【正文】 1 單片機(jī)原理與接口技術(shù) 主編 任元吉 “ 十二五 ” 高職高專 “ 教與做 1+1”體驗(yàn)互動(dòng)式創(chuàng)新規(guī)劃教材 2 模塊 5 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) 中斷技術(shù)是計(jì)算機(jī)中的重要技術(shù)之一，它既和硬件有關(guān)，也和軟件有關(guān)。正因?yàn)橛辛酥袛啵攀沟糜?jì)算機(jī)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(jī)的中斷系統(tǒng)為例介紹中斷的處理過程及應(yīng)用。 3 項(xiàng)目 中斷系統(tǒng) 項(xiàng)目 項(xiàng)目 無線電遙控車的應(yīng)用 技能訓(xùn)練 :無線電遙控車的設(shè)計(jì) 基礎(chǔ)訓(xùn)練 4 知識(shí)目標(biāo)： 廣州城建職業(yè)學(xué)院 電子系 謝元成制作 手機(jī)： 186 8843 9181 ： 79652257 Email： ? 了解單片機(jī)的中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ? 掌握單片機(jī)的中斷處理過程 ? 掌握應(yīng)用中斷方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì)方法 5 ? 技能目標(biāo)： ? 1 能夠熟悉單片機(jī)的中斷系統(tǒng) ? 能夠掌握輸入 /輸出的控制方式 ? 能在程序設(shè)計(jì)中應(yīng)用中斷方式 ? 【 課時(shí)建議 】 6課時(shí) ? 教學(xué)重點(diǎn)： 單片機(jī)的中斷系統(tǒng) ? 教學(xué)難點(diǎn)： 應(yīng)用中斷方式進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 核心職業(yè) 技術(shù)基礎(chǔ)課 項(xiàng)目 5． 1 中斷系統(tǒng) 廣州城建職業(yè)學(xué)院 電子系 謝元成制作 手機(jī)： 186 8843 9181 ： 79652257 Email： 中斷技術(shù)是計(jì)算機(jī)中的重要技術(shù)之一 ， 它既和硬件有關(guān) ， 也和軟件有關(guān) 。 正因?yàn)橛辛酥袛?，才使得計(jì)算機(jī)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(jī)的中斷系統(tǒng)為例介紹中斷的處理過程及應(yīng)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(yùn)行方向的一種技術(shù)，它既和硬件有關(guān)，也和軟件有關(guān)。計(jì)算機(jī)在執(zhí)行程序的過程中，由于單片機(jī)內(nèi)部或外部的某種原因，有必要盡快終止當(dāng)前程序的執(zhí)行，而去執(zhí)行相應(yīng)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(wù)”或“中斷處理子程序”，原來運(yùn)行的程序稱為“主程序”。主程序被斷開的位置（地址）稱為“斷點(diǎn)”。引起中斷的原因或能發(fā)出中斷申請(qǐng)的來源，稱為“中斷源”。中斷源要求服務(wù)的請(qǐng)求稱為“中斷請(qǐng)求（或申請(qǐng)）”。 ? 調(diào)用中斷服務(wù)程序的過程類似于程序設(shè)計(jì)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(shí)調(diào)用中斷服務(wù)程序事先卻無法確知。因?yàn)橹袛嗟陌l(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(wù)程序的過程是由硬件自動(dòng)完成的。 ? 2. 引進(jìn)中斷技術(shù)的優(yōu)點(diǎn) ? 計(jì)算機(jī)引進(jìn)中斷技術(shù)之后，主要具有如下優(yōu)點(diǎn)： ? （ 1）分時(shí)操作 ? 在計(jì)算機(jī)與外部設(shè)備交換信息時(shí)，存在著高速 CPU和低速外設(shè)（如打印機(jī)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(shí)間，而且相應(yīng)速度慢。中斷功能解決了高速 CPU與低速外設(shè)之間的矛盾。此時(shí)， CPU在啟動(dòng)外設(shè)工作后，繼續(xù)執(zhí)行主程序，同時(shí)外設(shè)也在工作。每當(dāng)外設(shè)做完一件事，就發(fā)出中斷申請(qǐng)，請(qǐng)求 CPU中斷它正在執(zhí)行的程序，轉(zhuǎn)去執(zhí)行中斷服務(wù)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(fù)執(zhí)行主程序，外設(shè)仍然繼續(xù)工作。這樣， CPU可以命令多個(gè)外設(shè)（如鍵盤、打印機(jī)等）同時(shí)工作，從而大大提高了 CPU的工作效率。 ? （ 2）實(shí)時(shí)處理 ? 在實(shí)施控制中，現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)參數(shù)、信息時(shí)隨時(shí)間和現(xiàn)場(chǎng)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(shí)向 CPU發(fā)出中斷請(qǐng)求，要求 CPU及時(shí)處理， CPU就可以馬上響應(yīng)（若中斷響應(yīng)條件滿足）并加以處理。這樣的及時(shí)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(shí)間。 ? （ 3）故障處理 ? 計(jì)算機(jī)在運(yùn)行過程中，難免會(huì)出現(xiàn)一些無法預(yù)料的故障，如存儲(chǔ)出錯(cuò)、運(yùn)算溢出和電源突跳等。有了中斷功能，計(jì)算機(jī)就能自行處理，而不必停機(jī)。 ? 3. 中斷源 ? 發(fā)出中斷請(qǐng)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(shè)備中斷源 ? 計(jì)算機(jī)的輸入 /輸出設(shè)備，如鍵盤、磁盤驅(qū)動(dòng)器、打印機(jī)等，可通過接口電路向 CPU申請(qǐng)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(duì)已發(fā)生的故障及時(shí)進(jìn)行處理。 ? 計(jì)算機(jī)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(shí)產(chǎn)生的錯(cuò)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(jī)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(shí)可以介入備用的電池供電電路，以保存存儲(chǔ)器中的信息。當(dāng)電壓因掉電而降到一定值時(shí)，即發(fā)出中斷申請(qǐng)，由計(jì)算機(jī)的中斷系統(tǒng)自動(dòng)響應(yīng)，并進(jìn)行相應(yīng)處理。 ? （ 3）控制對(duì)象中斷源 ? 計(jì)算機(jī)作實(shí)時(shí)控制時(shí)，被控對(duì)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(shí)，以及繼電器、開關(guān)閉合斷開時(shí)都可以作為中斷源向 CPU申請(qǐng)中斷。 ? （ 4）定時(shí) /技術(shù)脈沖中斷源 ? 定時(shí) /計(jì)數(shù)脈沖中斷源也有內(nèi)部和外部之分。內(nèi)部定時(shí)中斷是由單片機(jī)內(nèi)部的定時(shí) /計(jì)數(shù)器溢出而自動(dòng)產(chǎn)生的；外部計(jì)數(shù)中斷是由外部脈沖通過 CPU的中斷請(qǐng)求輸入線或定時(shí) /計(jì)數(shù)器的輸入線而產(chǎn)生的。 ? 要求每個(gè)中斷源所發(fā)出的中斷請(qǐng)求信號(hào)符合 CPU響應(yīng)中斷的條件，例如電平高 /低、持續(xù)時(shí)間、脈沖幅度等。 ? ? 中斷過程是在硬件基礎(chǔ)上再配以響應(yīng)的軟件而實(shí)現(xiàn)的。不同計(jì)算機(jī)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(jī)即使型號(hào)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(gè)數(shù)不完全一樣。 ? 1. 中斷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu) ? 51單片機(jī)中斷系統(tǒng)主要由幾個(gè)與中斷有關(guān)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(jī)有 5個(gè)中斷源，可提供 2個(gè)中斷優(yōu)先級(jí)，即可實(shí)現(xiàn)二級(jí)中斷嵌套。與中斷有關(guān)的特殊功能寄存器有 4個(gè)，分別為中斷源寄存器（即專用寄存器 TCON、 SCON的相關(guān)位）、中斷允許控制寄存器 IE和中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器IP。 5個(gè)中斷源的排列順序由中斷優(yōu)先級(jí)控制寄存器 IP和順序查詢邏輯電路共同決定。 5個(gè)中斷源對(duì)應(yīng) 5個(gè)固定的中斷入口地址。 圖 51單片機(jī)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(shí)中斷和串行口中斷。從圖 ， 51單片機(jī)有 5個(gè)中斷請(qǐng)求元，分別為： 2個(gè)外部輸入中斷源 INT0（ ）和 INT1（ ）， 2個(gè)片內(nèi)定時(shí)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(gè)中斷請(qǐng)求信號(hào)分別通過 2個(gè)固定引腳即 INT0（ ）腳和外部中斷 1INT1（ ）腳輸入。 ? 外部中斷請(qǐng)求信號(hào)有 2種信號(hào)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(shí)，外部中斷標(biāo)志效下降沿時(shí)，外部中斷標(biāo)志 INT0或 INT1就置為 1。注意：在脈沖方式下，中斷請(qǐng)求信號(hào)的高、低電平狀態(tài)都應(yīng)該至少維持 1個(gè)機(jī)器周期。 ? 中斷請(qǐng)求信號(hào)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(hào)有效，則向申請(qǐng)中斷，并使相應(yīng)的中斷標(biāo)志位 IE0或 IE1置 1。 —— —— —— —— ? ② 定時(shí)中斷類 ? 定時(shí)中斷是為滿足定時(shí)或計(jì)數(shù)溢出處理的需要而設(shè)置的。 ? 定時(shí)方式的中斷請(qǐng)求是由單片機(jī)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(hào)（ 1個(gè)機(jī)器周期），無需在芯片外部設(shè)置輸入端。 ? 計(jì)數(shù)方式的中斷請(qǐng)求是由單片機(jī)內(nèi)部發(fā)生的，脈沖信號(hào)由 T0()或 T1（ ）引腳輸入，脈沖下降沿為計(jì)數(shù)有效信號(hào)。這種脈沖周期是不固定的。 ? 當(dāng)定時(shí) /計(jì)數(shù)器中的計(jì)數(shù)值發(fā)生溢出時(shí)，表明定時(shí)時(shí)間或計(jì)數(shù)值已到。這時(shí)以計(jì)數(shù)溢出信號(hào)作為中斷請(qǐng)求使溢出標(biāo)志位置 1，即 T0中斷請(qǐng)求標(biāo)志TF0=1，或 T1中斷請(qǐng)求標(biāo)志 TF1=1。如果允許中斷，則請(qǐng)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(shè)置的。每當(dāng)串行口由 TXD（ ）端發(fā)送串行口中斷請(qǐng)求標(biāo)志 RI或 TI置 1，并請(qǐng)求中斷。 ? 由圖 ，當(dāng)這些中斷源的中斷標(biāo)志為 1時(shí)，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(jìn)入中斷請(qǐng)求。 ? （ 2）中斷入口 ? 當(dāng) CPU響應(yīng)某中斷源的中斷申請(qǐng)之后， CPU將此中斷源的入口地址裝入PC，中斷服務(wù)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(jī)中，各中斷源以及與之對(duì)應(yīng)的入口地址（由單片機(jī)硬件電路決定）分配如表 。 ? 所有的 80C51系列單片機(jī)都有上述 5 個(gè)中斷源。 89系列單片機(jī)也下例外，有些型號(hào)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(shí)器 T2中斷源，入口地址為 002BH；還有一些型號(hào)的中斷源多達(dá) 9個(gè)，其入口地址按 8字節(jié) 1個(gè)中斷源順序往下排，可以表達(dá)為：入口地址 =8n+3,n為中斷自然優(yōu)先級(jí)。 表 各中斷源及入口地址的對(duì)應(yīng)關(guān)系 中斷源 入口地址 外部中斷 0 0003H 定時(shí)器 T0中斷 000BH 外部中斷 1 0013H 定時(shí)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(duì)于用戶來說，重點(diǎn)是怎樣通過軟件管理和應(yīng)用中斷功能。為此，首先應(yīng)該掌握與中斷控制和管理有關(guān)的幾個(gè)寄存器。下面分別對(duì)其進(jìn)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(jī)中的中斷允許寄存器，由它控制對(duì)中斷的開發(fā)或關(guān)閉。通過向 IE寫人中斷控制字，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)中斷的二級(jí)控制。這里所說的“二級(jí)”是指控制