单片机原理及实用技术第5章中断系统及应用课件

第5章 中断系统及应用
5. 时基信号中断
SPCE061A单片机提供了多组时基信号能作为中断源。 时基信号来自实时时钟32 768 Hz，输出有通过选频逻辑的 TMB1、TMB2信号和直接从时基计数器溢出的各种实时时基 信号，在开启时基信号中断的情况下，有时基信号时，便发 出 时 基 信 号 中 断 申 请 ， CPU 查 询 到 有 中 断 请 求 后 ， 置 位 P_INT_Ctrl中相应的中断请求标志位，在中断服务程序中通 过测试P_INT_Ctrl来确定是哪个频率的时基信号产生的中断 请求。
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3. 事件中断
事件中断简称中断，以下提到的中断均为事件中断，一般 产生于片内某部件或由外设中断输入引脚引入的某个事件，这 种中断的开放/屏蔽由对应位和相应的IRQ或FIQ总使能控制， 由软件设置。
事件中断可采用两种方式：快速中断请求(FIQ)和中断请 求(IRQ)，这两种中断都由相应的总使能来控制。
保留字 _FIQ/_IRQ0 _FIQ/_IRQ1 _FIQ/_IRQ2
FFFBH
_IRQ3
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4096Hz 时基信号 2048Hz 时基信号 1024Hz 时基信号
4Hz 时基信号 2Hz 时基信号 频选信号TMB1 频选信号TMB2 UART 串行通信中断
IRQ4
IRQ5 IRQ6 IRQ7
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中断系统
1
EXT1
EXT2 (下 降 沿 )
运算放大器
IOB2 ( I O B3 )
R
IOB4 C ( I O B5 )
图5.3 IOB2、IOB4或IOB3、IOB5之间的反馈结构
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3. 串行通信口中断
串行通信口中断由SPCE061A内部串行通信口中断源产生。 串行通信口中断分为串行口发送中断和接收中断两种，共用一 个中断向量。因此，在进入串行通信口中断服务程序后，需要 判断是接收中断还是发送中断。
2) 清中断标志寄存器 P_INT_Clear (写)(7011H)
清中断标志寄存器用于清除中断控制标志位。当CPU响应 中断后中断标志仍为1，硬件并不自动清除该标志，当进入中 断服务程序后，必须将其控制标志清零，否则，CPU还会响应 该中断。
P_INT_Clear寄存器的每一位对应一个中断源(如表5.2所 示，具体位置与中断控制寄存器相同)，如果想清除某个中断 标志，只要将该寄存器中对应位置1，即可清除该中断标志。 该寄存器只有写的属性，读该寄存器是无任何意义的。
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1. 中断
5.1 概 述
中断是指计算机在执行某一程序的过程中，由于计算机系统内、 外的某种原因而必须终止原程序的执行，转去完成相应的处理程 序，待处理结束之后再返回继续执行被终止原程序的过程。
中断技术能实现CPU与外部设备的并行工作，提高CPU的利 用率及数据的输入/输出效率，能及时发现计算机运行过程中的 突发事件并自动处理，如计算机对外部事件、硬件故障、运算错 误、定时器溢出等做出响应。触键唤醒中断能使我们通过键盘发 出申请，随时对运行中的CPU提出请求，转而完成一些必须马上 处理的事件。
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当串行通信口发送/接收完一组串行数据时，自动使串行 通信口控制寄存器P_UART_Command2中的TxReady和 RxReady中断标志置位，并向CPU发出中断请求，CPU响应串 行通信口中断后，转入中断服务程序执行。因此，只要在串行 通信口中断服务程序中，安排一段对P_UART_Command2寄存 器的TxReady和RxReady中断标志位的状态判断程序，便可区 分发生了接收中断还是发送中断请求。当然串行传输中既可以 使用中断方式收发数据，也可通过查询TxReady和RxReady中 断标志位的状态收发数据。串行通信口接收、发送端为B口的 IOB7(RxD)和IOB10(TxD)两个复用脚。
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2. 中断源 中断源是指在计算机系统中向CPU发出中断请求的事件。
中断源可以是人为设定的，也可以是突发的随机事件。如定 时器中断就是由定时器溢出产生的中断。
第5章 中断系统及应用 3. 中断优先级
由于在实际应用系统中往往有多个中断源，且中断申请是 随机的，有时还可能会有多个中断源同时提出中断申请，但 CPU一次只能响应一个中断源发出的中断请求，这时CPU响应 哪个中断请求，就需要用软件或硬件按中断源工作性质的轻重 缓急给它们安排一个优先顺序，即所谓的优先级排队。中断优 先级越高则响应优先权就越高。当CPU正在执行中断服务程序 时，又有中断优先级更高的中断申请产生，CPU就会暂停原来 的中断处理程序而转去处理优先级更高的中断请求，处理完毕 后再返回原低级中断服务程序，这一过程称为中断嵌套，具有 这种功能的中断系统称为多级中断系统。没有中断嵌套功能的 则称为单级中断系统。
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5.2 SPCE061A中断系统
5.2.1 中断类型
1. 软件中断
软件中断是由软件指令break 产生的中断，软件中断的向 量地址为FFF5H。
2. 异常中断
异常中断是非常重要的事件，该中断一旦发生，CPU必须 立即进行处理。目前，SPCE061A定义的异常中断只有复位一 种。通常系统复位可以由以下三种情况引起：上电、看门狗计 数器溢出和系统电源电压低于限值。不论什么情况引起复位， 都会使复位引脚的电位变低，进而使程序指针PC指向由复位向 量FFF7H所指的系统复位程序入口地址。
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(3) 中断服务。通过执行中断服务程序完成相应的功能。
(4) 清除中断标志位。CPU响应中断后，要请除相应的中 断请求标志位，以免CPU再次响应该中断。
(5) 恢复现场。中断服务完成后，返回之前要用弹出堆栈 指令使保护在堆栈中的数据和寄存器的值弹出，以实现恢复 原有数据的目的。
中断系统 EXT1 EXT2
(负跳沿)
IOB2 (IOB3) 负跳沿触发
图5.2 外部中断信号
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EXT1、EXT2可以由外部单脉冲产生中断请求信号，也可 以通过接入相应的阻容元件实现定时中断。
在IOB2和IOB4之间以及IOB3和IOB5之间分别接入两个反 馈电路，外接RC振荡器做外部定时中断使用，如图5.3所示， 此时，外部中断的反馈电路使用四个管脚(B口的IOB2、IOB3、 IOB4和IOB5引脚)，其中IOB4和IOB5主要用来组成RC反馈电 路，通过IOB2和IOB4之间(或者IOB3和IOB5之间)增加一个RC 振荡电路，便可在EXT1(或EXT2)端得到振荡信号作为外中断 触发信号。为使反馈电路正常工作，必须将IOB2(或IOB3)设置 为反相输出方式，IOB4(或IOB5)设置为输入方式。
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表5.2 中断控制寄存器功能表
中断控制位 中断向量
中断源
B15
FIQ_Fosc/1024
B14
FFF6H IRQ0_Fosc/1024
B13
FIQ_ TMA
B12
FFF8H IRQ1_TMA
B11
FFF9H FIQ_TMB
B10
FFFAH IRQ2_TMB
说明 Fosc/1024：系统时钟1024分频 定时器A溢出信号 定时器B溢出信号
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CPU正 在
CPU执 行
CPU执 行
执行的
低级中断
高级中断
主
程 响
序 应低
级
中
服务程序 断请求
相应
高
服 级中
务 断
程 请
序 求
返回主程序
继续执行 主程序
返回低级中断程序
图5.1 中断嵌套示意图
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4. 中断响应过程
中断响应过程有以下几步：
(1) 检测中断。在每一条指令结束后，系统自动检测中断 请求信号，如果有中断请求且相应的中断允许位为真(允许中 断)时，则响应中断。
FFFCH
FFFDH FFFEH FFFFH
_IRQ4 _IRQ5 _IRQ6 _IRQ7
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1. 定时器中断
定时器中断由单片机内部定时器TimerA和TimerB产生。 在定时脉冲作用下从预置数单元初值开始加1计数，当计数为 0xFFFFH时，再加1便产生溢出，向CPU提出中断请求，以表 明定时器的定时时间到，定时时间可通过程序设定，通常用 于需要进行定时控制的场合。
(2) 保护现场。CPU一旦响应中断，中断系统会自动保存 当前内容PC和SR寄存器内容(通过入栈完成)，执行中断服务 程序，中断服务程序还可以通过压入堆栈来保护原程序中用 到的数据和寄存器的值。保护现场前一般要关中断，以防止 现场保护过程中有高优先级中断发生而破坏现场保护。保护 现场一般是用堆栈指令将原程序中用到的寄存器压入堆栈， 现场保护之后要开中断，以便响应更高优先级的中断申请。
注意：在恢复现场前要关中断，以防止恢复现场过程中 再有中断响应破坏恢复现场。现场恢复后应及时开中断。
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(6) 中断返回。此时CPU将PC指针和SR内容弹出堆栈恢复 断点，从而使CPU继续执行刚才被中断的程序。
在单片机中，中断技术主要用于实时控制和及时处理外 部突发事件。要求计算机能及时响应被控对象提出的分析计 算和控制等请求，使被控对象保持在最佳工作状态，以达到 预定的控制效果。由于这些控制参量的请求都是随机发生的， 而且要求单片机必须做出快速响应并及时处理，对此只有利 用中断技术才能实现。
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B9
B8
FFFBH
B7
B6
B5
FFFCH
B4
B3 FFFDH
B2
B1 FFFEH
B0
FFF7H
FFFFH
FFF5H
IRQ3_EXT2 IRQ3_EXT1 IRQ3_KEY IRQ4_4 kHz IRQ4_2 kHz IRQ4_1 kHz IRQ5_4 Hz IRQ5_2 Hz IRQ6_TMB1 IRQ6_TMB2 RESET UART IRQ BREAK
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5.2.2 中断源
表5.1 中断源列表
中断源 Fosc/1024溢出信号 PWMINT 音频输出 TimerA 溢出信号
Tim部信号输入EXT1
触键唤醒信号
中断优先级 FIQ/IRQ0 FIQ /IRQ1 FIQ /IRQ2
IRQ3
中断向量 FFF6H/FFF8H FFF6H/FFF9H FFF6H/FFFAH
第5章 中断系统及应用 5.2.3 中断控制
1. 中断控制寄存器 SPCE061A 单片机对中断源的开放和屏蔽以及每个中断源 是否被允许中断，都受中断允许寄存器P_INT_Ctrl和一些中断 控制指令的控制。下面分别作一介绍。
1) 中断控制寄存器 P_INT_Ctrl(读/写)(7010H) P_INT_Ctrl 控制单元具有读/写属性，其读写时表达的意 义不同。中断控制寄存器功能如表5.2所示。
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4. 触键唤醒中断
当系统执行睡眠命令时，CPU便关闭PLL倍频电路，停止 CPU时钟，使系统进入睡眠状态。系统处于睡眠状态时，通 过IOA口低八位接的键盘给出唤醒信号，使系统接通PLL倍频 电路，启动CPU 时钟，将系统从睡眠状态转到工作状态， CPU从睡眠处继续执行程序。与此同时产生一个IRQ3_KEY中 断请求，进入唤醒中断。一般来讲，中断系统提供的中断源 FIQ(TMA)、IRQ1～IRQ7均可作为系统的唤醒源，作为定时 唤醒系统。
外部信号 2 中断 外部信号 2 中断 键盘唤醒中断 4096 Hz 时基信号中断 2048 Hz 时基信号中断 1024 Hz 时基信号中断 4 Hz 时基信号中断 2 Hz 时基信号中断 时基发生器 1 输出选频信号中断 时基发生器 2 输出选频信号中断 复位信号 串行通信口中断 软中断
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第5章 中断系统及应用 2. 中断控制端口配置
P_INT_Ctrl (写) 1
0
— — — —
P_INT_Ctrl (读) —
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2. 外部中断
SPCE061A单片机有两个外部中断EXT1和EXT2。两个外部 输入引脚分别与B口的IOB2和IOB3复用，即EXT1(IOB2)和 EXT2(IOB3)。引入两个外部中断源的中断请求信号，外部中断 以负跳沿触发方式输入中断请求信号，如图5.2所示。
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