō)道來(lái)51單片機(jī)的中斷系統(tǒng)概念，我們接著上節(jié)的圖接著極少51單片機(jī)中斷的過(guò)程，如（上圖）所示，由與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器、中斷入口、次序查詢(xún)邏輯電路等組成，包括5個(gè)中斷請(qǐng)求源，4個(gè)用于中斷控制的寄存器IE、IP、ECON和SCON來(lái)控制中斷類(lèi)弄、中斷的開(kāi)、關(guān)和各種中斷源的優(yōu)先級(jí)確定。
中斷請(qǐng)求源：
（1）外部中斷請(qǐng)求源：即外中斷0和1，經(jīng)由外部管腳引入的，在單片機(jī)上有兩個(gè)管腳，名稱(chēng)為INT0、INT1，也就是P3.2、P3.3這兩個(gè)管腳。在內(nèi)部的TCON中有四位是與外中斷有關(guān)的。IT0：INT0觸發(fā)方式控制位，可由軟件進(jìn)和置位和復(fù)位，IT0=0，INT0為低電平觸發(fā)方式，IT0=1，INT0為負(fù)跳變觸發(fā)方式。這兩種方式的差異將在以后再談。IE0：INT0中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng)有外部的中斷請(qǐng)求時(shí)，這位就會(huì)置1（這由硬件來(lái)完成），在CPU響應(yīng)中斷后，由硬件將IE0清0。IT1、IE1的用途和IT0、IE0相同。（2）內(nèi)部中斷請(qǐng)求源TF0：定時(shí)器T0的溢出中斷標(biāo)記，當(dāng)T0計(jì)數(shù)產(chǎn)生溢出時(shí)，由硬件置位TF0。當(dāng)CPU響應(yīng)中斷后，再由硬件將TF0清0。TF1：與TF0類(lèi)似。TI、RI：串行口發(fā)送、接收中斷，在串行口中再講解。2、中斷允許寄存器IE在MCS－51中斷系統(tǒng)中，中斷的允許或禁止是由片內(nèi)可進(jìn)行位尋址的8位中斷允許寄存器IE來(lái)控制的。
其中EA是總開(kāi)關(guān)，如果它等于0，則所有中斷都不允許。ES－串行口中斷允許ET1－定時(shí)器1中斷允許EX1－外中斷1中斷允許。ET0－定時(shí)器0中斷允許EX0－外中斷0中斷允許。如果我們要設(shè)置允許外中斷1，定時(shí)器1中斷允許，其它不允許，則IE能是EAX
即8CH，當(dāng)然，我們也能用位操作指令
SETB EA
SETB ET1SETB EX1
來(lái)實(shí)現(xiàn)它。
3、五個(gè)中斷源的自然優(yōu)先級(jí)與中斷服務(wù)入口地址外中斷0：0003H定時(shí)器0：000BH外中斷1：0013H定時(shí)器1：001BH串行口：0023H它們的自然優(yōu)先級(jí)由高到低排列。寫(xiě)到這里，大家應(yīng)當(dāng)明白，為什么前面有一些程序一始我們這樣寫(xiě)：
ORG 0000HLJMP START
ORG 0030H
START：。
這樣寫(xiě)的目的，就是為了讓出中斷源所占用的向量地址。當(dāng)然，在程序中沒(méi)用中斷時(shí)，直接從0000H開(kāi)始寫(xiě)程序，在原理上并沒(méi)有錯(cuò)，但在實(shí)際工作中最好不這樣做。優(yōu)先級(jí)：?jiǎn)纹瑱C(jī)采用了自然優(yōu)先級(jí)和人工設(shè)置高、低優(yōu)先級(jí)的策略，即能由程序員設(shè)定那些中斷是高優(yōu)先級(jí)、哪些中斷是低優(yōu)先級(jí)，由于只有兩級(jí)，必有一些中斷處于同一級(jí)別，處于同一級(jí)別的，就由自然優(yōu)先級(jí)確定。
開(kāi)機(jī)時(shí)，每個(gè)中斷都處于低優(yōu)先級(jí)，我們能用指令對(duì)優(yōu)先級(jí)進(jìn)行設(shè)置？幢2中斷優(yōu)先級(jí)中由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器IP來(lái)高置的，IP中某位設(shè)為1，對(duì)應(yīng)的中斷就是高優(yōu)先級(jí)，不然就是低優(yōu)先級(jí)。
XX
X
PS
PT1
PX1
PT0
PX0
例：設(shè)有如下要求，將T0、外中斷1設(shè)為高優(yōu)先級(jí)，其它為低優(yōu)先級(jí)，求IP的值。IP的首3位沒(méi)用，可任意取值，設(shè)為000，后面根據(jù)要求寫(xiě)就能了XX
因此，最終，IP的值就是06H。例：在上例中，如果5個(gè)中斷請(qǐng)求同時(shí)發(fā)生，求中斷響應(yīng)的次序。響應(yīng)次序?yàn)椋憾〞r(shí)器0－＞外中斷1－＞外中斷0－＞實(shí)時(shí)器1－＞串行中斷。
MCS－51的中斷響應(yīng)過(guò)程：
1、中斷響應(yīng)的條件：講到這兒，我們依然對(duì)于計(jì)算機(jī)響應(yīng)中斷感到神奇，我們?nèi)四茼憫?yīng)外界的事件，是因?yàn)槲覀冇卸喾N“傳感器“――眼、耳能接受不一樣的信息，計(jì)算機(jī)是如何做到這點(diǎn)的呢？其實(shí)說(shuō)穿了，一點(diǎn)都不希奇，MCS51工作時(shí)，在每個(gè)機(jī)器周期中都會(huì)去查詢(xún)一下各個(gè)中斷標(biāo)記，看他們是否是“1“，如果是1，就說(shuō)明有中斷請(qǐng)求了，所以所謂中斷，其實(shí)也是查詢(xún)，不過(guò)是每個(gè)周期都查一下而已。這要換成人來(lái)說(shuō)，就相當(dāng)于你在看書(shū)的時(shí)候，每一秒鐘都會(huì)抬起頭來(lái)看一看，查問(wèn)一下，是不是有人按門(mén)鈴，是否有電話。。。。很蠢，不是嗎？可計(jì)算機(jī)本來(lái)就是這樣，它根本沒(méi)人聰明。了解了上述中斷的過(guò)程，就不難解中斷響應(yīng)的條件了。在下列三種情況之一時(shí)，CPU將封鎖對(duì)中斷的響應(yīng)：
CPU正在處理一個(gè)同級(jí)或更高級(jí)別的中斷請(qǐng)求。
現(xiàn)行的機(jī)器周期不是當(dāng)前正執(zhí)行指令的最后一個(gè)周期。我們知道，單片機(jī)有單周期、雙周期、三周期指令，當(dāng)前執(zhí)行指令是單字節(jié)沒(méi)有關(guān)系，如果是雙字節(jié)或四字節(jié)的，就要等整條指令都執(zhí)行完了，才能響應(yīng)中斷（因?yàn)橹袛嗖樵?xún)是在每個(gè)機(jī)器周期都可能查到的）。
當(dāng)前正執(zhí)行的指令是返回批令（RETI）或訪問(wèn)IP、IE寄存器的指令，則CPU至少再執(zhí)行一條指令才應(yīng)中斷。這些都是與中斷有關(guān)的，如果正訪問(wèn)IP、IE則可能會(huì)開(kāi)、關(guān)中斷或改變中斷的優(yōu)先級(jí)，而中斷返回指令則說(shuō)明本次中斷還沒(méi)有處理完，所以都要等本指令處理結(jié)束，再執(zhí)行一條指令才能響應(yīng)中斷。
2、中斷響應(yīng)過(guò)程CPU響應(yīng)中斷時(shí)，首先把當(dāng)前指令的下一條指令（就是中斷返回后將要執(zhí)行的指令）的地址送入堆棧，然后根據(jù)中斷標(biāo)記，將對(duì)應(yīng)的中斷入口地址送入PC，PC是程序指針，CPU取指令就根據(jù)PC中的值，PC中是什么值，就會(huì)到什么地方去取指令，所以程序就會(huì)轉(zhuǎn)到中斷入口處繼續(xù)執(zhí)行。這些工作都是由硬件來(lái)完成的，不必我們?nèi)タ紤]。這里還有個(gè)問(wèn)題，大家是否注意到，每個(gè)中斷向量地址只間隔了8個(gè)單元，如0003－000B，在如此少的空間中如何完成中斷程序呢？很簡(jiǎn)單，你在中斷處安排一個(gè)LJMP指令，不就能把中斷程序跳轉(zhuǎn)到任何地方了嗎？一個(gè)完整的主程序看起來(lái)應(yīng)該是這樣的：
ORG 0000HLJMP START
ORG 0003H
LJMP INT0 ；轉(zhuǎn)外中斷0ORG 000BH
RETI ；沒(méi)有用定時(shí)器0中斷，在此放一條RETI，萬(wàn)一 “不小心“產(chǎn)生了中斷，也不會(huì)有太大的后果。。
中斷程序完成后，一定要執(zhí)行一條RETI指令，執(zhí)行這條指令后，CPU將會(huì)把堆棧中保存著的地址取出，送回PC，那么程序就會(huì)從主程序的中斷處繼續(xù)往下執(zhí)行了。注意：CPU所做的保護(hù)工作是很有限的，只保護(hù)了一個(gè)地址，而其它的所有東西都不保護(hù)，所以如果你在主程序中用到了如A、PSW等，在中斷程序中又要用它們，還要保證回到主程序后這里面的數(shù)據(jù)還是沒(méi)執(zhí)行中斷以前的數(shù)據(jù)，就得自己保護(hù)起來(lái)。
中斷系統(tǒng)的控制寄存器：
中斷系統(tǒng)有兩個(gè)控制寄存器IE和IP，它們分別用來(lái)設(shè)定各個(gè)中斷源的打開(kāi)／關(guān)閉和中斷優(yōu)先級(jí)。此外，在TCON中另有4位用于選擇引起外部中斷的條件并作為標(biāo)志位。
1．中斷允許寄存器--IE
IE在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為A8H，位地址(由低位到高位)分別是A8H-AFH。
IE用來(lái)打開(kāi)或關(guān)斷各中斷源的中斷請(qǐng)求，基本格式如下圖二所示：
EA：全局中斷允許位。EA＝0，關(guān)閉全部中斷；EA＝1，打開(kāi)全局中斷控制，在此條件下，由各個(gè)中斷控制位確定相應(yīng)中斷的打開(kāi)或關(guān)閉。
×：無(wú)效位。
ES：串行I／O中斷允許位。ES＝1，打開(kāi)串行I／O中斷；ES＝0，關(guān)閉串行I／O中斷。
ETl；定時(shí)器／計(jì)數(shù)器1中斷允許位。ETl＝1，打開(kāi)T1中斷；ETl＝O，關(guān)閉T1中斷。
EXl：外部中斷l(xiāng)中斷允許位。EXl＝1，打開(kāi)INT1；EXl＝0，關(guān)閉INT1。
ET0：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器0中斷允許位。ET0＝1，打開(kāi)T0中斷；ET0＝0，關(guān)閉TO中斷。
EXO：外部中斷0中斷允許位。Ex0＝1，打開(kāi)INT0;EX0=0,關(guān)閉INT0.
中斷優(yōu)先寄存器--IP：
IP在特殊功能寄存器中，字節(jié)地址為B8H，位地址(由低位到高位)分別是B8H一BFH,IP用來(lái)設(shè)定各個(gè)中斷源屬于兩級(jí)中斷中的哪一級(jí)，IP的基本格式如下圖三所示：
×：無(wú)效位。
PS：串行I／O中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PS＝1，高優(yōu)先級(jí)；PS＝0，低優(yōu)先級(jí)。
PTl：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PTl＝1，高優(yōu)先級(jí)；PTl＝0，低優(yōu)先級(jí)。
Pxl：外部中斷1中斷優(yōu)先級(jí)控制位。Pxl＝1，高優(yōu)先級(jí)；PXl＝O，低優(yōu)先級(jí)。
PT0：定時(shí)器／計(jì)數(shù)器o中斷優(yōu)先級(jí)控制位。PT0＝1，高優(yōu)先級(jí)；PTO＝0，低優(yōu)先級(jí)。
Px0：外部中斷0中斷優(yōu)先級(jí)控制位。Px0＝1，高優(yōu)先級(jí)；Px0＝0，傷優(yōu)先級(jí)。
在MCS-51單片機(jī)系列中，高級(jí)中斷能夠打斷低級(jí)中斷以形成中斷嵌套；同級(jí)中斷之間，或低級(jí)對(duì)高級(jí)中斷則不能形成中斷嵌套。若幾個(gè)同級(jí)中斷同時(shí)向CPU請(qǐng)求中斷響應(yīng)，則CPU按如下順序確定響應(yīng)的先后順序：
INT0一T0---INT1一T1一RI／T1.
中斷的響應(yīng)過(guò)程
若某個(gè)中斷源通過(guò)編程設(shè)置，處于被打開(kāi)的狀態(tài)，并滿足中斷響應(yīng)的條件，而且①當(dāng)前正在執(zhí)行的那條指令已被執(zhí)行完
1、當(dāng)前末響應(yīng)同級(jí)或高級(jí)中斷
2、不是在操作IE，IP中斷控制寄存器或執(zhí)行REH指令則單片機(jī)響應(yīng)此中斷。
在正常的情況下，從中斷請(qǐng)求信號(hào)有效開(kāi)始，到中斷得到響應(yīng)，通常需要3個(gè)機(jī)器周期到8個(gè)機(jī)器周期。中斷得到響應(yīng)后，自動(dòng)清除中斷請(qǐng)求標(biāo)志(對(duì)串行I／O端口的中斷標(biāo)志，要用軟件清除)，將斷點(diǎn)即程序計(jì)數(shù)器之值(PC)壓入堆棧(以備恢復(fù)用)；然后把相應(yīng)的中斷入口地址裝入PC，使程序轉(zhuǎn)入到相應(yīng)的中斷服務(wù)程序中去執(zhí)行。
各個(gè)中斷源在程序存儲(chǔ)器中的中斷入口地址如下：
中斷源 入口地址
INT0(外部中斷0) 0003H
TF0(TO中斷) 000BH
INT1(外部中斷1) 0013H
TFl(T1中斷) 001BH
RI／TI(串行口中斷) 0023H
由于各個(gè)中斷入口地址相隔甚近，不便于存放各個(gè)較長(zhǎng)的中斷服務(wù)程序，故通常在中斷入口地址開(kāi)始的二三個(gè)單元中，安排一條轉(zhuǎn)移類(lèi)指令，以轉(zhuǎn)入到安排在那兒的中斷服務(wù)程序。以T1中斷為例，其過(guò)程下如圖四所示。
由于5個(gè)中斷源各有其中斷請(qǐng)求標(biāo)志0，TF0，IEl，TFl以及RI／TI，在中斷源滿足中斷請(qǐng)求的條件下，各標(biāo)志自動(dòng)置1，以向CPU請(qǐng)求中斷。如果某一中斷源提出中斷請(qǐng)求后，CPU不能立即響應(yīng)，只要該中斷請(qǐng)求標(biāo)志不被軟件人為清除，中斷請(qǐng)求的狀態(tài)就將一直保持,直到CPU響應(yīng)了中斷為止,對(duì)串行口中斷而言，這一過(guò)程與其它4個(gè)中斷的不同之處在于；即使CPU響應(yīng)了中斷，其中斷標(biāo)志RI／TI也不會(huì)自動(dòng)清零，必須在中斷服務(wù)程序中設(shè)置清除RI／TI的指令后，才會(huì)再一次地提出中斷請(qǐng)求。
CPU的現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)和恢復(fù)必須由被響應(yīng)的相應(yīng)中斷服務(wù)程序去完成，當(dāng)執(zhí)行RETI中斷返回指令后，斷點(diǎn)值自動(dòng)從棧頂2字節(jié)彈出，并裝入PC寄存器，使CPU繼續(xù)執(zhí)行被打斷了的程序。
下面給出一個(gè)應(yīng)用定時(shí)器中斷的實(shí)例。
現(xiàn)要求編制一段程序，使P1．0端口線上輸出周期為2ms的方波脈沖。設(shè)單片機(jī)晶振頻率
Fosc＝6MHZ．
1、方法：利用定時(shí)器T0作1ms定時(shí)，達(dá)到定時(shí)值后引起中斷，在中斷服務(wù)程序中，使P1．0的狀態(tài)取一次反，并再次定時(shí)1ms。
2、定時(shí)初值：機(jī)器周期MC＝12/fosc＝2us。所以定時(shí)lms所需的機(jī)器周期個(gè)數(shù)為500D，亦即0lF4H。設(shè)T0為工作方式1(16位方式)，則定時(shí)初值是(01F4H)求補(bǔ)＝FEOCH
串行端口的控制寄存器：
串行端口共有2個(gè)控制寄存器SCON和PCON，用以設(shè)置串行端口的工作方式、接收／發(fā)送的運(yùn)行狀態(tài)、接收／發(fā)送數(shù)據(jù)的特征、波特率的大小，以及作為運(yùn)行的中斷標(biāo)志等。
①串行口控制寄存器SCON
SCON的字節(jié)地址是98H，位地址(由低位到高位)分別是98H一9FH。SCON的格式如圖五所示。
SMo，SMl：
串行口工作方式控制位。
00--方式0；01--方式1；
10--方式2；11--方式3。
SM2：
僅用于方式2和方式3的多機(jī)通訊控制位
發(fā)送機(jī)SM2＝1(要求程控設(shè)置)。
當(dāng)為方式2或方式3時(shí)：
接收機(jī) SM2＝1時(shí)，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若RB8＝0，不
引起串行接收中斷。SM2＝0時(shí)，若RB8＝1，可引起串行接收中斷；若
RB8＝0，亦可引起串行接收中斷。
REN:
串行接收允許位。
0--禁止接收；1--允許接收。
TB8:
在方式2，3中，TB8是發(fā)送機(jī)要發(fā)送的第9位數(shù)據(jù)。
RB8:
在方式2，3中，RB8是接收機(jī)接收到的第9位數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)正好來(lái)自發(fā)
送機(jī)的TB8。
TI:
發(fā)送中斷標(biāo)志位。發(fā)送前必須用軟件清零，發(fā)送過(guò)程中TI保持零電平，
發(fā)送完一幀數(shù)據(jù)后，由硬件自動(dòng)置1。如要再發(fā)送，必須用軟件再清零。
RI:
接收中斷標(biāo)志位。接收前，必須用軟件清零，接收過(guò)程中RI保持零電平，接收完一幀數(shù)據(jù)后，由片內(nèi)硬件自動(dòng)置1。如要再接收，必須用軟件再清零。
電源控制寄存器PCON
PCON的字節(jié)地址為87H，無(wú)位地址，PCON的格式如圖六所示。需指出的是，對(duì)80C31單片機(jī)而言，PCON還有幾位有效控制位。
SMOD：波特率加倍位。在計(jì)算串行方式1，2，3的波特率時(shí)；0---不加倍；1---加倍。
串行中斷的應(yīng)用特點(diǎn)：
8031單片機(jī)的串行I／O端口是一個(gè)中斷源，有兩個(gè)中斷標(biāo)志RI和TI，RI用于接收，TI用于發(fā)送。
串行端口無(wú)論在何種工作方式下，發(fā)送／接收前都必須對(duì)TI／RI清零。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)發(fā)送／接收完后，TI/RI自動(dòng)置1，如要再發(fā)送／接收，必須先用軟件將其清除。
在串行中斷被打開(kāi)的條件下，對(duì)方式0和方式1來(lái)說(shuō)，一幀數(shù)據(jù)發(fā)送／接收完后，除置位TI／RI外，還會(huì)引起串行中斷請(qǐng)求，并執(zhí)行串行中側(cè)目務(wù)程序。但對(duì)方式2和方式3的接收機(jī)而言，還要視SM2和RB8的狀態(tài)，才可確定RI是否被置位以及串行中斷的開(kāi)放：
SM2 RB8 接收機(jī)中斷標(biāo)志與中斷狀態(tài)
0 1 激活RI，引起中斷
1 0 不激活RI，不引起中斷
1 1 激活RI，引起中斷
單片機(jī)正是利用方式2，3的這一特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多機(jī)間的通信。串行端口的常用應(yīng)用方法見(jiàn)相關(guān)章節(jié)。
波特率的確定：
對(duì)方式0來(lái)說(shuō)，波特率已固定成fosc／12，隨著外部晶振的頻率不同，波特率亦不相同。常用的fosc有12MHz和6MHz，所以波特率相應(yīng)為1000×103和500×103位／s。在此方式下，數(shù)據(jù)將自動(dòng)地按固定的波特率發(fā)送／接收，完全不用設(shè)置。
對(duì)方式2而言，波特率的計(jì)算式為2SMOD·fosc／64。當(dāng)SMOD＝0時(shí)，波特率為fm／64；當(dāng)SMOD＝1時(shí)，波特率為fosc／32。在此方式下，程控設(shè)置SMOD位的狀態(tài)后，波特率就確定了，不需要再作其它設(shè)置。
對(duì)方式1和方式3來(lái)說(shuō)，波特率的計(jì)算式為2SMOD／32×T1溢出率，根據(jù)SMOD狀態(tài)位的不同，波特率有Tl／32溢出率和T1／16溢出率兩種。由于T1溢出率的設(shè)置是方便的，因而波特率的選擇將十分靈活。
前已敘及，定時(shí)器Tl有4種工作方式，為了得到其溢出率，而又不必進(jìn)入中斷服務(wù)程序，往往使T1設(shè)置在工作方式2的運(yùn)行狀態(tài)，也就是8位自動(dòng)加入時(shí)間常數(shù)的方式。由于在這種方式下，T1的溢出率(次／秒)計(jì)算式可表達(dá)成：
下面一段主程序和中斷服務(wù)程序，是利用串行方式l從數(shù)據(jù)00H開(kāi)始連續(xù)不斷增大地串行發(fā)送一片數(shù)據(jù)的程序例。設(shè)單片機(jī)晶振的頻率為6MHZ，波特率為1200位／秒。
編輯：admin 最后修改時(shí)間：2019-07-31
