精品课件-单片机原理与应用——KFIL C-项目五.

项目五 中断系统及其应用
51单片机中，采用“二级”优先级控制，5个中断源可分 别设置为高优先级或低优先级，由特殊功能寄存器IP进行管理。 当用户不设置优先级时，可采用由硬件电路确定的自然优先级， 自然优先级如表5-1所示。
项目五 中断系统及其应用 表5-1 51单片机自然优先级与入口地址
中断源
外部中断 0： INT0
项目五 中断系统及其应用
5.2.2 51单片机中断系统 用户在应用单片机的中断技术时，可弱化中断的硬件电路
和发生过程，重点学习如何通过软件管理和应用中断技术。因 此，应先掌握与中断管理和控制有关的三类特殊功能寄存器： 中断请求标志寄存器TCON和SCON、中断允许寄存器IE、中断 优先级寄存器IP。它们之间的关系如图5-3所示。
4. 中断嵌套 CPU在中断服务还未结束时，可以响应优先级更高的中断 请求，这种情况称为中断嵌套。只有高优先级中断源可以中断 正在执行的低优先级中断服务函数，引起中断嵌套；同级或低 优先级的中断源不能中断正在执行的中断服务函数。 例如，当你正在接电话时，烧的水开了，如果放下电话， 去关火，然后接着去讲电话，就发生了一次中断嵌套。中断嵌 套过程如图5-2所示。
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1. 中断的概念 什么是中断呢？中断的过程与生活实例非常相似。你正在 家里洗衣服，突然听到电话铃响了，这时，你停止洗衣服，去 接电话，与来电话的人交谈，接完电话后，回去继续洗衣服， 这个过程就相当于发生了一次中断，如图5-1(a)所示。
项目五 中断系统及其应用 图5-1 中断过程
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当IT1=1时，为下降沿触发。CPU先在引脚P3.3采样到高 电平，后采样到低电平时，认为有中断请求，使IE1置1。
为了保证CPU对中断源的一次中断请求只响应一次，在 CPU响应中断，转向中断服务函数后，一定要清除中断标志。 不同的是采用低电平触发方式时，硬件和软件均不能清除外部 中断标志，只能在中断返回前，撤销引脚P3.3上的低电平， 否则将会导致一次请求多次响应；而在下降沿触发方式中，则 是在CPU响应中断后，由硬件自动清除，与用户无关。因此在 使用外部中断时，尽可能优先选用下降沿触发方式。
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5.1 项目说明 5.2 基础知识 5.3 项目实施 5.4 项目评价 5.5 拓展与提高
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5.1 项 目 说 明 项目任务 为51单片机控制系统设计“加1键”和“减1键”。要求： 外部中断0每中断一次显示器的数值加1，外部中断1每中断一 次显示器的数值减1；数值在“0～5000”之间变化；中断触 发方式为下降沿触发；并且能够消除按键抖动。 知识培养目标 (1) 掌握中断的概念，正确解释中断过程。 (2) 掌握51单片机的5个中断源、中断入口地址、中断初 始化。
项目五 中断系统及其应用 图5-2 中断嵌套示意图
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5. 入口地址 当单片机响应中断源的请求时，要执行相应的中断服务函 数，存放中断服务函数的起始单元的地址就是该中断源的入口 地址，每个中断源的入口地址是固定的，各中断源的入口地址 是不同的，这也就是主函数和中断服务函数表面上虽无任何联 系，但在中断服务时却可以被正确执行的原因。 例如，接电话时要到放电话的地方去，关火要去厨房，响 应不同中断源发出的请求时，要到不同的地点去处理，这个地 点通常是固定的，它就相当于中断服务函数的入口地址。 51单片机中5个中断源的入口地址如表5-1所示，中断服 务函数定义时应体现出中断源的入口地址。
定时/计数器 T0
外部中断 1： INT1
定时/计数器 T1 串行口中断 定时/计数器 T2
自然优先级 最高 第2 第3 第4 第5 最低
中断号(C 语言) 0 1 2 3 4 5
入口地址(汇编语言) 0003H 000BH 0013H 001BH 0023H
002BH(52 单片机)
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2. 中断源
引起中断的事件称为中断源，如电话、敲门等。中断源要
求CPU为之服务的请求称为中断请求，如电话铃响、敲门声等。
51单片机共有5个中断源，52单片机有6个中断源，分别
是外部中断、定时/计数器中断、串行口中断。它们的名称、
标识及中断触发方式分述如下：
外部中断0：
，由P3.2端输入中断请求信号。中断
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EX1—外部中断1中断允许位。当EX1=1时，外部中断1开 中断；当EX1=0时，外部中断1关中断。
ET0—定时/计数器T0中断允许位。当ET0=1时，T0开中断； 当ET0=0时，T0关中断。
EX0—外部中断0中断允许位。当EX0=1时，外部中断0开 中断；当EX0=0时，外部中断0关中断。
项目五 中断系统及其应用 表5-2 定时/计数器控制寄存器TCON(88H)
位序号
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
位名称
TF1
—
TF0
—
IE1
IT1
IE0
IT0
位地址
8FH
8EH
8DH
8CH
8BH
8AH
89H
88H
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TF1—定时/计数器T1溢出中断标志，详述见项目六。 TF0—定时/计数器T0溢出中断标志，详述见项目六。 IE1—外部中断1 INT1中断标志，由硬件自动设置。当 IE1=1时，表示外部中断1向CPU申请中断；当IE1=0时，表示 外部中断1未向CPU申请中断。 IT1—外部中断1 INT1 触发方式选择位，由用户初始化 编程设置。 当IT1=0时，为低电平触发。CPU定时采样引脚P3.3，若 采样为低电平，则认为有中断请求，随即使IE1置1；若采样 为高电平，则认为无中断请求或中断申请已撤销。
项目五 中断系统及其应用 表5-3 中断允许寄存器IE(A8H)
位序号
D7
D6
D5
D4
D3
D2
D1
D0
位名称
EA
—
ET2
ES
ET1
EX1
ET0
EX0
位地址
AFH
—
ADH
ACH
ABH
AAH
A9H
A8H
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EA—中断允许总控制位。当EA=1时，CPU开中断，即CPU 允许中断源申请中断。各中断源是否开中断还要由各中断源允 许位决定。注意：此处的“开”是允许的意思。
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中断是指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(中断请求)；CPU暂时停止当前的工作(中断 响应)，转去处理事件B(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，即CPU正在执行的程序被打断，如 图5-1(b)所示。
5.2 基 础 知 识 5.2.1 中断概述
在项目四中，由于按键的闭合是随机的，为了实时获得键 盘的信息，CPU需要主动不断地检测键盘，因此没有充足的时 间去完成其他任务，从而降低了CPU的利用率，无法实现复杂 的控制要求，不过采用中断技术可解决这个问题。
中断技术使单片机具有了实时处理外部或内部随机事件的 能力，它通过硬件来改变程序的运行方向，既和硬件有关，也 与软件有关，处理中断的硬、软件共同构成中断控制系统。
当EA=0时，CPU关中断，即CPU禁止中断源申请中断。注 意：此处的“关”是禁止的意思。
ET2—定时/计数器T2中断允许位(仅52单片机)。当ET2=1 时，T2开中断；当ET2=0时，T2关中断。
ES—串行口中断允许位。当ES=1时，串行口开中断；当 ES=0时，串行口关中断。
ET1—定时/计数器T1中断允许位。当ET1=1时，T1开中断； 当ET1=0时，T1关中断。
项目五 中断系统及其应用 图5-3 51单片机中断系统结构
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1. 中断请求标志寄存器 中断请求标志寄存器中的各位用于存放中断源的中断请求， 当CPU检测到有中断源发出中断请求时，由硬件将相应的中断 标志置1。在中断请求未被CPU响应之前，中断标志一直保持 高电平；只有在响应之后，才能够由硬件或用户清除中断标志。 与中断标志相关的寄存器是TCON、SCON。
3. 中断优先级 存在多个中断源时，单片机一般根据中断源的轻重缓急为 其设置不同的优先级，中断优先级是单片机对中断申请响应次 序的约定，一般先响应优先级高的中断请求，后响应优先级低 的中断请求。 假如你正在洗衣服，电话铃响了，同时你烧的水也开了， 只能去处理一件事，那你该处理哪件事呢？如果你认为电话重 要，就可以先去接电话，即电话的优先级高于水开；反之，如 果你非常节约，可以先去关火，那么水开的优先级高于电话。 无论如何，总要确定一个处理的先后次序。单片机在执行程序 时也会遇到类似的状况，即同一时刻有多个中断源向CPU发出 中断请求，那么单片机应如何响应呢？
由图5-1(b)可知，中断包含中断请求、中断响应、中断 服务、中断返回4个过程。4个过程中，中断服务需要由用户编 写相应的程序完成，该程序称为中断服务函数(与来电话的人 交谈)。CPU被打断之前运行的程序称为主函数(洗衣服)，而 中断请求、中断响应及中断返回三个过程则由硬件来自动完成。
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IT0—外部中断0 INT0 触发方式选择位，同IT1。 IE0—外部中断0 INT0 中断标志，同IE1。 TCON中的中断标志由硬件自动设置，外部中断的触发方 式则由用户初始化编程设置，因此多用位寻址。例如，设置外 部中断0为下降沿触发时，可用语句“IT0=1;”。 2) 定时/计数器控制寄存器SCON 定时/计数器控制寄存器SCON的内容详见项目八。
请求信号有低电平有效或下降沿有效两种输入方式。当引脚
INT0
P3.2出现有效的低电平或下降沿时，表示外部中断0向CPU申
请中断。
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外部中断1：INT1，由P3.3端输入中断请求信号。中断触 发方式同上。
定时/计数器0：T0，由P3.4端输入计数脉冲。当定时/计 数器T0溢出回零时，向CPU发出中断请求，该中断请求是由单 片机内部引起的，与芯片外部引脚无关。
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2. 中断允许寄存器IE 中断源虽然发出了中断请求，置位中断标志，但是单片机 是否响应中断申请以及响应哪一个中断源的申请，还要由中断 允许寄存器IE来控制。IE采用二级控制，即CPU总允许与源允 许。IE在特殊功能寄存器中，字节地址为A8H，位地址(由低 位到高位)分别是A8H～AFH，该寄存器可以位寻址。单片机复 位后，IE=0，禁止中断。IE中与中断有关的各位如1) 定时/计数器控制寄存器TCON 定时/计数器控制寄存器TCON在特殊功能寄存器中，字节 地址为88H，位地址(由低位到高位)分别是88H～8FH，该寄存 器可以位寻址。它主要用于控制定时/计数器的运行、停止， 存放外部中断、定时器的中断标志及设置外部中断的触发方式。 单片机复位后，TCON=0。TCON中与中断有关的各位如表5-2所 示。
定时/计数器1：Tl，由P3.5端输入计数脉冲。中断触发 方式同上。
定时/计数器2：T2，中断触发方式同上。T2是52单片机 独有的。
串行口中断：RXD/TXD，由P3.0端接收串行数据，由P3.1 端发送串行数据。每当串行口完成一帧串行数据的发送/接收 时向CPU发出中断请求。
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中断的过程与函数的调用类似，但又有其特殊之处。函数 的调用是在主调函数中事先由用户安排好的，主调函数与其他 函数通过调用语句相联系，如调用延时函数的语句 “delay();”；但是中断的发生是随机的，何时执行中断服 务函数事先无从知晓，主函数中不能事先安排调用中断服务函 数的语句，也就是说，只有中断源申请中断且被CPU响应时， 中断服务函数才能被执行，而且中断服务函数的执行是由硬件 自动完成的，表面上主函数与中断服务函数没有任何联系。
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(3) 掌握中断服务函数的定义。 (4) 掌握该项目的控制实例，并能灵活应用。 (5) 了解单片机中断源的扩展方法。
能力培养目标 (1) 能利用所学知识正确地理解中断概念。 (2) 能利用所学知识编写中断应用程序。 (3) 能利用所学知识解决实际工程问题。
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