中断系统及其应用

2．SCON中的中断标志
SCON是串行口控制寄存器，其低2 位TI和RI锁存串 口的发送中断和接收中断标志。其格式和各位含义如 下： SCON 99H 98H （98H）SMOD TI RI
TI—— 串行发送中断标志。 CPU 将一个字节数据写入 发送缓冲器 SBUF 后启动发送，每发送完一个串行帧， 硬件置位TI。TI标志由软件清除。 RI—— 串行接收中断标志。在串行口允许接收时，每 接收完一个串行帧，硬件置位RI。RI标志由软件清除。 MCS － 51 系统复位后， TCON 和 SCON 中各位均被清 “0”。
第5章 中断系统及其应用
● 教学目标： 介绍中断、中断源、中断系统的概念 介绍MCS-51中断系统及中断控制 介绍中断处理的过程 介绍中断应用程序的编程 ● 学习要求： 熟悉中断、中断源、中断服务程序、保护现场、 恢复现场、中断优先级、中断处理等概念； 掌握MCS-51中断入口地址和各中断控制寄存器 的每位含义及应用：包括定时器/计数器控制寄存器 TCON、串行口控制寄存器SCON、中断允许控制寄存 器IE和中断优先控制器IP； 掌握中断初始化和中断服务程序的编制。

4. 实现中断的撤除
在响应中断申请以后，返回主程序之前， 中断请求应该撤除，否则，就等于中断 申请依然存在，这将影响对其它中断申 请的响应。 MCS-51中断系统只能对一部分中断申请， 在响应后自动撤除，使用中应注意。


5.2 MCS-51中断系统及中断控制


MCS-51的中断系统结构框图如图5—3所 示，与中断有关的特殊功能寄存器有4个， 分别为中断源寄存器(即专用寄存器 TCON 和 SCON 的相关位 ) 、中断允许控 制寄存器 IE和中断优先级控制寄存器 IP。 MCS-51单片机有5个中断源，可提供两 个中断优先级，即可实现二级中断嵌套。
自然优先级由硬件形成，排列次序如下：
中断源 自然优先级 外部中断0 最高级 定时器T0中断 外部中断1 定时器T1中断 串行口中断 最低级 当重新设置优先级时，则顺序查询逻辑电路将会相 应改变排队顺序。例如，给中断优先级寄存器IP中设 置的优先级控制字为 11H ，则 PS 和 PX0 均为高优先级 中断。当这两个中断源同时发出中断申请时，CPU将 先响应自然优先级高的 PX0 的中断申请，而后响应自 然优先级低的PS的中断申请。
2．定时中断类
定时中断是为满足定时或计数溢出处理的 需要而设置的，当定时器／计数器中的计数结 构发生计数溢出时，即表明定时时间到或计数 值已满，这时就以计数溢出信号作为中断请求， 去置位一个溢出标志位，这种中断请求是在单 片机芯片内部发生的，无需在芯片上设置引入 端，但在计数方式时，中断源可以由单片机芯 片外部引入。 TF0— 一定时器 T0 溢出中断请求。当定时 器 T0 产生溢出时，其中断请求标志 TF0 ＝ 1 ， 请求中断处理。 TF1—— 定时器 T1 溢出中断请求。当定时 器 T1 产生溢出时，其中断请求标志 TF1 ＝ 1 ， 请求中断处理。
3．实现中断嵌套
当 CPU响应某一中断的请求而进行中断处 理时，若有优先权级别更高的中断源发出中断 申请，CPU则中断正在进行的中断服务程序， 并保留这个程序的断点(类似于子程序嵌套)， 响应高级中断，在高级中断处理完以后，再继 续执行被中断的中断服务程序。 中断嵌套示意图如图5—2所示。 中断申请的中断源的优先权级别与正在处 理的中断源同级或更低时，CPU暂时不响应这 个中断申请，直至正在处理的中断服务程序执 行完以后才去处理新的中断申请。
专用寄存器IP为中断优先级寄存器， 其格式和各位含义如下：
IP （B8H） BCH BBH BAH B9H B8H PS PT1 PX1 PX1 PX0
PS——串行口中断优先级控制位。 PT1——T1中断优先级控制位。 PX1——外部中断l中断优先级控制位。 PT0——T0中断优先级控制位。 PX0——外部中断0中断优先级控制位。 以上对应位为1，高优先级；为0，低优先级。 当系统复位后，IP低5位全部清“0”，将所有中断源 设置为低优先级中断。
5.2..2 MCS-51中断请求
在中断请求被响应前，中断请求标志分别由特殊功能 寄存器TCON和SCON的相应位锁存。 1．TCON中的中断标志 TCON控制寄存器各位含义： TCON 8FH 8DH 8BH 8AH 89H 88H
(88H)
TFl
TF0
IE1
IT1
IE0
IT0
TFl——T1溢出中断标志。 T1被启动计数后，从初值开始加1计数，直至计满溢 出后，由硬件使TFl＝l，向CPU请求中断，此标志一直保 持到CPU响应中断后，才由硬件自动清“0”。也可用软件 查询该标志，并由软件清“0”。
中断及返回过程如图5—1所示:
主 程 序 执 行 中 断 服 务 程 序 RETI 图5-2 中断嵌套流程图 中断 主 程 序 低 级 中 断 中断 高 级 中 断
继 续 执 行 主 程 序
返回
返回
图5-1 中断流程图
2．实现优先权排队



优先权 —— 给各中断源规定一个优先级 别，称为优先权。 当两个或者两个以上的中断源同时提出 中断请求时，计算机首先为优先权最高 的中断源服务，服务结束后再响应级别 较低的中断源。计算机按中断源级别高 低逐次响应的过程称优先权排队。 这个过程可以通过硬件电路来实现，也 可以通过程序查询来实现。
5.1.3中断系统的一般功能
中断系统一般应具有如下功能： 1. 实现中断及返回 当某一个中断源发出中断申请时，若允许 响应这个中断请求，CPU必须在现行的指令执 行完后，把断点处的PC值 ( 即下一条应执行的 指令地址 ) 压入堆栈保存起来，称为保护断点， 这是由硬件自动完成的。 保护现场——响应中断请求后，将有关的寄存 器内容和状态标志位压入堆栈保存起来，这称 为保护现场。 恢复现场——执行中断服务程序后，恢复原保 留的寄存器的内容和标志位的状态，称恢复现 场，并执行返回指令“RETI”，这个过程通过 用户编程来实现。
5.1概述
中断技术是计算机中的重要技术之一。 引入中断技术作用： （1）实时处理，提高计算机处理故障的能 力； （2）解决CPU和外设之间的速度匹配问题， 提高CPU的效率。 本章将介绍中断的概念，并以 MCS-51的中断系统为例介绍中断的处理 过程及应用。
5.1.1中断的概念
中断——是指中央处理器CPU正在执行程序，处 理某件事情的时候，外部发生了某一事件，请 求CPU马上处理，CPU暂时中断当前的工作， 转入处理所发生的事件，处理完以后，再返回 到原来被中断的地方，继续原来的工作。 实现中断功能的部件称为中断系统。 中断服务程序——中断之后所执行的处理程序通 常称为中断服务程序，原来运行的程序称为主 程序。 断点 —— 主程序被断开的位置( 地址 ) 称为断点。 中断源——引起中断的原因，或能发出中断申 请的来源，称为中断源。 中断请求 —— 中断源要求服务的请求称为中断 请求或中断申请。
TF0——T0溢出中断标志。其操作功能类似于 TF1。 IE1——INT1外部中断1标志。IE1＝1表明外部 中断1向CPU申请中断。 IT1——外部中断1触发方式控制位。 （1）ITl＝0，外部中断1为电平触发方式，低 电平有效。 （2）ITl＝1，外部中断1控制为边沿（先高后 低的负跳变）触发方式。 IE0——INT0外部中断0标志。其操作功能与 IE1类同。 IT0——外部中断0触发方式控制位。其操作功 能与IT1类同。
3．串行口中断类
串行口中断是为串行数据的传送需要而设置的。 RI 或 TI—— 串行中断请求。当接收或发送完一串行 帧数据时，使内部串行口中断请求标志 RI 或 TI ＝ 1 ， 并请求中断。 各中断源对应的中断服务程序入口地址： 中断源 入口地址 外部中断0 0003H 定时器T0中断 000BH 外部中断1 0013 定时器T1中断 001BH 串行口中断 0023H
调用中断服务程序与调用子程序的区别：
调用子程序指令在程序中是事先安排 好的，而调用中断服务程序事先却无法 确知，因为“中断”的发生是由外设决 定的，程序中无法事先安排调用指令， 因而调用中断服务程序的过程是由硬件 自动完成的。
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5.1.2中断源


中断源——在中断系统中，将引起中断请求的设备或事件的来源，—般统称 为中断源。常见中断源： 1．输入、输出设备中断源 一般计算机的输入、输出设备，如键盘、磁盘驱动器、打印机等，可通过 接口电路向CPU申请中断。 2．故障源 故障源是产生故障信息的来源。例如：CPU内部故障源，如除法中除数为 零时的情况；外部故障源，如电源掉电情况。 在电源掉电时可以接入备用的电池供电，以保存存储器中的信息。当电压因 掉电降到—定值时，就发出中断申请，由计算机的中断系统完成替换备用电 源的控制。 3．实时中断源 在实时控制中，常常将被控参数、信息作为实时中断源。例如，电压、电 流、温度等超越上限或下限时，以及继电器、开关闭合断开时，都可以作为 中断源申请中断。 4．定时／计数脉冲中断源 内部定时／计数中断是由单片机内部的定时器／计数器溢出时自动产生的； 外部定时/计数中断是由外部定时脉冲通过CPU的中断请求输入线或定时器／ 计数器的输入线引起的。
5.2.4 中断优先级



中断优先级 —— 系统设计人员给每个中断 源，事先安排一个中断响应的优先顺序。然后 按照轻重缓急的次序响应中断。中断源的这种 优先顺序常被称为中断优先权级别，或简称中 断优先级。 专用寄存器IP统一管理中断优先级。它具有 两个中断优先级，由软件设置每个中断源为高 优先级中断或低优先级中断，并可实现两级中 断嵌套。 高优先级中断源可以中断正在执行的低优先 级中断服务程序，除非在执行低优先级中断服 务程序时设置了CPU关中断或禁止某些高优先 级中断源的中断。同级或低优先级的中断源不 能中断正在执行的中断服务程序。