第5章MCS-51的中斷系統

學習要點掌握中斷的工作原理中斷程序編寫1、生活中的中斷※看書過程中的電話響了課本頁※生活中的中斷現象就是正常的工作過程被外部的事件打斷了。2、單片機的中斷概念（什么是中斷？中斷的過程是什么？）類比5.1中斷的概念CPU正在執行程序時，單片機外部或內部發生的某一事件，請求CPU迅速去處理。CPU暫時中止當前的工作，轉到中斷服務處理程序處理所發生的事件。處理完該事件后，再回到原來被中止的地方，繼續原來的工作，這稱為中斷。CPU處理事件的過程，稱為CPU的中斷響應過程。

實時測控，單片機能及時地響應和處理單片機外部事件或內部事件所提出的中斷請求。采用中斷技術可以使多項任務共享一個資源，中斷技術實質就是資源共享技術。圖5-1所示。對事件的整個處理過程，稱為中斷處理（或中斷服務）。能夠實現中斷處理功能的部件稱為中斷系統；產生中斷的請求源稱為中斷（請求）源。中斷源向CPU提出的處理請求，稱為中斷請求(或中斷申請)。中斷方式優點：1）利用率提高。CPU可以分時地為多個IO設備服務。2）實時性增強。CPU能及時處理系統的隨機事件。3）可靠性提高。CPU能處理故障及掉電等突發事件。5.2MCS-51中斷系統的結構有5個中斷請求源，兩個中斷優先級，可兩級嵌套。中斷系統結構示意圖如下圖所示。

電氣開關5.3中斷請求源五個中斷請求源：（1）INT0*—外部中斷請求0，由引腳INT0*（P3.2）輸入，中斷請求標志為IE0。（2）INT1*—外部中斷請求1，由引腳INT1*（P3.3）輸入，中斷請求標志為IE1。（3）定時器/計數器T0溢出中斷請求，中斷請求標志為TF0。（4）定時器/計數器T1溢出中斷請求，中斷請求標志為TF1。（5）串行口中斷請求，中斷請求標志為TI或RI。由特殊功能寄存器TCON和SCON的相應位鎖存。TCON為定時器/計數器的控制寄存器，字節地址為88H。包含：（1）T0和T1的溢出中斷請求標志位TF1和TF0（2）外部中斷請求標志位IE1與IE0。格式如下所示：各標志位的功能：（1）IT0—選擇外部中斷請求0為跳沿觸發方式還是電平觸發方式：IT0=0，為電平觸發方式。

（中斷響應并不自動對IE0清零）

IT0=1，為跳沿觸發方式。（中斷響應自動對IE0清零）。（2）IE0—外部中斷請求0的中斷請求標志位。IE0=0，無中斷請求。IE0=1，外部中斷0有中斷請求。當CPU響應該中斷，轉向中斷服務程序時。（3）IT1—外部中斷請求1為跳沿觸發方式還是電平觸發方式，意義與IT0類似。（4）IE1—外部中斷請求1的中斷請求標志位，意義與IE0類似。（5）TF0—T0溢出中斷請求標志位。T0計數后，溢出時，由硬件置“1”TF0，向CPU申請中斷，CPU響應TF0中斷時，硬件自動清“0”TF0。（6）TF1—T1的溢出中斷請求標志位，功能和TF0類似。TR1、TR02個位與中斷無關?！?/p>

中斷標志的作用當使用某一中斷，將該中斷對應的中斷標志位置為高電平，用JB、JNB、JBC指令查詢，判斷有沒有中斷請求。當硬件連接上，與CPU的中斷請求信號相連，CPU允許，立即響應中斷。當MCS-51復位后，TCON被清0，則CPU關中斷，所有中斷請求被禁止。SCON為串行口控制寄存器，字節地址為98H。串行口的發送中斷和接收中斷的中斷請求標志TI和RI，格式如下：各標志位的功能：（1）TI—發送中斷請求標志位。串口每發送完一幀串行數據后，硬件自動置“1”TI。必須在中斷服務程序中用軟件對TI標志清“0”。

（2）RI—接收中斷請求標志位。串口接收完一個數據幀，硬件自動置“1”RI標志。必須在中斷服務程序中用軟件對RI標志清“0”。

5.4中斷控制

5.4.1中斷允許寄存器IE

CPU對中斷源的開放或屏蔽，由片內的中斷允許寄存器IE控制。字節地址為A8H，可位尋址。格式如下：IE對中斷的開放和關閉為兩級控制

總的開關中斷控制位EA（IE.7位）:EA=0，所有中斷請求被屏蔽。EA=1，CPU開放中斷，但五個中斷源的中斷請求是否允許，還要由IE中的5個中斷請求允許控制位決定。IE中各位的功能如下：（1）EA：中斷允許總控制位

0：CPU屏蔽所有的中斷請求(CPU關中斷)；

1：CPU開放所有中斷(CPU開中斷)。（2）ES：串行口中斷允許位

0：禁止串行口中斷；

1：允許串行口中斷。

（3）ET1：定時器/計數器T1的溢出中斷允許位

0：禁止T1溢出中斷；

1：允許T1溢出中斷。（4）EX1：外部中斷1中斷允許位

0：禁止外部中斷1中斷；

1：允許外部中斷1中斷。（5）ET0：定時器/計數器T0的溢出中斷允許位

0：禁止T0溢出中斷；

1：允許T0溢出中斷。（6）EX0：外部中斷0中斷允許位。

0：禁止外部中斷0中斷；

1：允許外部中斷0中斷。

MCS-51復位后，IE清0，所有中斷請求被禁止。若使某一個中斷源被允許中斷，除了IE相應的位被置“1”，還必須使EA位=1。改變IE的內容，可由位操作指令來實現，即：

SETBbit；CLRbit。例5-1若允許片內2個定時器/計數器中斷，禁止其它中斷源的中斷請求。編寫設置IE的相應程序段（1）用位操作指令來編寫如下程序段：

CLRES ；禁止串行口中斷 CLREX1 ；禁止外部中斷1中斷 CLREX0 ；禁止外部中斷0中斷

SETBET0；允許定時器/計數器T0中斷SETBET1；允許定時器/計數器T1中斷SETBEA；CPU開中斷（2）用字節操作指令來編寫：

MOVIE，#8AH或者用：

MOV0A8H，#8AH；A8H為IE寄存器字節地址5.4.2中斷優先級寄存器IP兩個中斷優先級，可實現兩級中斷嵌套。如圖5-6示。

中斷優先級寄存器IP，其字節地址為B8H。IP各個位的含義：（1）PS——串行口中斷優先級控制位

1：高優先級中斷；

0：低優先級中斷。（2）PT1——定時器T1中斷優先級控制位

1：高優先級中斷；

0：低優先級中斷。（3）PX1——外部中斷1中斷優先級控制位

1：高優先級中斷；

0：低優先級中斷。（4）PT0——定時器T0中斷優先級控制位

1：高優先級中斷；

0：低優先級中斷。（5）PX0——外部中斷0中斷優先級控制位

1：高優先級中斷；

0：低優先級中斷。

由軟件可改變各中斷源的中斷優先級。MCS-51的中斷系統有兩個不可尋址的“優先級激活觸發器”:一個用來指示某高優先級的中斷正在執行，所有后來的中斷均被阻止。另一個用來指示某低優先級的中斷正在執行，所有同級中斷都被阻止，但不阻斷高優先級的中斷請求。CPU同一時間只能響應一個中斷請求,在同時收到幾個同一優先級的中斷請求時，就必須有先有后！??！優先響應哪一個中斷，取決于內部的查詢順序(自然優先級)。查詢順序如下：

中斷源中斷級別

外部中斷0 最高 T0溢出中斷 外部中斷1 T1溢出中斷 串行口中斷 最低例5-2

設置IP寄存器的初始值，使2個外中斷請求為高優先級，其它中斷請求為低優先級。（1）用位操作指令

SETBPX0；2個外中斷為高優先級 SETBPX1 CLRPS；串口為低優先級中斷中斷優先原則：（概括為四句話）1)低級不打斷高級2)高級可打斷低級3)同級不能打斷，按先后依次響應4)同級、同時中斷，按自然優先級

CLRPT0；2個定時器/計數器低優先級中斷 CLRPT1（2）用字節操作指令

MOVIP，#05H 或： MOV0B8H，#05H；B8H為IP寄存器的字節地址5.5響應中斷請求的條件

CPU中斷處理過程分為三個階段：中斷響應、中斷處理和中斷返回。一個中斷請求被響應，需滿足以下必要條件：（1）IE寄存器中的中斷總允許位EA=1。（2）該中斷源發出中斷請求，即該中斷源對應的中斷請求標志為“1”。（3）該中斷源的中斷允許位=1，即該中斷沒有被屏蔽。（4）無同級或更高級中斷正在被服務。各中斷源服務程序的入口地址是固定的，如下所示：

中斷響應過程進入中斷響應周期。CPU在中斷響應周期要完成下列操作：（1）置位相應的優先級狀態觸發器，以標明所響應中斷的優先級（2）由硬件自動生成長調用指令:LCALLaddr16，并清除中斷源的中斷請求標志注意：串行口中斷請求的撤消須軟件清零；外部中斷請求為電平方式，在中斷返回前引腳上必須為高電平。（3）執行長調用指令，將PC的內容壓入堆棧以保護斷點，（4）將中斷入口地址裝入PC，轉入相應的中斷服務程序（5）中斷返回，先將優先級狀態觸發器清0，再將斷點地址送入PC，使程序返回到斷點處

中斷源入口地址

外部中斷0 0003H定時器/計數器T0 000BH 外部中斷1 0013H

定時器/計數器T1 001BH 串行口中斷 0023H例如中斷響應是有條件的，遇到下列三種情況之一時，中斷響應被封鎖：

（1）CPU正在處理同級的或更高優先級的中斷。（2）所查詢的機器周期不是當前正在執行指令的最后一個機器周期。只有在當前指令執行完畢后，才能進行中斷響應。外部中斷0申請PC內容入棧保護0003H裝入PC執行中斷程序

（3）正在執行的指令是RETI或是訪問IE或IP的指令。需要再去執行完一條指令，才能響應新的中斷請求。如果存在上述三種情況之一，CPU將丟棄中斷查詢結果，不能對中斷進行響應。5.6外部中斷的響應時間外部中斷的最短的響應時間為3個機器周期:（1）中斷請求標志位查詢占1個機器周期。（2）子程序調用指令LCALL轉到相應的中斷服務程序入口，需2個機器周期。外部中斷響應的最長的響應時間為8個機器周期：（1）發生在CPU進行中斷標志查詢時，剛好是開始執行RETI或是訪問IE或IP的指令，則需把當前指令執行完再繼續執行一條指令后，才能響應中斷，最長需2個機器周期。（2）接著再執行一條指令，按最長指令（乘法指令MUL和除法指令DIV）來算，也只有4個機器周期。（3）加上硬件子程序調用指令LCALL的執行，需要2個機器周期。所以，外部中斷響應最長時間為8個機器周期。如果已在處理同級或更高級中斷，響應時間無法計算。在一個單一中斷的系統里，MCS-51單片機對外部中斷請求的響應的時間總是在3～8個機器周期之間。5.7外部中斷的觸發方式選擇兩種觸發方式：電平觸發方式和跳沿觸發方式。5.7.1電平觸發方式外部中斷輸入線為電平，但在中斷服務程序返回之前，外部中斷請求輸入必須無效（即變為高電平），否則CPU返回主程序后會再次響應中斷。適于外中斷以低電平輸入且中斷服務程序能清除外部中斷請求（即外部中斷輸入電平又變為高電平）的情況。

5.7.2跳沿觸發方式

連續兩次采樣，前一個機器周期采樣到外部中斷輸入為高，下一個機器周期采樣為低，則中斷請求標志置“1”，直到CPU響應此中斷時，該標志才自動清0。這樣不會丟失中斷，但輸入的負脈沖寬度至少保持1個機器周期。5.8中斷請求的撤消1．定時器/計數器中斷請求的撤消

中斷請求被響應后。硬件會自動清TF0或TF1。2．外部中斷請求的撤消

（1）跳沿方式外部中斷請求的撤消是自動撤消的。（2）電平方式外部中斷請求的撤消:除了標志位清“0”之外，還需在中斷響應后把中斷請求信號引腳從低電平強制改變為高電平，如圖5-8所示。只要P1.0端輸出一個負脈沖就可以使D觸發器置“1”，從而撤消了低電平的中斷請求信號。所需的負脈沖可增加如下兩條指令得到：

ORLP1，#01H ；P1.0為“1” ANLP1，#0FEH ；P1.0為“0”

電平方式的外部中斷請求信號的完全撤消，是通過軟硬件相結合的方法來實現的。3．串行口中斷請求的撤消響應串行口的中斷后，CPU無法知道是接收中斷還是發送中斷，還需測試這兩個中斷標志位的狀態，以判定是接收操作還是發送操作，然后才能清除。所以串行口中斷請求的撤消只能用軟件清除

CLRTI；清TI標志位 CLRRI；清RI標志位5.9中斷服務程序的設計一、中斷服務程序設計的任務

基本任務：

（1）設置中斷允許控制寄存器IE。（2）設置中斷優先級寄存器IP。（3）對外中斷源，是采用電平觸發還是跳沿觸發。（4）編寫中斷服務程序，處理中斷請求。前3條一般放在主程序的初始化程序段中。例5-3

假設允許外部中斷0中斷，并設定它為高級中斷，其它中斷源為低級中斷，采用跳沿觸發方式。在主程序中編寫如下程序段：

SETBEA；CPU開中斷SETBET0；允許外中斷0產生中斷SETBPX0；外中斷0為高級中斷SETBIT0；外中斷0為跳沿觸發方式

二、采用中斷時的主程序結構常用的主程序結構如下：

ORG0000H LJMPMAIN

ORG中斷入口地址 LJMPINT

?

ORGXXXXHMAIN：主程序

INT：中斷服務程序三、中斷服務程序的流程

(1)因各入口地址之間只相隔8個字節，所以通常在中斷入口地址單元處存放—條無條件轉移指令，使中斷服務程序靈活地安排在64KB程序存儲器的任何空間。(2)若要在執行當前中斷程序時禁止更高優先級中斷，可先用軟件關閉CPU中斷，或禁止某中斷源中斷，在中斷返回前再開放中斷。(3)注意保護現場和恢復現場。(4）中斷服務程序的最后一條是返回指令RETI，該指令將清除響應中斷時被置位的優先級狀態觸發器，然后自動將斷點地址從棧頂彈出，裝入PC，使程序返回到被中斷的處，繼續向下執行。

例5-4

根據圖5-9的中斷服務程序流程，編出中斷服務程序。假設，現場保護只需將PSW和A的內容壓入堆棧中保護。典型的中斷服務程序如下：

INT： CLREA ；CPU關中斷

PUSHPSW ；現場保護

PUSHACC ； SETBEA ；CPU開中斷

中斷處理程序段

CLREA ；CPU關中斷

POPACC ；現場恢復

POPPSW

SETBEA ；CPU開中斷

RETI ；中斷返回，恢復斷點幾點說明：（1）現場保護僅涉及到PSW和A的內容，如還有其它需保護的內容，只需要在相應的位置再加幾條PUSH和POP指令即可。（2）“中斷處理程序段”，應根據任務的具體要求，來編寫。（3）如果本中斷服務程序不允許被其它的中斷所中斷?？蓪ⅰ爸袛嗵幚沓绦蚨巍鼻昂蟮摹癝ETBEA”和“CLREA”兩條指令去掉。（4）中斷服務程序的最后一條指令必須是返回指令RETI?！袛喑绦蛟O計的一般方法：(1)主程序中的中斷系統初始化1）設置中斷系統特殊功能寄存器（例中斷源的觸發方式）；2）設置中斷優先極；3）設置中斷允許寄存器（開中斷）；4）中斷服務程序的前期初始化（例如入口參數等）。(2)中斷響應與中斷服務程序一般中斷服務程序的結構包括：現場保護，處理程序，恢復程序，返回等。由于各中斷服務程序的入口地址之間只有8個字節的空間，因此一般在入口處要安排一轉移指令。

中斷程序設計中斷程序設計的一般格式ORG0000HLJMPMAIN；主程序ORG00YYHLJMPINT ；中斷服務程序ORGXXXXHMAIN：INT：………中斷初始化…RETI初始狀態設置：優先級、觸發方式開中斷：IE中斷服務程序先期初始化返回之前清中斷請求標志位（需要時）中斷應用前后要做的幾項工作

1、中斷初始化開中斷允許：必須選擇優先級：根據需要選擇，可有/可無設置控制位：INTx—觸發方式(ITx)Tx—TCON,TMOD,TRx,初值……RI/TI—SCON,REN,RB8,TB8,……2、中斷后進入中斷服務后：關中斷，保護現場，……退出中斷服務前：恢復現場,開中斷,設Tx的初值,清TI/RI,……中斷服務程序的最后一條指令必是RETI小結例1一個外部中斷源時的編程如圖所示電路，設外部中斷信號為負脈沖，引入外部中斷1引腳。要求每中斷一次,從P1.4~P1.7輸入外部開關狀態,然后從P1.0~P1.3輸出。

中斷應用程序舉例主程序如下：ORG0000HSJMPMAINORG0013HAJMPINT1 ；轉入服務程序ORG0030HMAIN:SETBIT1；設INT1為邊沿觸發

SETBEX1 ；允許INT1中斷

SETBEA；開放總允許

SJMP$中斷服務程序：INT1:ORLP1,#0F0H；

MOVA,P1；從P1口高4位輸入開關狀態

SWAPA；交換高、低4位

MOVP1,A；輸出

RETI

例2：AT89C51單片機的P3.2/INT0引腳接一個開關，模擬外部中斷源，編寫程序，當外部中斷發生時，對其作出響應（以發光二極管的燈的狀態來顯示）

外部中斷的初始化設置共有三項內容:

中斷總允許EA=“1”，外部中斷允許

EXi

=“1”（i=“0”或“1”），中斷方式設置。中斷方式設置一般有兩種方式，即電平方式和脈沖方式，本例選用脈沖方式，其前一次為高電平后一次為低電平時為有效中斷請求。因此，高電平狀態和低電平狀態至少維持一個周期，中斷請求信號由引腳INT0(P3.2)和INT1（P3.3）引入，本例由INT0(P3.2)引入。LED BIT P1.0LEDBUF BIT 30H ORG 0000H LJMP START ORG 0003HLJMP INTERRUPTORG0100HSTART:CLR LEDBUF CLR LED MOV TCON,#01H ;外部中斷0下降沿觸發

MOV IE,#81H ;打開外部中斷允許位（EX0）及總中斷允許位（EA）

LJMP $ ;等待中斷INTERRUPT: PUSH PSW ;保護現場

CPL LEDBUF ;取反LED MOV C,LEDBUF MOV LED,C POP PSW ;恢復現場

RETI

END5.10多外部中斷源系統設計兩個外部中斷請求源往往不夠用。5.10.1定時器/計數器作為外部中斷源的使用方法定時器/計數器選為計數器工作模式，T0（或T1）引腳上發生負跳變時，T0（或T1）計數器加1，利用該特性，可以把T0（或T1）引腳作為外部中斷請求輸入引腳，計數器初值設為FFH，TF0（或TF1）作為外部中斷請求標志。

ORG0000H AJMPMAIN；跳到初始化程序

ORG000BHLJMP:INTT0ORG0100H

MAIN: MOVTMOD，#06H；設置T0的工作方式 MOVT