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

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。

相关问答

[最佳回答]一,选择题1.当CPU响应外部中断0后,PC的值是(A)A.0003HB.2000HC.000BHD.3000H2.当MCS-51复位时,下面说法准确的是(A)A.PC=0000HB....

51系列单片机中断响应的条件是:无同级或高级中断正在服务。现行指令执行到最后1个机器周期且已结束。若现行指令为RETI或需访问特殊功能寄存器IE或IP的指令...

51单片机中断返回的方法是将程序将要执行还没执行到的那段指令的地址存到堆栈里面,就是SP的值说指向的那块存储空间,然后SP的值自加或自减(不同单片机.)..当中...

51系列中断有五个中断源两个外部中断,两个定时器和一个串口。中断是为高优先级事件,提供优先处理的权利。如外部事件,定时中断等。51系列中断有五个中断源...

MCS51单片机的中断系统由中断源、中断允许控制、中断优先级控制和中断向量组成。中断源的意思是哪些事件可以触发中断,比方说,外部中断、定时器中断、通讯中...

[最佳回答]1.MCS-51系列单片机为(8)位单片机.2.8051单片机有两种复位方式,既上电复位和手动复位.复位后SP=(07H),PC=(0000H),PSW=(00H),P0=(F...

mcs-51单片机有5个中断源,分别为:1.外部中断0(INT0):默认中断级别最高,中断入口地址0003H;2.定时/计数器0(T1):默认中断级别第2,中断入口地址000BH;3.外....

1、打开KeilμVision编译器,新建一个工程,然后保存在硬盘上的位置,然后选择Atmel-AT89C51单片机为模型,并添加STARTUP.A51文件,然后在当前目录下新建一个C...

在使用51单片机中断检测编码器时,需要将编码器的A、B相信号接到单片机的外部中断口,然后通过编程设置外部中断的触发方式和中断服务程序。当编码器发生旋转时...

mcs-51单片机的中断源是通过在中断服务程序中对相应的中断源进行清零来实现的。1.该单片机内部有多种中断源,这些中断源通过不同的寄存器控制开启或关闭。当...