MCS-51的中断结构与控制

MCS-51的中断源及中断结构

(一)中断源

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。

大学单片机考试试卷及答案

一、填空题(每空1分，共15分)

1、二进制数（11101100）2＝___EC____H =___236____D。

2、一个机器周期等于____6____个状态周期，振荡脉冲2分频后产生的时序信号的周期定义为___状态_____周期。

3、一般的计算机系统都是由____地址总线_______、___数据总线_______、_____控制总线____三总线结构组成。

4、89C51片内RAM有___256___字节，其中包含___128___字节用户数据存储单元和__128____字节的特殊功能寄存器单元，片内ROM有___4K___字节。

5、假定（A）=95H，（R0）=20H，（20H）=0BFH。执行指令：ADD A，＠R0后，累加器A的内容__54H___，CY的内容__1___，AC的内容__1___，OV的内容__1___。

得分

评卷人

二、选择题(每题2分，共30分)

1、在MCS—51指令中，下列指令中 C 是无条件转移指令。

A．LCALL addr16 B．DJNZ direct,rel C．SJMP rel D．ACALL addr11

2、16．寻址方式就是 C 的方式。

A．查找指令操作码 B．查找指令

C．查找指令操作数 D．查找指令操作码和操作数

3、下列指令判断若P1口最低位为高电平就转LP，否则就执行下一句的是 B 。

A．JNB P1.0，LP B．JB P1.0，LP C．JC P1.0，LP D．JNZ P1.0，LP

4、下列指令能能使累加器A的最高位置1的是 D 。

A．ANL A，#7FH B．ANL A，#80H C．ORL A，#7FH D．ORL A，#80H

5、下列指令能能使P1口的最低位置1的是 B 。

A．ANL P1，#80H B．ORL P1，#01H C．ORL P1，#0FFH D．ORL P1，#80H

6、MCS—51汇编语言指令格式中，唯一不可缺少的部分是 B 。

A．标号 B．操作码 C．操作数 D．注释

7、MCS—51指令包括操作码和操作数，其中操作数是指 D 。

A．参与操作的立即数 B．寄存器 C．操作数 D．操作数或操作数地址

8、设累加器A中为无符号数,B中数为2,下列指令 D 的作用与其它几条不同。

A ADD A,0E0H B MUL AB C RL A D RLC A

9、欲将P1口的高4位保留不变，低4位置1，可用指令 B 。

A ANL P1，#0F0H B ORL P1，#0FH

C XRL P1，#0FH D 以上三句都对

10、8051单片机的位寻址区位于内部RAM的 D 单元。

A 00H～7FH B 20H～7FH

C 00H～1FH D 20H～2FH

11、8051的程序计数器PC为16位计数器，其寻址范围是 D 。

A 8K B 16K C 32K D 64K

12、在单片机算术运算过程中，指令DA A常用于 C 运算。

A．二进制 B．加法 C．BCD码加法 D．十六进制

13、LJMP跳转空间最大可达到 D 。

A 2KB B 256B C 128B D 64KB

14、单片机能直接运行的程序叫 C 。

A 源程序 B 汇编程序 C目标程序 D编译程序

15、将内部数据存储单元的内容传送到累加器A中的指令是 C 。

A MOVX A，@R0 B MOV A, #data C MOV A，@R0 D MOVX A, @DPTR

三、分析下面程序并填空（每空1分，共25分）

1、程序填空

MOV A,#10H (A)=_10H___________MOV B,A (B)=_10H____________MOV A,B (A)=__10H___________ADD A,B (A)=__20H____________MOV 20H,A (20H)=___20H__________INC A (A)=_____21H________MOV 21H,A (21H)=_____21H________INC A (A)=________22H____MOV 22H,A (22H)=_______22H______

2、程序填空

MOV DPTR,#2000H (DPTR)=__2000H___________MOV A,#80H (A)=_______80H_____MOVX @DPTR,A (2000H)=___80H_________INC DPTR (DPTR)=____2001H________MOV A,#90H (A)=____90H________MOVX @DPTR,A (2001H)=___90H__________MOV DPTR,#2000H (DPTR)=____2000H________MOVX A,@DPTR (A)=_____80H________MOV B,A (B)=____80H_______INC DPTR (DPTR)=__2001H________MOVX A,@DPTR (A)=_______90H______

3、改正下列指令

MOV @R3,A MOV @R1,AMOV DPTR,A MOVX @DPTR,AINC @R3 INC R3DEC DPTR DEC R3ADDC #30H,A ADDC A,#30H

四、寻址方式（每题2分，共10分）

（说明8051单片机的下列各条指令中源操作数的寻址方式）

1．ANL A,20H 直接寻址2．ADDC A,#20H 立即寻址3．JZ rel 相对寻址4．CLR C 位寻址5．RR A 寄存器寻址

。

五、综合题（共20分）

1、编程将片内RAM30H单元开始的15个的数据传送到片外RAM3000H开始的单元中去。（10分）

MOV R0,#30H

MOV DPTR,#3000H

MOV R7,#15

LOOP: MOV A,@R0

MOVX @DPTR,A

INC R0

INC DPTR

DJNZ R7,LOOP

2、片内RAM40H开始的单元内有10个二进制数，编程找出其中最大值并存于50H单元中。（10分）

START: MOV R0,#40H ;数据块首地址送R0

MOV R7, _#9___ ;比较次数送R7

MOV A,@R0 ;取数送A

LOOP: INC R0

MOV _30H __,@R0 ;取数送30H

CJNE A,30H,NEXT ;（A）与（30H）相比

NEXT: __ JNC NEXT1_ ;(A)≥(30H)转NEXT1

__ MOV A,30H _ ;(A)＜(30H),大数送A

NEXT1: DJNZ R7,LOOP ;比较次数减1，不为0，继续比较

__MOV 50H,A___ ;比较结束，大数送50H

RET

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