【正文】 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) MCS51單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 中斷的基本概念 所謂中斷是指 CPU對(duì)系統(tǒng)中或系統(tǒng)外發(fā)生的某個(gè)事件的一種響應(yīng)過程，即 CPU暫時(shí)停止現(xiàn)行程序的執(zhí)行，而自動(dòng)轉(zhuǎn)去執(zhí)行預(yù)先安排好的處理該事件的服務(wù)子程序。 當(dāng)處理結(jié)束后，再返回到被暫停程序的斷點(diǎn)處，繼續(xù)執(zhí)行原來的程序。實(shí)現(xiàn)這種中斷功能的硬件系統(tǒng)和軟件系統(tǒng)統(tǒng)稱為 中斷系統(tǒng) 。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 中斷系統(tǒng)是計(jì)算機(jī)的重要組成部分。 實(shí)時(shí)控制、故障自動(dòng)處理時(shí)往往用到中斷系統(tǒng)，計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備間傳送數(shù)據(jù)及實(shí)現(xiàn)人機(jī)聯(lián)系也常常采用中斷方式。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 中斷系統(tǒng)需要解決以下基本問題： (1) 中斷源： 中斷請(qǐng)求信號(hào)的來源。包括中斷請(qǐng)求信號(hào)的產(chǎn)生及該信號(hào)怎樣被 CPU有效地識(shí)別。而且要求中斷請(qǐng)求信號(hào)產(chǎn)生一次，只能被 CPU接收處理一次，即 不能一次中斷申請(qǐng)被 CPU多次響應(yīng) 。這就涉及到中斷請(qǐng)求信號(hào)的及時(shí)撤除問題。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) (2) 中斷響應(yīng)與返回： CPU采集到中斷請(qǐng)求信號(hào)后，怎樣轉(zhuǎn)向特定的中斷服務(wù)子程序及執(zhí)行完中斷服務(wù)子程序怎樣返回被中斷的程序繼續(xù)正確地執(zhí)行。中斷響應(yīng)與返回的過程中涉及到CPU響應(yīng)中斷的條件、現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)等問題。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) (3) 優(yōu)先級(jí)控制： 一個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)，特別是計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測(cè)控應(yīng)用系統(tǒng)，往往有多個(gè)中斷源，各中斷源所要求的處理具有不同的輕重、緩急程度。 與人處理問題的思路一樣，希望重要緊急的事件先處理，而且如果當(dāng)前處于正在處理某個(gè)事件的過程中，有更重要、更緊急的事件到來，就應(yīng)當(dāng)暫停當(dāng)前事件的處理，轉(zhuǎn)去處理新事件。這就是中斷系統(tǒng)優(yōu)先級(jí)控制所要解決的問題。中斷優(yōu)先級(jí)的控制形成了 中斷嵌套 。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 中斷源 1．外部中斷 外部中斷是指從單片機(jī)外部引腳 、 輸入中斷請(qǐng)求信號(hào)的中斷，即 外部中斷源有兩個(gè) 。輸入 /輸出的中斷請(qǐng)求、實(shí)時(shí)事件的中斷請(qǐng)求、掉電和設(shè)備故障的中斷請(qǐng)求都可以作為外部中斷源，從引腳 、 輸入。 外部中斷請(qǐng)求 、 有兩種觸發(fā)方式： 電平觸發(fā)及跳變 (邊沿 )觸發(fā) 。這兩種觸發(fā)方式可以通過對(duì)特殊功能寄存器TCON編程來選擇 。下面再給出 TCON的位定義格式，并對(duì)與中斷有關(guān)的定義位予以說明。 _______0INT _______1INT_______0INT _______1INT_______0INT _______1INT第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) TF1 TR1 TF0 TR0 IE1 IT1 IE0 IT0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 TCON 字節(jié) 地址 98H IT0(IT1)： 外部中斷 0(或 1)觸發(fā)方式控制位。 IT0(或 IT1)被設(shè)置為 0，則選擇外部中斷為 電平觸發(fā) 方式； IT0(或 IT1)被設(shè)置為 1，則選擇外部中斷為 跳變觸發(fā) 方式。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) )(_ _ _ _ _ _ ?xIN T x______INTx IE0(IE1)： 外部中斷 0(或 1)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位。當(dāng) IT0(或IT1)=0，即 電平觸發(fā)方式 時(shí)， CPU在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2采樣 (x=0,1)。 若 引腳為低電平，將直接觸發(fā)外部中斷 。 跳變觸發(fā)方式 時(shí)，若 第一個(gè)機(jī)器周期 采樣到 引腳為高電平 ， 第二個(gè)機(jī)器周期 采樣到 引腳為 低電平 時(shí)，由硬件置位 IT0(或 IT1)，并以此 向 CPU請(qǐng)求中斷。當(dāng) CPU響應(yīng)中斷轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)由硬件將 IE0(或 IE1)清零。 ______INTx______INTx______INTx第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 若把外部中斷設(shè)置為跳變觸發(fā)方式， CPU在每個(gè)機(jī)器周期都采樣 。為了保證檢測(cè)到負(fù)跳變，輸入到 引腳上的高電平與低電平 至少應(yīng)保持 1個(gè)機(jī)器周期 。 對(duì)于 電平觸發(fā)的外部中斷 ，由于 CPU對(duì) 引腳沒有控制作用，也沒有相應(yīng)的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位，因此需要 外接電路來撤除中斷請(qǐng)求信號(hào)。 ______INTx ______INTx______INTx第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 圖 撤除外部中斷請(qǐng)求的電路 中斷外部請(qǐng)求信號(hào)I N T x單片機(jī)P 1 . 0 Q D S C L K第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 圖 。外部中斷請(qǐng)求信號(hào)通過 D觸發(fā)器加到單片機(jī) 引腳上。當(dāng)外部中斷請(qǐng)求信號(hào)使 D觸發(fā)器的CLK端發(fā)生正跳變時(shí)，由于 D端接地， Q端輸出 0，向單片機(jī)發(fā)出中斷請(qǐng)求。 CPU響應(yīng)中斷后，利用一根口線，如 線，在中斷服務(wù)程序中用兩條指令 ANL ,0FEH ORL , 01H 來撤除中斷請(qǐng)求。 第一條指令使 0，而 P1口其它各位的狀態(tài)不變。由于 1端 相連， 故 D觸發(fā)器 Q=1，撤除了中斷請(qǐng)求信號(hào) 。 第二條指令將 1，從而 =1，使以后產(chǎn)生的新的外部中斷請(qǐng)求信號(hào) 又能向單片機(jī)申請(qǐng)中斷 。 S第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 2．內(nèi)部中斷 內(nèi)部中斷是單片機(jī)芯片內(nèi)部產(chǎn)生的中斷。 MCS51單片機(jī) (51子系列 )的內(nèi)部中斷有 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1的溢出中斷，串行口的發(fā)送 /接收中斷。 當(dāng)定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0、 T1的定時(shí)或計(jì)數(shù)到由 硬件自動(dòng)置位 TCON的 TF0或 TF1，便向 CPU申請(qǐng)中斷。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) CPU響應(yīng)中斷而轉(zhuǎn)向中斷服務(wù)程序時(shí)，由 硬件自動(dòng)將 TF0或 TF1清零，即 CPU響應(yīng)中斷后能自動(dòng)撤除中斷請(qǐng)求信號(hào) 。 當(dāng)串行口發(fā)送完或接收完一幀信息，由接口 硬件自動(dòng)置位 SCON的 TI或 RI， 以此向 CPU申請(qǐng)中斷， CPU響應(yīng)中斷后，接口硬件不能自動(dòng)將 TI或 RI清零，即 CPU響應(yīng)中斷后不能自動(dòng)撤除中斷請(qǐng)求信號(hào)，需用戶采用 軟件方法將 TI或 RI清零 ，來撤除中斷請(qǐng)求信號(hào)。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 中斷控制 1．中斷允許控制 MCS51單片機(jī)中沒有專設(shè)的開中斷和關(guān)中斷指令，對(duì)各中斷源的中斷開放或關(guān)閉是由內(nèi)部的 中斷允許寄存器 IE的各位來控制的。 IE各位的定義如下： EA ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 IE 字節(jié) 地址 A8H 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) EA： 中斷允許總控位。 EA=0，屏蔽所有的中斷請(qǐng)求； EA=1，開放中斷。 EA的作用是使中斷允許形成兩級(jí)控制。即各中斷源首先受 EA位的控制；其次還要受各中斷源自己的中斷允許總控位控制。 ET2： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的溢出中斷允許位，只用于 52子系列，51子系列無此位。 ET2=0，禁止 T2中斷； ET2=1，允許 T2中斷。 ES： 串行口中斷允許位。 ES=0，禁止串行口中斷； ES=1允許串行口中斷。 ET1： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1的溢出中斷允許位。 ET1=0，禁止 T1中斷； ET1=1，允許 T1中斷。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) EX1： 外部中斷 1( )的中斷允許位。 EX1=0，禁止外部中斷 1中斷； EX1=1，允許外部中斷 1中斷。 ET0： 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0的溢出中斷允許位。 ET0=0，禁止T0中斷； ET0=1，允許 T0中斷。 EX0： 外部中斷 0( )的中斷允許位。 EX0=0，禁止外部中斷 0中斷； EX0=1允許外部中斷 0中斷。 _______1INT_______0INT第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 2．中斷優(yōu)先級(jí)控制 MCS51單片機(jī)的中斷源有兩個(gè)用戶可控的中斷優(yōu)先級(jí)，從而可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套。中斷系統(tǒng)遵循如下三條規(guī)則： (1) 正在進(jìn)行的中斷過程 不能被新的 同級(jí)或低 優(yōu)先級(jí) 的中斷請(qǐng)求所中斷，一直到該中斷服務(wù)程序結(jié)束，返回了主程序且執(zhí)行了主程序中的一條指令后， CPU才響應(yīng)新的中斷請(qǐng)求。 (2) 正在進(jìn)行的低優(yōu)先級(jí)中斷服務(wù)程序 能被 高優(yōu)先級(jí) 中斷請(qǐng)求所中斷，實(shí)現(xiàn)兩級(jí) 中斷嵌套 。 (3) CPU同時(shí)接收到幾個(gè)中斷請(qǐng)求時(shí)，首先響應(yīng)優(yōu)先級(jí) 最高的中斷請(qǐng)求。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) PT2 PS PT1 PX1 PT0 PX0 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 IP 字節(jié) 地址 B8H PT2：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T2的中斷優(yōu)先級(jí)控制位，只用于 52子系列。 PS：串行口的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。 PT1：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T1的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。 PX1：外部中斷 的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。 PT0：定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 T0的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。 PX0：外部中斷 的中斷優(yōu)先級(jí)控制位。 _______0INT_______1INT第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 表 中 斷 優(yōu) 先 級(jí) 中 斷 源 同級(jí)的中斷優(yōu)先級(jí) 外部中斷 0 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 0中斷 外部中斷 1 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 1中斷 串行口中斷 定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2中斷 最高 最低 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 圖 中斷系統(tǒng)的邏輯結(jié)構(gòu)示意圖 11IE 0IE 0≥ 1查詢順序識(shí)別查詢順序識(shí)別≥ 1≥ 1≥ 1中斷入口地址中斷入口地址低級(jí)中斷請(qǐng)求低級(jí)中斷請(qǐng)求查詢硬件IPP X 0P T 0P X 1P T 1PSP T 2ET2ESET1E X 1ET0E X 0 IEIN T 0T F 0IN T 1T F 1TIRIT F 2E X F 2第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 中斷響應(yīng)的條件、過程與時(shí)間 1．中斷響應(yīng)的條件 單片機(jī)響應(yīng)中斷的 條件為 中斷源有請(qǐng)求 (中斷允許寄存器 IE相應(yīng)位置 1)， 且 CPU開中斷 (即 EA=1)。這樣，在每個(gè)機(jī)器周期的 S5P2期間，對(duì)所有中斷源按用戶設(shè)置的優(yōu)先級(jí)和內(nèi)部規(guī)定的優(yōu)先級(jí)進(jìn)行順序檢測(cè)，并可在 S6期間找到所有有效的中斷請(qǐng)求。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 如有中斷請(qǐng)求， 且滿足下列條件 ，則在下一個(gè)機(jī)器周期的S1期間響應(yīng)中斷，否則將丟棄中斷采樣的結(jié)果。 （ 1）無同級(jí)或高級(jí)中斷正在處理。 （ 2）現(xiàn)行指令執(zhí)行到最后 1個(gè)機(jī)器周期且已結(jié)束。 （ 3）若現(xiàn)行指令為 RETI或訪問 IE、 IP的指令時(shí)，執(zhí)行完該指令且緊隨其后的另一條指令也已執(zhí)行完畢。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的硬件結(jié)構(gòu) 2．中斷響應(yīng)過程 CPU響應(yīng)中斷后，由硬件自動(dòng)執(zhí)行如下的功能操作： (1) 根據(jù)中斷請(qǐng)求源的優(yōu)先級(jí)高低，對(duì)相應(yīng)的優(yōu)先級(jí)狀態(tài)觸發(fā)器置 1。 (2) 保護(hù)斷點(diǎn)，即把程序計(jì)數(shù)器 PC的內(nèi)容壓入堆棧保存。 (3) 清內(nèi)部硬件可清除的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位 (IE0、 IE TF0、TF1)。 (4) 把被響應(yīng)的中斷服務(wù)程序入口地址送入 PC，從而轉(zhuǎn)入相應(yīng)的中斷服務(wù)程序執(zhí)行。各中斷服務(wù)程序的入口地址見表 。 第 2章 MCS51系列單片機(jī)的