MCS-51的中断结构与控制

MCS-51的中断源及中断结构

向CPU发出中断请求的信号称为中断源。在2.1.2节中我们已经了解到MCS-51系列单片机中有5个中断源，其中2个外部中断源，3个内部中断源，具体如下：

：外部中断，由引脚P3.2引入中断请求。

：外部中断，由引脚P3.3引入中断请求。

➢ 定时计数器T0： 内部中断，定时计数器0溢出时发出中断请求。

➢ 定时计数器T1： 内部中断，定时计数器1溢出时发出中断请求。

➢ 串行口中断： 内部中断，包括串行接收中断RI和串行发送中断TI。

MCS-51单片机自然优先级如表4-1所示。

表4-1　优先级的排列

(二)中断结构

MCS-51系列单片机的中断系统结构如图4-2所示。

图4-2　MCS-51中断结构

由图4-2可以看出，中断系统中涉及TCON、SCON、IE以及IP四个特殊功能寄存器，它们主要有以下功能：

➢ 锁存中断请求标志： TCON和SCON锁存各中断源的中断请求标志位。

➢ 中断允许寄存器IE： 控制CPU是否响应中断源的请求。

➢ 中断优先级寄存器IP： 设置各中断源的优先级，每个中断源可编程为高优先级中断或低优先级中断。

1. TCON中的中断标志位

TCON的字节地址为88H，可进行位寻址，其具体的结构、位名称、位地址以及功能如表4-2所示。

表4-2　TCON的结构、位名称、位地址以及功能

IT0(D0位)： 外部中断

的触发方式控制位，由软件进行置“1”和清“0”。IT0=1时，为边沿触发方式(即当引脚P3.2出现下降沿脉冲信号时，中断请求有效);IT0=0时，为电平触发方式(即当引脚P3.2为低电平信号时，中断请求有效)。

IE0(D1位)： 外部中断

的请求标志位。当CPU检测到外部中断请求时，该标志位置“1”，当CPU转向中断处理子程序时，由硬件自动清“0”(只适用于边沿触发方式)。

注意

在电平触发方式中，CPU转向中断处理子程序时，不能自动清除IE标志位，也不能由软件进行清除。所以在中断返回前需撤销引脚上的低电平，否则就会产生CPU多次响应一次中断的错误。

IT1(D2位)和IE1(D3位)： 外部中断

的触发方式控制位和请求标志位，其

含义与IT0和IE0相同。

➢ TR0(D4位)： 定时计数器T0的启动停止标志位，由用户编程确定。TR0=1时，定时器开始计数(即从设定的初值作加1计数);TR0=0时，定时器停止。

➢ TF0(D5位)： 定时计数器T0的中断溢出标志位。定时器作加1计数，当最高位产生进位时，定时器计数溢出，此时，由硬件置位TF0=1，CPU响应中断后，由硬件清“0”，TF0=0。

➢ TR1(D6位)和TF1(D7位)： 定时计数器T0的启动停止标志位和中断溢出标志位，其含义与TR0和TF0相同。

2. SCON中的中断标志位

SCON的字节地址为98H，可进行位寻址，其具体的结构、位名称、位地址以及功能如表4-3所示。

表4-3　SCON的结构、位名称、位地址以及功能

➢ RI： 串行口接收中断标志位，当串行口接收到一帧数据时，RI置1，CPU响应中断后，硬件不能自动清除RI，需要由软件清“0”。

➢ TI： 串行口发送中断标志位，当串行口发送一帧数据时，T1置1，CPU响应中断后，硬件不能自动清除RI，同样需要由软件清“0”。

提示

RI和TI通过一个或门向CPU发中断请求，CPU响应中断请求后，首先需要判断是RI和TI哪一个中断源发出的请求，才能去执行相应的中断子程序。

串行中断的有关内容以及SCON中的其他标志位含义将在项目六中进行详细讲述。

3. 中断允许控制寄存器IE

IE控制所有中断源的开放和屏蔽，字节地址为A8H，可进行位寻址，其具体的结构、位名称、位地址以及控制的相应中断源如表4-4所示。

表4-4　IE的结构、位名称、位地址以及功能

EX0： 外部中断

的中断允许控制位。EX0=1时，

开中断;EX0=0时，

关中断。

➢ ET0： 定时计数器T0中断允许控制位。ET0=1时，T0开中断;ET0=0时，T0关中断。

EX1： 外部中断

的中断允许控制位。EX1=1时，

开中断;EX1=0时，

关中断。

➢ ET1： 定时计数器T1中断允许控制位。ET0=1时，T1开中断;ET0=0时，T1关中断。

➢ ES： 串行口中断允许控制位。ES=1时，串行口开中断;ES=0时，串行口关中断。

➢ EA： CPU中断允许控制位。EA=1时，CPU全部开中断;EA=0时，CPU全部关中断。

提示

CPU复位时，IE各位清0，禁止所有中断。

4. 中断优先级控制寄存器IP

MCS-51单片机中有两个中断优先级，中断优先级控制寄存器IP用来定义每个中断源的中断优先级。IP的结构、位名称、位地址以及控制的中断源如表4-5所示。

表4-5　IP的结构、位名称、位地址以及功能

IP的状态由用户来设定，某位为1，则相应的中断源处于高优先级中断;某位为0，则相应的中断源处于低优先级中断。

提示

单片机复位时，IP各位清0，各中断源处于低优先级中断。

MCS-51的中断处理过程

图4-3　中断处理过程

中断处理过程如图4-3所示，单片机工作时，在每个机器周期中都去查询各个中断标记位，如果某位是“1”，就说明有中断请求了;接下来需要判断中断请求是否满足响应条件;如果满足响应条件，CPU将进行相应的中断处理;中断处理完毕，进行中断返回，继续执行指令。

如果本次查询中没有中断请求或中断请求不能满足响应条件，CPU将继续原来的指令执行操作。

(一)中断响应

CPU检测到中断请求后，需要判断此中断请求是否满足响应条件，中断响应条件如下：

(1)CPU开中断，申请中断请求的中断源开中断。

(2)没有响应同级别或更高级别的中断。

提示

中断二级嵌套的响应原则：

① 同一中断优先级中，有多个中断请求时，按自然优先级进行响应(即查询顺序)。

② 当前进行的中断只能被高优先级的中断所打断(同级别或低优先级的中断请求不予响应)。

(3)当前处在所执行指令的最后一个周期。单片机有单周期指令、双周期指令、三周期指令和两个四周期指令，如果正在执行的是多字节指令，需要等整条指令执行结束，才能响应中断。

(4)如果正执行的指令是返回指令(RETI)或访问IP、IE寄存器的指令，那么CPU将至少再执行一条指令才能响应中断。

满足中断条件的情况下，CPU响应中断过程如下：

① 将IP中相应的优先级控制位置1，以阻断后来的同级和低级的中断请求。

② 撤销该中断源的中断请求标志，否则，中断返回后将重复响应该中断。

③ 保护断点地址，程序转向执行中断服务子程序。

提示

中断响应时间：

以外部中断0为例，INT0的引脚电平在每个机器周期的S5P2时刻经反相器锁存到TCON的IE0标志位，CPU在下一个机器周期查询新置入的IE0和IE1，满足相应条件，CPU将执行一条两个机器周期的长调用指令LCALL，由硬件将中断矢量地址装到PC中，使程序转入中断矢量入口。所以，从产生外部中断到中断执行，至少需要3个机器周期。

若正在处理的程序为RETI或访问IP，IE等，则额外等待的时间不会多于5个机器周期。所以外部中断的响应时间在3～8个机器周期之间。

(二)中断处理

中断处理过程一般可以分为保护现场、执行中断服务程序和恢复现场三个过程。

(1)保护现场

执行中断服务子程序之前，CPU只保护了一个地址(PC的值)，如果主程序和中断服务子程序中都用到一些公共存储空间(如A、PSW和DPTR等)，那么执行中断服务子程序前需要将这些数据保存起来，以免返回主程序时出现错误。

(2)执行中断服务程序

在MCS-51系列单片机中，五个中断源都有它们各自的中断入口地址。

：0003H

➢ T0： 000BH

：0013H

➢ T1： 001BH

➢ 串口中断： 0023H

可以看出，中断服务程序的存储空间很小，如果我们需要的程序超出了空间的限制，这时可以在中断处安排一条LJMP指令把中断服务程序跳转到其他地址。

提示

中断响应标志的清除：

CPU在响应中断请求后，该中断的中断请求在中断返回前应当清除，以免重复中断，被再次响应。

边沿触发的外部中断，定时器中断，均有硬件自动清除;串行口中断，需由软件清除;电平触发的外部中断需由外接触发器控制清除。

(3)恢复现场

恢复现场和保护现场相对，返回主程序前需要将保护现场过程中压入堆栈的相关数据弹出，以保证程序返回断点时能正确执行。

(三)中断返回

中断返回由中断返回指令RETI来实现。这条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;通知中断系统已完成中断处理，并同时清除优先级状态。

C51中断函数的定义

C51编译器支持在C源程序中直接开发中断过程，C51编译器及其对C语言的扩充允许编程者对中断所有方面的控制和寄存器组的使用。中断服务函数的完整语法如下：

函数的返回值 函数名([参数]) interrupt n [using m]

{

函数体;

}

关于函数的使用进行以下说明：

(1)对中断程序而言，函数的返回值和参数一般为void。

(2)interrupt n 中n的取值为0～31的常数，不允许用表达式，表示中断向量的编号。在8051中，一般0代表外部中断0，1代表定时器0，2代表外部中断1，3代表定时器1，4代表串行中断。

(3)using m 中m的取值为0～3的常数，不允许用表达式，表示内部RAM中的第r组工作寄存器。在调用中断函数时，要求中断过程调用的函数所使用的寄存器组必须与其相同。

下面我们看一个使用C51语言编写的中断程序。

【例】 设单片机的fosc=12MHz，要求用T0的方式1编程，在P1.0脚输出周期为2ms的方波。

用C语言编写的中断服务程序如下：

在编写中断服务程序时必须注意不能进行参数传递，不能有返回值。

C语言知识并不难，没有任何编程基础的人都能够学

C语言知识并不难，没有任何编程基础的人都能够学

单片机属于数字电路，其概念、术语、硬件构造和原理都源自数字电路，假如数字电路根底扎实，对复杂的单片机硬件构造和原理就能容易了解，就能轻松地迈开进修的第一步，自自信心也会树立起来。

一般是先进修模拟电路再去进修数字电路。扎实的模拟电路根底不仅让你容易看懂他人设计的电路，而且让你的设计的电路更可靠，提高产品质量。

C语言知识并不难，没有任何编程根底的人都能够学，在我看来，初中生、高中生、中专生、大学生都能学会。当然，数学根底好、逻辑思维好的人学起来相对轻松一些。

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当根底打好以后，你会感觉到单片机不再难学了，而且越学越起劲。

当单片机乖乖的依照你的逻辑思维和算法去执行指令，达到预期控制效果的时候，成就感会让你自信心十足、夜以继日、废寝忘食的投入到单片机的世界里。

能够这么说，扎实的电子技术根底和C语言根底能增强进修单片机自信心，快速掌握单片机技术。

假如是电子专业，和单片机相关的主要是电路分析，数电，模电。

一初始的时候，师兄带着我学C语言，那时候我记住和明白的独有C的语法，数字电路师兄也没有讲，毕竟C语言不像汇编，不用控制寄存器，只有明白有关的宏定义是什么意思，如P1=0x00就是把LED灯全部点亮（在明白LED灯的工作原理的情况下），那时候也根本不知道什么弱上拉，推挽、开漏等GPIO状态，更看不懂数据手册上的工作框图，也不知道怎么看数据手册。

其实没有硬件根底，有c的根底，也能够直接来的。买个板子，依葫芦画瓢，上手了，再回去进修根底知识。

单片机基本原理

C51程序设计

C51的指令规则；C51编程语句及规则；

C51表达式和运算符；

顺序程序、分支程序及循环程序设计；

C51的函数；

中断函数。

例：

程序的基本结构有顺序、选择、循环 。

2．C51的存储器模式有small 、 compact 、 large 。

3．C51中int型变量的长度为8bit ，其值域为0-255 ；unsigned char型变量的长度为8位，其值域为 -128-127 。

C51中关键字sfr的作用访问特殊功能寄存器 ，sbit的作用 位寻址 。

函数定义由 函数名 和 函数体 两部分组成。

C51的表达式由运算符和操作数 组成。C51表达式语句由表达式和分号 组成。

若局部变量未初始化，其初值为 0 。

C51中“！”运算符的作用是 逻辑非 ；运算符”~”的作用是 取反 。

若函数无返回值，用 void 关键字指定。

在C51中，语句while(1){循环体语句}的含义是 如果没有break语句则一直循环执行循环体中语句，否则执行到break跳出。

C51中，用于定义变量片内数据存储器类型的关键字是 small 。

程序设计题

1、电路如图所示，要求编程实现一个流水灯。

#include

#define led P2

Int mian()

{

Led = 0xFE;

While(1){

Led=(led<

}

Return 0;

}

2、电路如图所示，要求编程实现：数码管显示0~9，循环显示。

#include

#define digital P2

Void delay(int xx)

{

While(0<>

}

Int main()

{

Digital=0;

While(1){

If(digital

Digital+=1;

Delay(5000);

}

Else

Digital=0;

}

Return 0;

}

中断系统

1、 中断的定义；

2、 中断源及其优先级；

3、 中断过程及中断应用编程。

例：

一、 填空题

1．MCS-51单片机有 5 个中断源。上电复位时，同级中断的自然优先级从高至低依次为 外中断0，定时器0，外中断1，定时器1，串口中断，若IP=00010100B，优先级别最高者为外部中断1 、最低者为定时器1 。

外部中断请求有 电平 触发和 边沿 触发两种触发方式。

MCS-51单片机5个中断源的中断入口地址为：外部0 0003H,；定时0000B；外部1 0013H；定时1 001BH；串口中断 002BH； 。

中断向量是中断服务程序的 识别标志，用于生成中断服务程序入口地址（入口地址指示器） 。

5.当定时器/计数器1申请中断时，TF1为1 ，当中断响应后，TF1为0 。

当串口完成一帧字符接收时，RI为1 ，当中断响应后，RI为1 ，需要软件清零。

6．在MCS-51单片机的中断系统中，中断优先级共分为 2 级。

MCS-51 单片机定时器T0 的中断类型号是 1 。

二、 简答题

MCS-51单片机有几个中断源？各中断标志是如何产生的？如何撤销的？各中断源的中断矢量分别是什么？

5个中断源；中断标志在TCON寄存器中设定的对应的触发条件达成时由硬件置位；除串口中断外，进入处理函数前由硬件撤销中断标志；串口中断标志由软件清除；中断向量分别为：0003；000B;0013;001B;0023;

简述MCS-51中断过程。

程序执行过程中中断条件达成，当前执行空间的参量入栈保存后跳转到对应的中断服务函数，执行完后将先前的参量出栈继续执行前一过程；如果有多个中断同时被触发，先执行高优先级的中断服务函数；如果有同优先级中断，按照自然优先级顺序执行；

MCS-51 单片机有哪几个中断源？它们的中断类型号分别是什么？自然优先级由高到低依次是什么？

外部0 0；计时0 1；外部1 2；计时1 3；串口中断 4；

程序设计题

没有外部中断时，七段数码管显示8，当有外部中断时，七段数码管上显示的8连续闪烁8次，然后继续显示8。要求编写程序实现上述功能。

#include

Int0_srv() interrupt 0

{

For(int i=0;i

P2=0x00;

Delay();

P2=0xff;

}

}

Int main()

{

While(1){

P1=0xff;

}

Return 0;

}

2、没有中断发生时，发光二极管亮，有中断发生时，有外部中断时，在8个发光LED上按从上到下点亮一遍，然后再从下向上点亮一遍，每次点亮一个发光二极管。要求编写程序实现上述功能。

#include

Void int0_srv() interrupt 0

{

P2=0xff;

P2=0xfe;

Delay();

For(int i=0;i

P2=(P2<

For(int i=0;i

P2=(P2>>1)|(~P2);

}

Int main()

{

While(1){

P2=0x00;

}

Return 0;

}

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