1、5.1 中斷的概念中斷：是指中央處理器CPU正在執(zhí)行程序，處理某件事情的時候，外部發(fā)生了某一事件請求CPU馬上處理，CPU暫時中斷當前的工作轉(zhuǎn)入處理所發(fā)生的事件，處理完以后，再返回到原來被中斷的地方，繼續(xù)原來的工作。能夠?qū)崿F(xiàn)中斷處理功能的部件稱為中斷系統(tǒng)。向CPU 提出中斷請求的源稱為中斷源。中斷源向CPU 提出的處理請求，稱為中斷請求或中斷申請。CPU 同意處理該請求稱為中斷響應(yīng)，處理中斷請求的程序稱為中斷服務(wù)子程序。當CPU暫時終止正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)子程序時，除了硬件自動把斷點PC值（即下一條應(yīng)執(zhí)行的指令地址)壓入堆棧之外，用戶應(yīng)注意保護有關(guān)的工作寄存器、累加器、標志位等信息

2、，這稱為保護現(xiàn)場； 在完成中斷服務(wù)子程序后，恢復(fù)有關(guān)的工作寄存器、累加器、標志位的內(nèi)容，稱為恢復(fù)現(xiàn)場；最后執(zhí)行中斷返回指令RETI，從堆棧中自動彈出斷點地址PC，繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序，稱為中斷返回。優(yōu)先權(quán)：給各中斷源規(guī)定一個優(yōu)先級別，稱為優(yōu)先權(quán)。當兩個或者兩個以上的中斷源同時提出中斷請求時，計算機首先為優(yōu)先權(quán)最高的中斷源服務(wù)，服務(wù)結(jié)束后再響應(yīng)級別較低的中斷源。計算機按中斷源級別高低逐次響應(yīng)的過程稱優(yōu)先權(quán)排隊。這個過程可以通過硬件電路來實現(xiàn)，也可以通過程序查詢來實現(xiàn)。 中斷嵌套： 當CPU響應(yīng)某一中斷的請求而進行中斷處理時，若有優(yōu)先權(quán)級別更高的中斷源發(fā)出中斷申請，CPU則中斷正在進行的中斷服務(wù)程

3、序，并保留這個程序的斷點，響應(yīng)高級中斷，在高級中斷處理完以后，再繼續(xù)執(zhí)行被中斷的中斷服務(wù)程序（如圖5-1(b)所示）。中斷申請的中斷源的優(yōu)先權(quán)級別與正在處理的中斷源同級或更低時，CPU暫時不響應(yīng)這個中斷申請，直至正在處理的中斷服務(wù)程序執(zhí)行完以后才去處理新的中斷申請。5.2 MCS-51中斷系統(tǒng)MCS-51 單片機的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)隨型號的不同而不同，包括中斷源數(shù)目，中斷優(yōu)先級、中斷控制寄存器都有差異。典型的89C51單片機有5個中斷源，具有2個中斷優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷嵌套。每一個中斷源可以設(shè)置為高優(yōu)先級或低優(yōu)先級中斷，允許或禁止向CPU申請中斷。89C51的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖5-2所示。5.2.

4、1 MCS-51中斷源8051有5個中斷源：2個是引腳(P3.2)、(P3.3)輸入的外部中斷源；3個是內(nèi)部中斷源，它們是定時器T0、T1和串行口的中斷請求源。(1)外部中斷源上輸入的兩個外部中斷標志和觸發(fā)方式控制位在特殊功能寄存器TCON的低4位（見表5-1）。IE1：外部中斷1請求源（INT1，P3.3）標志。IE11表明外部中斷1正在向CPU申請中斷。當CPU響應(yīng)該中斷時由硬件清“0”IE1（邊沿觸發(fā)方式）。IT1：外部中斷1觸發(fā)方式控制位。 ITl0：外部中斷1為電平觸發(fā)方式。這種方式下，INT1 端輸入低電平時，置位IE1，CPU在每個周期都采樣INT1引腳的輸入電平，當采樣到低電平

5、時，置“1” IE1，采樣到高電平時清“0”IE1。采用電平觸發(fā)方式時，外部中斷源信號必須保持低電平信號有效，直到該中斷被CPU響應(yīng)，同時在該中斷服務(wù)程序執(zhí)行完之前，外部中斷源必須被清除，否則將產(chǎn)生另一次中斷。 ITl1，外部中斷1控制為邊沿（先高后低的負跳變）觸發(fā)方式。這種方式CPU在每一個周期采樣引腳的輸入電平。如果相繼的兩次采樣，前一個周期采樣到INT1為高電平，后一個周期采樣到INT1為低電平，則置“1”IE1。IE1=1表示外部中斷1正在向CPU申請中斷，直到該中斷CPU響應(yīng)時，才由硬件清“0”IE1。因為每個機器周期采樣一次外部中斷輸入電平，因此采用邊沿觸發(fā)方式時，外部中斷源輸入的

6、高電平和低電平的時間必須保持12個時鐘周期以上，才能保證被CPU檢測到從高到低的跳變。IE0：外部中斷0請求源（INT0，P3.2）標志。 IE0=1外部中斷0向CPU請求中斷當CPU,響應(yīng)該中斷時由硬件清“0”IE0（邊沿觸發(fā)方式）。IT0:外部中斷0觸發(fā)方式控制，其控制方式與外部中斷1類似。IT0=0：外部中斷0為電平觸發(fā)方式。IT0=1：外部中斷0為邊沿觸發(fā)方式。（2）定時器T0、T1中斷源TF1和TF0分別為定時器T1和T0的溢出標志。（2）定時器T0、T1中斷源TF1和TF0分別為定時器T1和T0的溢出標志。 TFl：T1溢出中斷標志。T1被啟動計數(shù)后，從初值開始加1計數(shù)，直至計滿溢

7、出后，由硬件使TFll，向CPU請求中斷，此標志一直保持到CPU響應(yīng)中斷后，才由硬件自動清“0”。也可用軟件查詢該標志，并由軟件清“0”。TF0：T0溢出中斷標志。其操作功能類似于TF1。（3）串行口中斷請求源SCON 為串行口控制寄存器，其低2 位鎖定串行口的發(fā)送中斷和接收中斷的中斷請求標志TI和RI TI：串行發(fā)送中斷標志。CPU將一個字節(jié)數(shù)據(jù)寫入發(fā)送緩沖器SBUF后啟動發(fā)送，每發(fā)送完一個串行幀，硬件置位TI。TI標志由軟件清除。 RI：串行接收中斷標志。在串行口允許接收時，每接收完一個串行幀，硬件置位RI。RI標志由軟件清除。 5.2.2 中斷控制1中斷允許寄存器IE(某位“1允許，“0

8、”禁止）EA：中斷允許總控制ES：串行口中斷允許位ET1：定時/計數(shù)器T1的溢出中斷允許位。EX1：外部中斷1中斷允許位ET0：定時/計數(shù)器T0 的溢出中斷允許位。EX0：中斷0中斷允許位。2中斷優(yōu)先級寄存器IPMCS51 單片機有兩個中斷優(yōu)先級，對于每一個中斷請求源可編程為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷。專用寄存器IP統(tǒng)一管理中斷優(yōu)先級，它具有兩個中斷優(yōu)先級，由軟件設(shè)置每個中斷源為高優(yōu)先級中斷或低優(yōu)先級中斷，并可實現(xiàn)兩級中斷嵌套。高優(yōu)先級中斷源可以中斷正在執(zhí)行的低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序，除非在執(zhí)行低優(yōu)先級中斷服務(wù)程序時設(shè)置了CPU關(guān)中斷或禁止某些高優(yōu)先級中斷源的中斷。同級或低優(yōu)先級的中斷源不能中斷正

9、在執(zhí)行的中斷服務(wù)程序。如果IP中優(yōu)先級別相同，CPU將采用默認優(yōu)先級處理中斷。 默認優(yōu)先級由硬件形成，排列次序如下： 中斷源 默認優(yōu)先級外部中斷0 最高級定時器T0 外部中斷1 定時器T0串行口中斷 最低級當重新設(shè)置優(yōu)先級時，則順序查詢邏輯電路將會改變相應(yīng)排隊順序。例如，給中斷優(yōu)先級寄存器IP中設(shè)置的優(yōu)先級控制字為11H，則PS和PX0均為高優(yōu)先級中斷。當這兩個中斷源同時發(fā)出中斷申請時，CPU將先響應(yīng)自然優(yōu)先級高的PX0的中斷申請，而后響應(yīng)自然優(yōu)先級低的PS的中斷申請。 中斷優(yōu)先級寄存器IP 各位的功能如表5-4所列（某位為1，設(shè)置為高優(yōu)先級） PS：串行口中斷優(yōu)先級控制位PT1：定時/計數(shù)器

10、T1中斷優(yōu)先級控制位PX1：外部中斷1中斷優(yōu)先級控制位PT0：定時器T0中斷優(yōu)先級控制位PX0：外部中斷0 中斷優(yōu)先級控制位5.2.3 中斷處理1中斷響應(yīng)過程CPU 在每一個機器周期順序檢查每一個中斷源。并按優(yōu)先級處理每個被激活的中斷請求，如果沒有被下述條件所阻止，將在下一個機器周期響應(yīng)激活了的最高級中斷請求。（1）CPU 正在處理相同的或更高優(yōu)先級的中斷；（2）現(xiàn)行的機器周期不是所執(zhí)行指令的最后個機器周期；（3）正在執(zhí)行的指令是RETI 或是訪問IE或IP的指令（CPU 在執(zhí)行RETI 或訪問IE、IP 的指令后，至少需要再執(zhí)行一條指令才會響應(yīng)新的中斷請求）。如果上述條件中有一個存在，CPU

11、將丟棄中斷查詢結(jié)果；若一個條件都不存在，將在緊接著的下一個周期執(zhí)行中斷查詢結(jié)果。CPU響應(yīng)中斷時，先置位相應(yīng)的中斷優(yōu)先級狀態(tài)觸發(fā)器（該觸發(fā)器指出CPU開始處理中斷的級別），然后執(zhí)行一條硬件子程序調(diào)用，使控制轉(zhuǎn)移到相應(yīng)的中斷入口，清“0”中斷請求源申請標志（TI、RI除外）。接著把PC值壓入堆棧，將被響應(yīng)的中斷服務(wù)程序的入口地址送入PC。MCS-51系列單片機5個中斷服務(wù)程序入口地址如表5-4，由于5個地址之間僅隔8個單元，用于存放中斷服務(wù)程序往往不夠用，因此通常也在這里放一條絕對轉(zhuǎn)移指令，轉(zhuǎn)到真正的中斷服務(wù)程序。 CPU執(zhí)行中斷服務(wù)程序一直到RETI指令為止。RETI指令是表示中斷服務(wù)程序的結(jié)

12、束，CPU執(zhí)行完這條指令后，清“0”響應(yīng)中斷時所設(shè)置的優(yōu)先級觸發(fā)器，然后從堆棧中彈出棧頂?shù)膬蓚€字節(jié)到PC，CPU從原來被中斷處繼續(xù)執(zhí)行被中斷的程序。由此可見，用戶的中斷服務(wù)程序必須加上返回指令RETI指令，CPU的現(xiàn)場保護和恢復(fù)必須由用戶中斷服務(wù)程序處理。CPU響應(yīng)某中斷請求后，在中斷返回前，應(yīng)該撤消該中斷請求，否則會引起另一次中斷。（1）定時器0或1溢出中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，中斷請求由硬件自動撤除。（2）邊沿激活的外部中斷，CPU在響應(yīng)中斷后，硬件自動清除有關(guān)的中斷請求。（3）串行口中斷，CPU響應(yīng)中斷后，靠軟件來清除相應(yīng)的標志。（4）電平觸發(fā)的外部中斷撤除。在電平觸發(fā)方式下，外部中斷標

13、志IE0或IE1是依靠CPU檢測 或 上的低電平置位的。盡管CPU在響應(yīng)中斷時能由硬件自動復(fù)位IE0或IE1，但若外部中斷源不能及時撤除或上的低電平，就會使已經(jīng)復(fù)位的IE0或IE1再次置位，這是絕對不允許的。因此電平觸發(fā)型外部中斷請求的撤除必須使或隨著其中斷的響應(yīng)而變?yōu)楦唠娖健D5-3是撤除電平觸發(fā)中斷的可行的方案。 圖中觸發(fā)器的作用是鎖存外部中斷請求的低電平信號，并由Q端輸出到供CPU檢測。D觸發(fā)器的異步置位端接單片機的P1.0，此端口平時為“1”，對D觸發(fā)器輸出無影響。當中斷響應(yīng)后，為了撤除中斷請求，只要在P1.0上輸出一個負脈沖，使觸發(fā)器置“1”，就可以撤除低電平的中斷請求。負脈沖信號可

14、以用下面兩條指令實現(xiàn)。ANL Pl，# 0FEHORL P1，# 01H執(zhí)行第一條指令使P1.0輸出為“0”，其持續(xù)時間為2個機器周期，足以使D觸發(fā)器置位，從而撤除中斷請求。執(zhí)行第二條指令使P1.0變?yōu)椤?”，否則D觸發(fā)器的S端始終有效，INT0端始終為“1”，無法再次申請中斷。5.3 中斷應(yīng)用程序舉例中斷程序一般包含中斷控制程序（即中斷初始化程序）和中斷服務(wù)程序兩部分。（1）中斷初始化程序 中斷初始化程序?qū)嵸|(zhì)上就是對TCON、SCON、IE和IP寄存器的管理和控制。只要這些寄存器的相應(yīng)位按照要求進行了狀態(tài)預(yù)置，CPU就會按照用戶的意圖對中斷源進行管理和控制。中斷初始化程序一般不獨立編寫，而是

15、包含在主程序中，根據(jù)需要進行編寫。中斷初始化程序需完成以下操作：1）開中斷；2）某一中斷源中斷請求的允許與禁止(屏蔽)；3）確定各中斷源的優(yōu)先級別；4）若是外部中斷請求，則要設(shè)定觸發(fā)方式是電平觸發(fā)還是邊沿觸發(fā)。 【例5.1】 假設(shè)規(guī)定外部中斷0為電平觸發(fā)方式，高優(yōu)先級，試寫出有關(guān)的初始化程序。解：可用兩種方法完成。 方法1，用位操作指令完成：SETB EA ；開中斷允許總控制位SETB EX0 ；外中斷0開中斷SETB PX0；外中斷0高優(yōu)先級CLR IT0；電平觸發(fā) 方法2，用其它指令也可完成同樣功能：MOV IE，#81H；同時置位EA和EX0ORL IP，#01H；置位PX0ANL TC

16、ON，#0FEH；使IT0為0（2）中斷服務(wù)程序 中斷服務(wù)程序是一種為中斷源的特定任務(wù)而編寫的獨立程序，以中斷返回指令RETI結(jié)束。中斷服務(wù)程序結(jié)束后返回到原來被中斷的地方(即斷點)，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。中斷服務(wù)程序和子程序一樣，在調(diào)用和返回時，也有一個保護斷點和現(xiàn)場的問題。在中斷響應(yīng)過程中，斷點的保護主要由硬件電路自動實現(xiàn)。它將斷點壓人堆棧，再將中斷服務(wù)程序的入口地址送入程序計數(shù)器PC，使程序轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序。中斷處理時現(xiàn)場保護由中斷服務(wù)程序來完成。現(xiàn)場一般包括累加器A、工作寄存器R0R7以及程序狀態(tài)字PSW等。保護現(xiàn)場和恢復(fù)現(xiàn)場一般采用 PUSH和POP指令來實現(xiàn)。 此外，在編寫中斷服務(wù)程

17、序時還應(yīng)注意以下三點：1）各中斷源入口地址之間只相隔8個字節(jié)。中斷服務(wù)程序放在此處，一般容量是不夠的。常用的方法是在中斷入口地址單元處，存放條無條件轉(zhuǎn)移指令，如“LJMP Address”，使程序跳轉(zhuǎn)到用戶安排的中斷服務(wù)程序起始地址去。 2）在執(zhí)行當前中斷程序時，為了禁止更高優(yōu)先級中斷源的中斷請求，可先用軟件關(guān)閉CPU中斷，或屏蔽更高級中斷源的中斷，在中斷返回前再開放被關(guān)閉或被屏蔽的中斷。3）在多級中斷情況下，應(yīng)在保護現(xiàn)場之前關(guān)掉中斷，在恢復(fù)現(xiàn)場之后打開中斷。如果在中斷處理時允許有更高級的中斷打斷它，則在保護現(xiàn)場之后開中斷，恢復(fù)現(xiàn)場之前關(guān)中斷。 【例5.2】設(shè)在主程序中用到了寄存器PSW、AC

18、C、B、DPTR，而在執(zhí)行中斷服務(wù)程序時需要用到這些寄存器。試編寫程序在中斷服務(wù)程序中對這些寄存器加以保護。SERVICE：PUSHPSW；保護程序狀態(tài)字PUSHACC；保護累加器APUSHB；保護寄存器BPUSHDPL；保護數(shù)據(jù)指針低字節(jié)PUSHDPH；保護數(shù)據(jù)指針高字節(jié) ；中斷處理POPDPH；恢復(fù)現(xiàn)場 POPDPL POP BPOPACCPOPPSWRETI 5.3】圖5-4為多個故障顯示電路，當系統(tǒng)無故障時，4個故障源輸入端X1X4全為低電平，顯示燈全滅；當某部分出現(xiàn)故障，其對應(yīng)的輸入由低電平變?yōu)楦唠娖剑瑥亩餗CS51單片機中斷，中斷服務(wù)程序的任務(wù)是判定故障源，并用對應(yīng)的發(fā)光二極管LED1LED4進行顯示。ORG 0000H；程序開始AJMP MAIN；轉(zhuǎn)主程序ORG 0003H；外部中斷INT0入口地址 AJMP SE