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单片机的中断与定时,第五章,重点及难点： 单片机中断与定时的基本概念、单片机的中断系统、单片机的定时器/计数器、单片机外部中断源的扩展教学基本要求： 掌握单片机中断与定时的基本概念；掌握单片机的中断源、中断控制、中断响应过程的基本概念及单片机中断系统的功能和使用方法；掌握单片机的定时器/计数器的初值计算、工作方式控制寄存器的初始化、程序的设计方法和步骤；了解单片机外部中断源扩展的常用方法和步骤重点与难点,5.1 中断的基本知识5.2 MCS-51单片机的中断系统5.3 MCS-51单片机的定时器/计数器5.4 MCS-51单片机外部中断源的扩展5.5 定时/计数器及中断综合应用举例,教学内容,（一）一般微机的输入/输出方式 1．条件传送方式2. 查询传送方式 3．直接存储器存取方式4. 中断传送方式,5.1 中断的基本知识,中断的概念,,,,,,执行主程序,主程序,继续执行主程序,断点,中断请求,中断响应,执行中断处理程序,中断返回,5.1 中断的基本知识,CPU正在处理某一程序时，发生了另一突发事件请求CPU迅速去处理(中断发生)；CPU暂时停止当前的工作，转到需要处理的中断源的服务程序的入口(中断响应)，一般在入口处执行一跳转指令转去处理中断事件(中断服务)；待CPU将中断事件处理完毕后，再回到原来程序被中断的地方继续处理执行程序(中断返回)，这一处理过程称为中断,5.1 中断的基本知识,图4.1 中断过程示意图,5.1 中断的基本知识,(二）中断源引起中断的原因，或是能发出中断申请的来源，称为中断源。

中断源 引起中断的原因，或能发出中断申请的来源，称为中断源通常中断源有以下几种： (1) 一般的输入、输出设备，如键盘、打印 机、A/D转换、D/A转换等； (2) 实时时钟，如定时器； (3) 故障源，如电源掉电5.1 中断的基本知识,（三）中断的分类（1）屏蔽中断（2）非屏蔽中断3）软件中断四）中断的开放与关闭中断的开放与关闭，亦称为开中断和关中断这是指CPU中断系统的状态，只有当CPU处于开中断状态时，才能接受外部的中断申请反之，当CPU处于关中断状态时，则不能接受外部的中断申请5.1 中断的基本知识,（五）中断的优先级,一般计算机系统允许有多个中断源当几个中断源同时向CPU请求中断，要求服务时，就存在CPU优先响应哪一个中断请求的问题为此系统根据中断源的轻重缓急进行排队，规定每个中断源都有一个中断优先级别，优先处理最紧急事件的中断请求5.1 中断的基本知识,（六）中断处理过程 一个完整的中断处理的基本过程应包括：中断请求、中断响应、中断处理和中断返回5.1 中断的基本知识,1.中断请求,中断过程是由中断源向CPU发出中断请求而开始的有效中断请求信号应该一直保持到CPU作出响应为止。

2.中断响应,CPU检测到中断请求信号后，在满足一定条件的情况下进行响应其主要条件是：中断标志是否开放，是否高级中断，是否执行完一条指令等5.1 中断的基本知识,3.中断处理,中断处理或称为中断服务，就是执行中断源所要求的中断服务程序在中断服务程序中需要完成的主要工作是：,①保护现场——根据需要把断点处有关存储器的内容压入堆栈，以保护主程序运行的结果②开/关中断标志——根据CPU响应中断后开/关中断情况，适当处理中断标志，以确保保护/恢复现场的正确进行，确保所需中断嵌套的实现③中断处理——根据中断源的要求，完成相应的任务，这是中断服务的核心5.1 中断的基本知识,,④恢复现场——在完成中断服务之后，返回被中断的主程序之前，恢复堆栈中保护的各有关寄存器的内容4.中断返回,在中断服务程序后，用一条中断返回指令（RETI），保证返回主程序继续执行被中断的程序5.1 中断的基本知识,一、中断源,CPU在每个机器周期的S5P2检测上的信号5.2 MCS-51单片机的中断系统,,对于电平方式，只要检测到低电平信号即为有效申请；对于脉冲方式，则需要比较两次检测到的信号，才能确定中断请求信号是否有效，并且中断请求信号高低电平的状态都应至少维持一个机器周期，以确保电平变化能被单片机检测到。

思考：,脉冲触发方式下，外部中断脉冲的最高触发频率为系统振荡频率的多少倍？,⑵ 内部中断——除外部中断源外，内部还有TF0、TF1、TI、RI分别为定时器/计数器中断和发送/接收中断的中断源5.2 MCS-51单片机的中断系统,5.2 MCS-51单片机的中断系统,,二、中断控制,MCS-51单片机设置了4个专用寄存器用于中断控制 ，用户通过设置其状态来管理中断系统1.定时器控制寄存器（TCON）,TCON的格式如下：,TCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（88H）,如前所述，寄存器中TR1（TR0）用于定时器/计数器的启动控制，其余6位用于中断控制，其作用如下：,5.2 MCS-51单片机的中断系统,IT0为外部中断0请求信号方式控制位IT0 = 1，脉冲方式（负跳变有效）；IT0 = 0，电平方式（低电平有效）IT1为外部中断1请求信号方式控制位，其作用同IT0IE1为外部中断1请求标志位，其作用同IE0TF0（TF1）为定时器/计数器溢出标志位，此标志作用将在定时器/计数器一节说明5.2 MCS-51单片机的中断系统,,2.串行口控制寄存器（SCON）,SCON格式如下：,SCON D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（98H）,串行口控制寄存器格式及各位功能将在串行接口一节介绍，其中高6位用于串行口控制，低2位（RI、TI）用于中断控制，其作用如下：,TI为串行口发送中断请求标志位，发送完一帧串行数据后，由硬件置1，其清零须由软件完成。

5.2 MCS-51单片机的中断系统,RI为串行口接收中断请求标志位，接完一帧串行数据后，由硬件置1，其清零由软件完成在MCS-51单片机串行口中，TI和RI的逻辑“或”作为一个内部中断源，二者之一置位都可以产生串行口中断请求，然后在中断服务程序中测试这两个标志位，以决定是发送中断还是接收中断3.中断允许控制寄存器（IE）,中断允许寄存器格式如下：,IE D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,（A8H）,5.2 MCS-51单片机的中断系统,ES为串行口中断允许位，ES=1时，允许串行口中断；ES=0时，禁止串行口中断寄存器中用于控制中断的共6位，其作用如下：,,EX1为外部中断1允许控制位，EX1=1允许外部中断1中断，EX1=0，禁止外部中断1中断ET1为定时器/计数器1（T1）中断允许控制位，ET1=1时，允许T1中断；ET1=0时，禁止T1中断ET0为定时器/计数器0（T0）中断允许控制位，其控制功能同ET1EX0为外部中断0允许控制位，其控制功能同EX15.2 MCS-51单片机的中断系统,MCS51单片机中断系统的管理是由中断允许总控制位EA和各中断源的中断控制位联合作用实现的，缺一不可。

4.中断优先级控制寄存器（IP）,中断优先级控制寄存器的格式如下：,IP D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0,(B8H),MCS-51单片机规定了两级中断优先级：高级中断和低级中断，用中断优先级寄存器（IP）的5位状态管理5个中断源的优先级别相应位是“0”的中断源为低级中断，相应位是“1”的中断源为高级中断5.2 MCS-51单片机的中断系统,各状态位的作用如下：,PS为串行口中断优先控制位，PS = 1，串行口为高优先级中断；PS = 0，串行口为低优先级中断PT1为定时器/计数器1（T1）中断优先控制位，PT1 = 1，T1为高优先级中断，PT1 = 0，T1为低优先级中断PT0为定时器/计数器优先控制位，PT0 = 1，T0为高优先级中断；PT0 = 0，T0为低优先级中断PX0为外部中断0中断优先控制位，PX0 = 1，外部中断0为高优先级中断；PX0 = 0，外部中断0为低优先级中断,5.2 MCS-51单片机的中断系统,PX0为外部中断0中断优先控制位，PX0 = 1，外部中断0为高优先级中断；PX0 = 0，外部中断0为低优先级中断。

MCS51单片机优先级的控制原则是：,⑴为了实现中断嵌套，高优先级中断请求可以中断低优先级的中断服务；反之则不允许⑵同等优先级中断源之间不能中断对方的中断服务过程⑶多个同级中断源同时产生中断请求时，则按查询顺序确定哪个中断请求先被响应MCS51单片机规定的查询顺序是：外部中断0、定时器/计数器0、外部中断1、定时器/计数器1和串行口中断5.2 MCS-51单片机的中断系统,中断初始化与中断控制寄存器状态设置 对中断的使用是在程序初始化时设置的，如果不包括优先级控制，外中断初始化共有3项内容：中断总允许、外中断允许和中断方式设定而定时中断则只有两项内容，没有中断方式控制假定要开放外中断0，使用字节操作指令为：MOV IE ， # 81H如使用位操作指令则为： SETB EA SETB EX0,5.2 MCS-51单片机的中断系统,三、中断响应过程（一）中断采样（二）中断查询（三）中断响应 中断响应就是对中断源提出的中断请求的接受，是在中断查询之后进行的当查询到有效的中断请求时，紧接着就进行中断响应中断响应是有条件的，并不是查询到的所有中断请求都能被立即响应，当存在下列情况之一时，中断响应被封锁。

1）CPU正处在为一个同级或高级的中断服务中2）查询中断请求的机器周期不是当前指令的最后一个机器周期3）当前指令是返回指令（RET，RETI）或访问IE、IP的指令5.2 MCS-51单片机的中断系统,中断源与其中断服务程序入口地址之间的关系是固定的，见表51表51 8051中断服务程序入口地址表,ORG 0003HLJMP 2000H,5.2 MCS-51单片机的中断系统,,表51中的5个中断服务程序入口地址之间，各有8个单元的空间，一般情况下难以容纳一个完整的中断服务程序通常，总是在中断入口处安排一条无条件转移指令，使程序转向实际存放中断服务程序的存储器区域例如：若INT0中断服务程序始址在2000H单元，则如下指令执行后便可转入2000H处执行中断服务程序:,5.2 MCS-51单片机的中断系统,（四）中断响应时间,在实时控制系统中，为了满足控制速度要求，常要弄清CPU响应中断所需的时间中断响应时间是指从查询中断请求标志位到转向中断服务程序入口地址所需的机器周期数，一般是3-8个机器周期响应中断最短时间是：,CPU查询中断标志的周期正好是执行一条指令的最后一个机器周期（占用一个机器周期），此后，不需等待即可响应中断，硬件自动生成并执行LCALL指令（需要2个机器周期），所以总共需要3个机器周期。

5.2 MCS-51单片机的中断系统,响应中断最长时间是：,CPU查询中断标志时，正好是开始执行RETI或访问IE、IP的指令，此时，需要把当前指令执行完再继续执行一条指令后，才能响应中断执行前者最长需2个机器周期，而执行后者最长需4个机器周期（如乘、除指令），再加上执行长调用指令LCALL所需2个机器周期，总共需要8个机器周期通常，中断响应时间可以不予考虑，但在某些需要精确定时的场合，应作出调整，以保证精确的定时5.2 MCS-51单片机的中断系统,（五）中断请求的撤除,在中断请求被响应前，中断源发出的中断请求是由CPU锁存在特殊功能寄存器TCON和SCON的相应中断标志位中的一旦某个中断请求得到响应，CPU必须把它的相应标志位复位成“0”状态否则，MCS51就会因中断未能得到及时撤除而重复响应同一中断请求，这是绝对不能允许的。