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51单片机 中断实验 MCS-51的中断结构与控制

小编 2024-12-09 产品概述 23 0

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。

51单片机中断学习

一、中断的概念

CPU在处理某一事件A时,发生了另一事件B请求CPU迅速去处理(中断发生);

CPU暂时中断当前的工作,转去处理事件B(中断响应和中断服务);

待CPU将事件B处理完毕后,再回到原来事件A被中断的地方继续处理事件A(中断返回),这一过程称为中断

二、中断源

在51单片机中有5个中断源

中断号 优先级 中断源 中断入口地址

0 1(最高) 外部中断0 0003H

1 2 定时器0 000BH

2 3 外部中断1 0013H

3 4 定时器1 0018H

4 5 串口总段 0023H

三、中断寄存器

单片机有10个寄存器主要与中断程序的书写控制有关

1.中断允许控制寄存器IE

2.定时器控制寄存器TCON

3.串口控制寄存器SCON

4.中断优先控制寄存器IP

5.定时器工作方式控制寄存器TMOD

6.定时器初值赋予寄存器(TH0/TH1,TL0/TL1)

寄存器详细说明:http://blog.sina.com.cn/s/blog_a05b986d0101545c.html

四、寄存器功能与赋值说明

注:在用到中断时,必须要开总中断EA,即EA=1。 //开总中断

1.中断允许控制寄存器IE

EX0(EX1):外部中断允许控制位

EX0=1 外部中断0开关闭合 //开外部0中断

EX0=0 外部中断0开关断开

ET0(ET1):定时中断允许控制位

ET0=1 定时器中断0开关闭合 //开内部中断0

ET0=0 定时器中断0开关断开

ES: 串口中断允许控制位

ES=1 串口中断开关闭合 //开串口中断

ES=0 串口中断开关断开

2.定时器控制寄存器 TCON //控制外部中断和定时器中断

外部中断:

IE0(IE1):外部中断请求标志位

当INT0(INT1)引脚出现有效的请求信号,此位由单片机自动置1,cpu开始响应,处理终端,而当入

中断程序后由单片机自动置0.

//外部中断,即外部中断相应的引脚接入低电平或下降沿信号时,中断开始响应。

IT0(IT1):外部中断触发方式控制位 //选择有效信号

IT0(IT1)=1:脉冲触发方式,下降沿有效。

IT0(IT1)=0:电平触发方式,低电平有效。

内部中断:

TF0(TF1):内部定时器/计数器溢出中断标志位

当定时器、计数器计数溢出的时候,此位由单片机自动置1,cup开始响应,处理中断,而当进入中

断程序后由单片机自动置0.

//内部中断实际上就是利用内部的计数器,只不过提供计数的脉冲来自单片机自身。

TRO(TR1):定时器/计数器启动位 //启动定时器

TRO(TR1)=1; 启动定时器/计数器0

TR0(TR1)=0; 关闭定时器/计数器0

3.串口控制寄存器SCON

TI:串行口发送中断标志位

当单片机串口发送完一帧数据后,此位由单片机自动置1,而当进入中断服务程序后是不会自动清0的,

必须由用户在中断服务中用软件清0.

RI:串行口接收中断标志位

当单片机串口接收完一帧数据后,此位由单片机自动置1,而当进入中断服务程序后是不会自动清0的,

必须由用户在中断服务软件中用软件清0.

(IP以后补上,TMOD,TL0/TH0 在定时器/计数器中讲)

五、中断结构图:

六、定时器/计数器

1.计数的定义:

计数是指对外部事件进行计数,外部事件的发生以输入脉冲的形式表示,因此计数功能的实质就是对外来

的脉冲进行计数,在单片机中对应引脚T0和T1,两个脉冲输入端。

外部输入的脉冲在负跳变时有效(即外部脉冲由1变化到0),计数器加1.

2.定时器:

定时器是通过计数器的计数来实现的,不过此时的计数脉冲来自单片机的内部,因此定时器的实质是对内

部脉冲的计数,在单片机中,每个机器周期产生一次计数脉冲,计数器加1.

3.工作方式控制寄存器TMOD:

TMOD的低半字节(D0,D1,D2,D3)用来控制定时器/计数器0

TMOD的高半字节(D4,D5,D6,D7)用来控制定时器/计数器1

对TMOD中的内容说明:

GATE——门控制。

GATE=1时,由外部中断引脚INT0、INT1来启动定时器T0、T1。

当INT0引脚为高电平时TR0置位,启动定时器T0;

当INT1引脚为高电平时TR1置位,启动定时器T1。

GATE=0时,仅由TR0,TR1置位分别启动定时器T0、T1。

C/T——功能选择位

C/T=0时为定时功能,C/T=1时为计数功能。

M0、M1——方式选择功能

由于有2位,因此有4种工作方式

4.根据单片机晶振,所选TMOD的的工作方式,所要定的时间,来确定THO和TLO所要赋予的初值

(以12M晶振,工作方式1,16位计数器为例,设所定时间为Xus(16为计数器最大数65536,即65536us,若所

定时间大于65535,则要用if语句控制,现假设X<65535))

1.时钟周期的时间t=1/12M=1/12 us

2.机器周期的时间T=12*1/12=1 us

3.因为每经过一个机器周期计数器+1,所以,计数器+1,经过的时间为 1 us。

若所定时间为X,则要求经过Xus,中断响应,又因为16为计数器要全部置1(即达到65535)+1后,中断才会

响应,所以,初值=(65536-X)

4.将初值转化为16进制码,分别付给THO和TLO

eg:所定时间5ms

初值=(65536-5000)=60536=EC78

TH0=0XEC; TL0=0X78;

(当工作方式不同时,TH0/TL0的赋值也不同,个人觉得有了16位计数器了,其余的没什么用,不介绍了)

5.写程序时另一种THO/TLO赋值方法

TH0=(65536-20000)/256;

TL0=(65536-20000)%6;

这样设置,每经过20ms,发生一次中断,中断时间一般以秒为单位,所以经过n次中断即可。

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