【正文】 1 單片機原理與接口技術 主編 任元吉 “ 十二五 ” 高職高專 “ 教與做 1+1”體驗互動式創(chuàng)新規(guī)劃教材 2 模塊 5 單片機的中斷系統(tǒng) 中斷技術是計算機中的重要技術之一，它既和硬件有關，也和軟件有關。正因為有了中斷，才使得計算機的工作更靈活，效率更高。本節(jié)將介紹中斷的概念，并以 80C51系列單片機的中斷系統(tǒng)為例介紹中斷的處理過程及應用。 3 項目 中斷系統(tǒng) 項目 項目 無線電遙控車的應用 技能訓練 :無線電遙控車的設計 基礎訓練 4 知識目標： 廣州城建職業(yè)學院 電子系 謝元成制作 手機： 186 8843 9181 ： 79652257 Email： ? 了解單片機的中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ? 掌握單片機的中斷處理過程 ? 掌握應用中斷方式進行程序設計方法 5 ? 技能目標： ? 1 能夠熟悉單片機的中斷系統(tǒng) ? 能夠掌握輸入 /輸出的控制方式 ? 能在程序設計中應用中斷方式 ? 【 課時建議 】 6課時 ? 教學重點： 單片機的中斷系統(tǒng) ? 教學難點： 應用中斷方式進行程序設計 核心職業(yè) 技術基礎課 項目 5． 1 中斷系統(tǒng) 廣州城建職業(yè)學院 電子系 謝元成制作 手機： 186 8843 9181 ： 79652257 Email： 中斷技術是計算機中的重要技術之一 ， 它既和硬件有關 ， 也和軟件有關 。 正因為有了中斷 ，才使得計算機的工作更靈活 ， 效率更高 。 本節(jié)將介紹中斷的概念 ， 并以 80C51系列單片機的中斷系統(tǒng)為例介紹中斷的處理過程及應用 。 ? 中斷系統(tǒng)的基本概念 ? 1. 中斷的概念 ? 中斷是通過硬件來改變 CPU運行方向的一種技術，它既和硬件有關，也和軟件有關。計算機在執(zhí)行程序的過程中，由于單片機內(nèi)部或外部的某種原因，有必要盡快終止當前程序的執(zhí)行，而去執(zhí)行相應的處理程序，待處理結(jié)束后，再回來繼續(xù)執(zhí)行被終止了的源程序。這種程序在執(zhí)行過程中由于外界的原因而被中間打斷的情況稱為“中斷”。 ? 中斷之后所執(zhí)行的處理程序，通常稱為“中斷服務”或“中斷處理子程序”，原來運行的程序稱為“主程序”。主程序被斷開的位置（地址）稱為“斷點”。引起中斷的原因或能發(fā)出中斷申請的來源，稱為“中斷源”。中斷源要求服務的請求稱為“中斷請求（或申請）”。 ? 調(diào)用中斷服務程序的過程類似于程序設計中的調(diào)用子程序，其主要區(qū)別在于調(diào)用子程序指令在程序中是事先安排好的；而何時調(diào)用中斷服務程序事先卻無法確知。因為中斷的發(fā)生是由外部因素決定的，程序中無法事先安排調(diào)用指令，因而調(diào)用中斷服務程序的過程是由硬件自動完成的。 ? 2. 引進中斷技術的優(yōu)點 ? 計算機引進中斷技術之后，主要具有如下優(yōu)點： ? （ 1）分時操作 ? 在計算機與外部設備交換信息時，存在著高速 CPU和低速外設（如打印機等）之間的矛盾。若采用軟件查詢方式，則不但占用了 CPU操作時間，而且相應速度慢。中斷功能解決了高速 CPU與低速外設之間的矛盾。此時， CPU在啟動外設工作后，繼續(xù)執(zhí)行主程序，同時外設也在工作。每當外設做完一件事，就發(fā)出中斷申請，請求 CPU中斷它正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務程序（一般是處理輸入 /輸出數(shù)據(jù)）。中斷處理完成后， CPU恢復執(zhí)行主程序，外設仍然繼續(xù)工作。這樣， CPU可以命令多個外設（如鍵盤、打印機等）同時工作，從而大大提高了 CPU的工作效率。 ? （ 2）實時處理 ? 在實施控制中，現(xiàn)場的各個參數(shù)、信息時隨時間和現(xiàn)場情況不斷變化的。有了中斷功能，外界的這些變化量可根據(jù)要求隨時向 CPU發(fā)出中斷請求，要求 CPU及時處理， CPU就可以馬上響應（若中斷響應條件滿足）并加以處理。這樣的及時處理在查詢方式下是做不到的，從而大大縮短了 CPU的等待時間。 ? （ 3）故障處理 ? 計算機在運行過程中，難免會出現(xiàn)一些無法預料的故障，如存儲出錯、運算溢出和電源突跳等。有了中斷功能，計算機就能自行處理，而不必停機。 ? 3. 中斷源 ? 發(fā)出中斷請求的來源一般統(tǒng)稱為“中斷源”。中斷源有多種，最常見的有以下 4種。 ? （ 1）外部設備中斷源 ? 計算機的輸入 /輸出設備，如鍵盤、磁盤驅(qū)動器、打印機等，可通過接口電路向 CPU申請中斷。 ? （ 2）故障源 ? 故障源是產(chǎn)生故障信息的來源。它作為中斷源，使得 CPU能夠以中斷方式對已發(fā)生的故障及時進行處理。 ? 計算機故障源有內(nèi)部和外部之分。內(nèi)部中斷源一般是指執(zhí)行指令時產(chǎn)生的錯誤情況，如除法中除數(shù)為零等，通常把這種中斷源稱為“內(nèi)部軟件中斷”（注意：目前多數(shù) 80C51系列單片機沒有內(nèi)部軟件中斷功能）；外部故障源主要有電源掉電等情況，在電源掉電時可以介入備用的電池供電電路，以保存存儲器中的信息。當電壓因掉電而降到一定值時，即發(fā)出中斷申請，由計算機的中斷系統(tǒng)自動響應，并進行相應處理。 ? （ 3）控制對象中斷源 ? 計算機作實時控制時，被控對象常常用作中斷源。例如電壓、電流、溫度等超過其上限或下限時，以及繼電器、開關閉合斷開時都可以作為中斷源向 CPU申請中斷。 ? （ 4）定時 /技術脈沖中斷源 ? 定時 /計數(shù)脈沖中斷源也有內(nèi)部和外部之分。內(nèi)部定時中斷是由單片機內(nèi)部的定時 /計數(shù)器溢出而自動產(chǎn)生的；外部計數(shù)中斷是由外部脈沖通過 CPU的中斷請求輸入線或定時 /計數(shù)器的輸入線而產(chǎn)生的。 ? 要求每個中斷源所發(fā)出的中斷請求信號符合 CPU響應中斷的條件，例如電平高 /低、持續(xù)時間、脈沖幅度等。 ? ? 中斷過程是在硬件基礎上再配以響應的軟件而實現(xiàn)的。不同計算機的硬件結(jié)構(gòu)和軟件指令是不完全相同的，因而中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一般是不相同的。但同一系列的單片機即使型號不同，中斷系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)也是類似的，只是中斷源個數(shù)不完全一樣。 ? 1. 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ? 51單片機中斷系統(tǒng)主要由幾個與中斷有關的特殊功能寄存器、中斷入口、順序查詢邏輯電路等組成。中斷系統(tǒng)框圖如圖。 51單片機有 5個中斷源，可提供 2個中斷優(yōu)先級，即可實現(xiàn)二級中斷嵌套。與中斷有關的特殊功能寄存器有 4個，分別為中斷源寄存器（即專用寄存器 TCON、 SCON的相關位）、中斷允許控制寄存器 IE和中斷優(yōu)先級控制寄存器IP。 5個中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級控制寄存器 IP和順序查詢邏輯電路共同決定。 5個中斷源對應 5個固定的中斷入口地址。 圖 51單片機的中斷系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 ? 2. 中斷源及入口 ? （ 1）中斷源 ? 51的中斷源可以分為 3類：即外部中斷、定時中斷和串行口中斷。從圖 ， 51單片機有 5個中斷請求元，分別為： 2個外部輸入中斷源 INT0（ ）和 INT1（ ）， 2個片內(nèi)定時器 T0和 T1的溢出中斷源 TF0（ ）和 TF1（ ）。下面分類介紹。 ? ①外部中斷類 ? 外部中斷是由外部原因引起的，包括外部中斷 0和外部中斷 1。這 2個中斷請求信號分別通過 2個固定引腳即 INT0（ ）腳和外部中斷 1INT1（ ）腳輸入。 ? 外部中斷請求信號有 2種信號輸入方式，即電平方式和脈沖方式。在電平方式下為低電平有效，即在 INT0（ ）腳或外部中斷 1 INT1（ ）腳出現(xiàn)有效低電平時，外部中斷標志效下降沿時，外部中斷標志 INT0或 INT1就置為 1。注意：在脈沖方式下，中斷請求信號的高、低電平狀態(tài)都應該至少維持 1個機器周期。 ? 中斷請求信號是低電平有效還是下降沿有效，須通過 TCON寄存器中的 IT0（ ）或 IT1()位來決定。一旦輸入信號有效，則向申請中斷，并使相應的中斷標志位 IE0或 IE1置 1。 —— —— —— —— ? ② 定時中斷類 ? 定時中斷是為滿足定時或計數(shù)溢出處理的需要而設置的。 ? 定時方式的中斷請求是由單片機內(nèi)部發(fā)生的，輸入脈沖是內(nèi)部產(chǎn)生的周期固定的脈沖信號（ 1個機器周期），無需在芯片外部設置輸入端。 ? 計數(shù)方式的中斷請求是由單片機內(nèi)部發(fā)生的，脈沖信號由 T0()或 T1（ ）引腳輸入，脈沖下降沿為計數(shù)有效信號。這種脈沖周期是不固定的。 ? 當定時 /計數(shù)器中的計數(shù)值發(fā)生溢出時，表明定時時間或計數(shù)值已到。這時以計數(shù)溢出信號作為中斷請求使溢出標志位置 1，即 T0中斷請求標志TF0=1，或 T1中斷請求標志 TF1=1。如果允許中斷，則請求中斷處理。 ? ③ 串行口中斷類 ? 串行口中斷是為滿足串行數(shù)據(jù)的傳送需要而設置的。每當串行口由 TXD（ ）端發(fā)送串行口中斷請求標志 RI或 TI置 1，并請求中斷。 ? 由圖 ，當這些中斷源的中斷標志為 1時，并不一定能引起中斷，而是還需要經(jīng)過 IE寄存器的控制，才能進入中斷請求。 ? （ 2）中斷入口 ? 當 CPU響應某中斷源的中斷申請之后， CPU將此中斷源的入口地址裝入PC，中斷服務程序即從此地址開始執(zhí)行，因而將此地稱為“中斷入口”，亦稱為“中斷矢量”。在 AT89C51單片機中，各中斷源以及與之對應的入口地址（由單片機硬件電路決定）分配如表 。 ? 所有的 80C51系列單片機都有上述 5 個中斷源。 89系列單片機也下例外，有些型號與其完全相同，如 Philips公司的 P89C51；有些則增加了新的中斷源，如 AT89S52增加了定時器 T2中斷源，入口地址為 002BH；還有一些型號的中斷源多達 9個，其入口地址按 8字節(jié) 1個中斷源順序往下排，可以表達為：入口地址 =8n+3,n為中斷自然優(yōu)先級。 表 各中斷源及入口地址的對應關系 中斷源 入口地址 外部中斷 0 0003H 定時器 T0中斷 000BH 外部中斷 1 0013H 定時器 T1中斷 001BH 串行口中斷 0023H ? 中斷控制 ? 中斷功能雖然是硬件和軟件結(jié)合的產(chǎn)物，但用戶不必了解中斷硬件電路和發(fā)生過程。對于用戶來說，重點是怎樣通過軟件管理和應用中斷功能。為此，首先應該掌握與中斷控制和管理有關的幾個寄存器。下面分別對其進行介紹。 ? （ 1）中斷允許控制奇存器 IE 專用奇存器 IE是 8051單片機中的中斷允許寄存器，由它控制對中斷的開發(fā)或關閉。通過向 IE寫人中斷控制字，可以實現(xiàn)對中斷的二級控制。這里所說的“二級”是指控制