精品课件-新编单片机原理与应用-第4章

12
4. 中断处理过程 中断处理过程涉及中断查询和响应两个方面，即当某一事 件发生时，对应的中断标志，即中断请求何时有效？CPU什么 时候查询中断标志？什么时候在什么情况下会响应中断请求？ 下面结合增强型MCS-51中断控制系统逐一介绍。
13
4.2 增强型MCS-51中断控制系统
增强型MCS-51系列内嵌的中断控制器可以管理具有4个中 断优先级的6个中断源(增强型MCS-51 CPU中断源的个数与标准 MCS-52子系列相同)，其结构如图4-1所示。在增强型MCS-51系 列中，6个中断源对应8个中断请求标志(串行发送结束中断标 志TI和串行接收有效中断标志RI相“或”后作为一个中断源— —串行口中断，共用一个中断开关；定时器T2溢出中断TF2和 外部触发中断EXF2相“或”后作为一个中断源——定时器T2中 断，共用一个中断开关)。
8
1. 中断源 在计算机控制系统中，把引起中断的事件称为中断源。在 单片机控制系统中，常见的中断源有： (1) 外部中断，如CPU某些特定引脚电平变化引起的中断。 (2) 各类定时/计数器溢出中断(即定时时间到或计数器满 中断)。 (3) 串行发送结束中断。 (4) 串行接收有效中断。 (5) 电源掉电中断。
7
在这种方式中，CPU发出控制命令后将继续执行控制命令后的 指令序列，而不是通过检测外设的状态来确定外设是否处于空 闲状态，这不仅提高了CPU的利用率，而且能同时与多个外设 进行数据交换——只要合理安排相应中断的优先级以及同优先 级中断的查询顺序即可。因此，中断传输方式是CPU与外设之 间最常见的一种数据传输方式。
入方式，是指CPU读外设数据前，先查询外设是否处于准备就 绪状态(即外设是否已将数据输出到CPU的数据总线上)；查询 输出方式是指CPU向外设输出数据前，先查询外设是否处于空 闲状态(即外设是否可以接收CPU输出的数据)。
下面以CPU向外设输出数据为例，简要介绍查询传输方式 的工作过程。当CPU需要向外设输出数据时，先将控制命令(如 外设的启动命令)写入外设的控制端口，然后不断读外设的状 态口，当发现外设处于空闲状态后，就将数据写入外设的数据 口，完成数据的输出过程。
9
在计算机控制系统中，外设一般以中断方式与CPU进行数 据交换，中断源的数目较多，为此需要一套能够管理、控制多 个外设中断请求的部件——中断控制器。计算机内中断控制器 功能越强，能管理、控制的中断源个数越多，该计算机系统的 性能也越高。
10
2. 中断优先级 当多个外设以中断方式与CPU进行数据交换时，可能遇到 两个或两个以上外设中断请求同时有效的情形。在这种情况下， CPU先响应哪一外设的中断请求，这就涉及到中断优先级问题。 一般说来，为了能够处理多个中断请求，中断控制系统均提供 中断优先级控制。有了中断优先级控制后，就可以解决多个中 断请求同时有效时先响应哪一中断请求的问题，高优先级中断 请求可中断低优先级中断处理进程，实现中断嵌套。
16
4.2.1 中断源及标志 增强型MCS-51 CPU在每个机器周期的S5P2时刻顺序采样各
中断源，当发现某一中断有效(出现)时，相应中断标志置1， 表明对应事件发生了。其中外中断、外中断以及定时/计数器 T0、T1的中断标志存放在定时/计数控制寄存器TCON中，该寄 存器各位含义如图4-2所示。
3
目前，外围设备与CPU之间常用的通信方式有：查询方式、中 断传输方式和直接存储器存取(简称DMA)方式三种。由于在单 片机控制系统中，外设与CPU之间需要传送的数据量较少，对 传输率要求不高，多以中断传输方式为主，一般不用DMA方式， 这里也就不再介绍该方式。
4
4.1.1 查询方式 查询方式包括查询输出方式和查询输入方式。所谓查询输
5
可见，查询方式硬件开销少、传输驱动程序简单，但缺点 是CPU占用率高，因为在外设未准备就绪或处于非空闲状态前， CPU一直处于查询状态，不能执行其他操作，任何时候也只能 与一个外设进行数据交换。
6
4.1.2 中断通信方式 采用中断传输方式就可以克服查询传输方式存在的缺陷。
当CPU需要向外设输出数据时，将启动命令写入外设控制口后， 就继续执行随后的指令序列，而不是被动等待；当外设处于空 闲状态可以接收数据时，由外设向CPU发出允许数据传送的请 求信号——即中断请求信号，如果满足中断响应条件，CPU将 暂停执行随后的指令序列，转去执行预先安排好的数据传送程 序——称为中断服务程序，CPU响应外设中断请求的过程称为 中断响应；待完成了数据传送后，再返回断点处继续执行被中 断了的程序——这一过程称为中断返回。
1
第4章 中断控制、定时/计数器与串行口
➢4.1 ➢4.2 ➢4.3 ➢4.4
CPU与外设通信方式概述 增强型MCS-51中断控制系统 增强型MCS-51定时/计数器 串行通信系统
2
4.1 CPU与外设通信方式概述
在介绍中断概念之前，先介绍外设与CPU之间的数据传输 方式。
在计算机系统中，CPU速度快，外设速度慢，这样CPU与外 设之间进行数据交换时，就存在同步问题。例如，当CPU读外 设送来的数据时，外设必须处于准备就绪状态，CPU方可从数 据总线上读出有效的数据；反之，当CPU向外设输出数据时， 必须确认外设是否处于空闲状态，否则外设可能无法接收CPU 送来的数据。
11
3. 中断开关 有时为避免某一处理过程被中断，中断控制器给每一个中 断源都设置了一个中断请求屏蔽位，用于屏蔽(即禁止)相应中 断源的中断请求，当某一中断源的中断请求处于禁止状态时， 即使该中断请求有效，CPU也不响应。此外，还设置一个总的 中断请求屏蔽位，当该位处于禁止状态时，CPU忽略所有中断 源的中断请求，此屏蔽位相当于中断源总开关。
14
图4-1 增强型MCS-51中断系统结构
15
每一中断源对应一个中断开关，当某一中断请求标志有效 时，CPU是否查询相应中断请求标志，由中断控制寄存器IE相 应位决定(其中EA是中断总开关)；增强型MCS-51系列具有4个 中断优先级，中断源优先级由优先级控制寄存器IPH、IP对应 位编码确定。同级中断硬件查询顺序依次是外中断、定时器T0 溢出中断、外中断、定时器T1溢出中断、串行口中断、定时器 T2溢出中断。